¿Las etapas de refuerzo se quedan sin combustible o se apagan a propósito?

Cuando la etapa de un cohete propulsor consumible se acerca al final de su combustión, ¿la computadora de guía apaga los motores a cierta velocidad/altitud para la misión, o la etapa agota por completo sus propulsores?

Las etapas de refuerzo de combustible sólido no son fáciles de apagar. Cerrar una válvula solo es posible con combustible líquido. Hacer un gran agujero en el casco con cargas explosivas puede ayudar, pero las otras etapas no deberían dañarse.

Respuestas (1)

Las primeras etapas generalmente se ejecutan hasta el agotamiento (aunque no el agotamiento completo, lo abordaré más adelante). Los ascensos de primera etapa a menudo usan un sistema de guía de bucle abierto preprogramado para salir de la atmósfera con una buena parte de la velocidad de descenso. Debido a que los vientos en altura y otros factores pueden variar, el rendimiento de la primera etapa también varía un poco.

La guía de la etapa superior casi siempre es de bucle cerrado, apuntando a una combinación específica de posición y velocidad. Como resultado, las etapas superiores de los propulsores se apagan cuando se alcanza ese objetivo, quedando una cierta cantidad de propulsores de reserva para cubrir las dispersiones durante el ascenso y una quema de eliminación.

Las primeras etapas de combustible líquido no funcionan en seco. El corte se activa cuando queda algo de cantidad en el tanque. Esto se debe a que las turbobombas funcionan a velocidades ridículas y necesitan algo para bombear, a una presión de entrada específica. La fuente de calor (generador de gas, expansor o prequemador) que impulsa la bomba se encuentra aguas abajo de la entrada en la ruta de flujo, por lo que el corte debe realizarse interrumpiendo la fuerza impulsora de la bomba antes de que la entrada pierda presión o se seque.

Si esa presión cae por debajo de las especificaciones mínimas o si la entrada se seca, obtendrá condiciones de cavitación y/o sobrevelocidad, las cuales resultarán en una reconfiguración violenta del hardware.

Las etapas inferiores sólidas son mucho más simples en este sentido. En algún momento, el empuje disminuirá hasta que el propulsor ya no soporte su propio peso. En ese momento, se desecha.

¿La "reconfiguración violenta del hardware" es lo mismo que el "desmontaje rápido no programado"?
Pero podría ser un problema si dos o más refuerzos sólidos no se queman simultáneamente.
El GIF en esta respuesta puede ayudarlo a comprender cómo funciona un SRB
¿Acaso el Apolo 13 no ejecutó la primera etapa durante más tiempo del que debería haber hecho, ya que uno de los propulsores en la etapa falló?
@mickburkejnr Lo hizo (el motor central de la primera etapa se apagó antes de tiempo debido a las excesivas oscilaciones de pogo), pero IIRC solo porque la Unidad de instrumentos fue diseñada específicamente para que pudiera manejar esa situación con gracia. Una configuración de circuito abierto habría provocado el apagado en el tiempo preprogramado, lo que probablemente resultaría en la incapacidad de alcanzar la órbita de estacionamiento prevista. en.wikipedia.org/wiki/Apollo_13#Launch_and_translunar_injection pero la fuente principal citada parece no estar disponible.
@MichaelKjörling Pensó que sí. Entonces, ¿tenían cierto control sobre cuánto duraría una etapa? ¿Entonces no correría hasta el agotamiento, en lugar de completarse cuando golpeó la parte que necesitaba golpear?
@mickburkejnr Eso suena como un comienzo decente para una pregunta separada.
@MichaelKjörling El bucle abierto en este caso se refiere principalmente a apuntar, es decir, guiñar, balancear y cabecear en función de la velocidad. El corte del motor habría sido determinado por los sensores de bajo nivel del tanque, no por un tiempo fijo, por lo que la quema es más prolongada. También se corrigió el enlace roto en el artículo de wiki.
Me uní a este grupo solo para votar "reconfiguración violenta del hardware".
Etapas inferiores sólidas: ¿Qué pasa si los impulsores individuales se agotan en diferentes momentos? Esto podría causar cambios de dirección no programados. Quizás podría abordar esto en su respuesta (?). Para Soyuz-ST, los cuatro se desechan al mismo tiempo; consulte, por ejemplo, 03 min 03 seg en Arianespace Flight VS17 / SES-15 (aunque desde un lanzamiento diferente).
@petermortensen eso es digno de una pregunta por derecho propio.
El Apolo 13 tuvo un apagado temprano del motor central en la segunda etapa, no en la primera; por lo tanto, la segunda etapa disparó más de lo planeado porque estaba consumiendo combustible a 4/5 de la tasa normal entre ese momento y el corte programado del motor central. Ya sea quemar hasta el agotamiento o quemar a la velocidad objetivo habría tenido éxito, ya que había otra etapa disponible con cierto margen de rendimiento.