Tome el lanzacohetes Vega, por ejemplo. Sus primeras tres etapas son motores de cohetes sólidos y se queman en un tiempo relativamente corto. Si tuviera que cambiar su primera etapa por un motor de cohete líquido, ¿puede este motor teórico tener el mismo empuje que el original? ¿O tendría más sentido tener una relación empuje-peso mayor que uno pero tener un tiempo de combustión más largo?
Las posibles restricciones son:
Los cohetes sólidos tienen un "impulso específico de densidad" muy alto, es decir, producen mucho empuje por unidad de volumen, por lo que una etapa líquida equivalente del mismo diámetro sería algo más larga, pero no prohibitivamente.
Hay algunos motores de propulsante líquido existentes que producen un empuje similar al de la primera etapa de Vega que podrían usarse. El hidrógeno-oxígeno RS-68 produce suficiente empuje en un motor de 2,43 m de diámetro, pero debido a la baja densidad del hidrógeno, necesitaría grandes tanques de propulsor, lo que produciría una etapa muy larga y delgada. El BE-4 y el Raptor también están en la misma clase de empuje general.
Los propulsores de cohetes sólidos más grandes (los SRB del transbordador y los SRB de 5 segmentos similares destinados al uso en el SLS) son más potentes que cualquier motor de propulsor líquido construido hasta ahora (como el RD-170 de 4 cámaras y el el F-1 de Saturno V ), pero se han considerado motores líquidos mucho más grandes .
Entre los motores en producción hoy en día, el RD-191 probablemente sería el mejor candidato para un motor líquido para reemplazar la primera etapa del Vega P80 . Con la misma masa que la primera etapa sólida, tendría una aceleración inicial levemente menor fuera de la plataforma, que se equilibraría con el aumento del impulso específico de masa (311 segundos al nivel del mar, en comparación con los 280 del P80). Estimo que el escenario tendría unos 14 metros de largo, solo un poco más que el escenario sólido P80.
Vega es bastante pequeño, como los lanzadores orbitales, pero a esa escala, los motores líquidos son competitivos con los sólidos en masa y volumen.
El límite de alto empuje para un motor de cohete sólido sería algo parecido a un proyectil formado explosivamente. Obviamente, esto no es algo que pueda igualar con un propulsor líquido de alimentación de cohetes desde tanques. Por supuesto, tampoco es algo que usarías de manera realista para el lanzamiento orbital... estarías comprometiendo su funcionalidad como cohete para darte más empuje del que puedes usar.
Sin embargo, la primera etapa del P80 de Vega no es nada excepcional en términos de empuje. Produce 3037 kN de empuje y tiene 3 m de diámetro. El impulsor Falcon 9 tiene 3,7 m de diámetro y produce un total de 7605 kN, con un impulso específico ligeramente mayor y un tiempo de combustión más largo. Un refuerzo de combustible líquido podría ser fácilmente un reemplazo directo para el P80.
Los cinco motores cohete F-1 de la primera etapa del Saturno V tenían un empuje de 35,1 MN (los 5 motores juntos).
Los dos propulsores del transbordador espacial tenían 25 MN (ambos propulsores sin motores de combustible líquido).
El diámetro de la primera etapa del Saturno V era de 10 m, el diámetro de los propulsores de combustible sólido era de 3,7 m cada uno. Un solo motor F-1 también tenía un diámetro de 3,7 m.
El empuje de un solo F-1 era de 6,77 MN, un solo propulsor de 12 MN.
Entonces, si comparamos solo motores individuales, el combustible sólido tenía aproximadamente un 75 % más de empuje.
Mármol Orgánico
miguel
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