¿Es posible energizar un cohete de vapor lo suficiente como para ir al espacio?

pensamiento interesante Tendrías que almacenar el vapor a alta presión. La presión más alta utilizada para los cilindros de gas (helio) es de 1000 bar, por lo que si usamos eso como límite...

Necesitamos el diagrama de fase para el agua :

A 1000 bar, el agua existe en estado líquido. En la boquilla, el agua se convertiría en vapor. Hasta ahora, todo bien. Pero, ¿cuánta energía podemos obtener de esto?

Se han considerado los cohetes de vapor . A temperaturas razonables, Isp es muy bajo, por lo que sería un motor ineficiente. A muy altas temperaturas, Isp mejora pero el agua a altas temperaturas es corrosiva .

El impulso específico será muy bajo porque el calor específico del agua es mucho más bajo que el calor de combustión de, digamos, queroseno. El agua líquida caliente puede contener algo así como 5J/g/K de energía (por lo que enfriarla de, digamos, 300 °C a 0 °C a medida que se expande en la boquilla podría generar, digamos, 1500 J por gramo de agua. El calor de combustión del queroseno es aproximadamente 50000 J por gramo!

La dificultad de hacer esto almacenando vapor en un recipiente a presión ya está cubierta en la respuesta de Hobbes .

Sin embargo, es bastante más fácil si podemos hervir el agua y generar vapor durante el vuelo. Además de la forma aburrida de hacer esto, quemar hidrógeno y oxígeno para obtener agua, como en un cohete químico normal, existe otra posibilidad interesante:

Las reacciones químicas tienen una densidad de energía muy alta, por lo que es difícil encontrar algo más que pueda superar a los cohetes normales. Pero hay otra opción, los cohetes térmicos nucleares .

Pasar un chorro de propulsor por un reactor para calentarlo no es algo revolucionario. De hecho, los prototipos funcionales de motores de cohetes nucleares fueron construidos hace 50 años, tanto por los EE. UU. ( NERVA ) como por la Unión Soviética ( RD-0410) .

Aunque el hidrógeno es el propelente más comúnmente discutido para un NTR, el agua está perfectamente bien. El agua tiene un$I_{sp}$de 420s, un poco menos que un motor LOX/LH2, pero mejor que LOX/metano.

Los motores de cohetes nucleares normalmente no se consideran para la primera etapa de un lanzador, porque tienen una relación de empuje a peso relativamente baja. De hecho, el empuje se mejora utilizando agua, ya que la relación aproximada entre empuje y$I_{sp}$a potencia constante del reactor es que$I_{sp} \cdot Thrust = constant$.

Eche un vistazo a los cohetes de peróxido de hidrógeno. El H2O2 se descompone en agua (H2O) y oxígeno libre (O2) en presencia de un catalizador a temperaturas muy altas (300-600 C). El agua a esa temperatura es vapor y actúa como un propulsor razonablemente bueno por sí misma, aunque tiene un ISP bajo de alrededor de 161. Por ejemplo, fue el propulsor del Bell Rocket Belt.

Los cohetes de H2O2 más exitosos usan una mezcla "bi-propelente" de algún tipo de hidrocarburo (queroseno, alcohol, etc.) mezclado en alguna proporción con el peróxido. Este cóctel se pasa por encima o se mezcla con un catalizador (dependiendo de si es sólido, como plata, o líquido, para el cual no puedo pensar en un ejemplo; permanganato de potasio, tal vez), el peróxido de hidrógeno se descompone en vapor y libre. oxígeno, el oxígeno libre se mezcla con el hidrocarburo a alta temperatura y se enciende, produciendo una reacción secundaria de calor, y todo se dirige hacia la parte posterior de la tobera del cohete para producir empuje ( ¡uf! ). Según el artículo de Wikipedia sobre uno de estos motores , la descomposición con queroseno es así: CH2 + 3H2O2 → CO2 + 4H2O

sí , en teoría , es posible... uno de los mejores combustibles para cohetes es hidrógeno + oxígeno, que da como resultado vapor, si agrega una energía similar o mayor al agua por algún otro medio que el que normalmente proviene de la reacción de hidrógeno con oxígeno, tiene un cohete de vapor que puede ir al espacio exterior.

Un reactor nuclear de fisión o nuclear de fusión/fisión subcrítica (el reactor de fusión genera neutrones, la capa de fisión multiplica la energía) que podríamos hacer con la tecnología actual, los principales problemas son las fugas de radiación, las fugas de desechos radiactivos e incluso más desechos radiactivos si el cohete tiene problema y explota.