¿Hasta qué punto, si lo hay, el color de la pintura exterior de un vehículo de lanzamiento afecta la gestión térmica del propulsor y del vehículo?

Muchos vehículos de lanzamiento orbital usan una combinación de un oxidante enfriado (generalmente LOX cuando se trata de cohetes de combustible líquido) y un combustible (comúnmente RP-1, pero con muchos diseños que ahora optan por el metano). Tanto el LOX como el metano requieren temperaturas sobreenfriadas para mantener la liquidez: el punto de ebullición del LOX es de -182,96 °C, mientras que el del metano es de -161,5 °C.

SpaceX ha intentado reducir esto (con éxito variable...) superenfriando su LOX y RP-1 (hasta el punto en que este último comienza a actuar de manera más similar a un gel acuoso) a -206,67 °C y -6,67 °C respectivamente .

Sin embargo, el Falcon 9 está pintado con una mezcla patentada de blanco sobre su aleación de aluminio y litio. El entendimiento, al menos dentro de los círculos casuales de fanáticos de los vuelos espaciales, es que esta capa reflectante es suficiente para evitar la acumulación excesiva de calor y eliminar o reducir la evaporación del propulsor.

La misión CRS-13 parece dispuesta a cambiar esto ligeramente: la primera etapa del Falcon 9 continúa luciendo el hollín de su vuelo anterior:

ingrese la descripción de la imagen aquí El vehículo CRS-13 en SLC-40 en Florida, con el hollín aún presente desde el último aterrizaje.

¿Esta capa añadida de material más oscuro influye en las propiedades térmicas del vehículo con respecto a su propulsor?

Además, el vehículo de lanzamiento Electron de RocketLab se opone por completo a la tendencia de los diseños de cohetes blancos; en lugar de optar por quedarse con el negro elegante y brillante de su cuerpo de fibra de carbono compuesto:

ingrese la descripción de la imagen aquí El segundo vehículo de lanzamiento de Electron en la plataforma de lanzamiento en la península de Mahia, Nueva Zelanda; luciendo su diseño de compuesto de carbono negro.

La gestión térmica del propulsor seguramente debería estar en pleno juego con este vehículo, especialmente teniendo en cuenta que tiene una relación de superficie a volumen mucho más alta, en comparación con el Falcon 9.

Entonces, ¿cuánto afecta el color exterior del vehículo a los protocolos de gestión térmica, el propulsor y las tasas de ebullición? ¿Es esta una preocupación genuina o algo que ha dado vueltas sin cesar en los círculos de fanáticos de los vuelos espaciales sin evidencia sustancial?

Idealmente, estoy buscando una respuesta que tenga citas de trabajos anteriores o estudios realizados recientemente en vehículos de lanzamiento modernos.

Se olvidó de mencionar el hidrógeno líquido, -252 °C es sustancialmente más frío que el LOX o el metano líquido. El oxígeno y el metano serán sólidos a la temperatura de LH2.
Cuando se desplegó el primer N-1 en la plataforma de lanzamiento (pintado de gris oscuro), se descubrió que las temperaturas interiores eran incómodamente altas para los técnicos que trabajaban dentro del cohete. Los N-1 posteriores se pintaron de blanco para mitigar este problema.
No estoy seguro, pero me imagino que el ahorro de peso también podría desempeñar un papel durante la selección del revestimiento o la pintura, ya que la pintura puede volverse pesada, especialmente en escalas más grandes.
No sé acerca de la elección de colores, pero con el tanque principal del transbordador eligen ir completamente sin pintura después de los primeros vuelos de prueba, ahorrando un par de cientos de kilogramos de peso muerto.
Es difícil pintar fibra de carbono, se necesita mucha imprimación para rellenar la superficie porosa. Probablemente más penalización de peso de lo que vale.
@GdD: no necesita un acabado perfecto, solo necesita suficiente cobertura para reducir la carga de calor.
Hay una pregunta sobre el color del tanque del transbordador aquí en alguna parte que aborda la compensación.
Estoy bastante seguro de que la respuesta es "depende completamente del nivel de aislamiento y acoplamiento térmico entre la capa exterior y el criostato", por lo que dependería principalmente de la ingeniería mecánica y térmica específica de cada diseño de cohete individual. Una mejor pregunta sería "¿cómo aísla el cohete Electron el propulsor criogénico de sus áreas negras que absorben la luz solar?" o "¿está el LOX de Electron debajo del área negra?"

Respuestas (2)

Wernher von Braun siempre pintó sus cohetes en grandes bloques o cuadros en blanco y negro, para permitirles ver si el cohete rodaba durante el lanzamiento. Esto continuó con la serie de Saturno. Hubo algunos casos en los que los tanques debajo del negro ganaron demasiada presión. No sé si hubo algún cambio en el esquema de pintura como resultado.

"Hubo algunos casos en los que los tanques debajo del negro ganaron demasiada presión". ¡Interesante! ¿Recuerdas dónde viste esto? ¿Es posible enumerar una fuente?

La etapa intermedia sobre la primera etapa del artículo de prueba Saturn V SA-500F se pintó de negro. Se descubrió que se calentaba demasiado mientras estaba parado a la luz del sol en la plataforma de lanzamiento. Los Saturn V posteriores tenían la etapa intermedia pintada de blanco.

¿Hasta qué punto, si lo hay, el color de la pintura exterior de un vehículo de lanzamiento afecta la gestión térmica del propulsor y del vehículo?
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