¿Qué parámetros impulsan el esfuerzo de desarrollo y el costo de un motor de cohete líquido para lanzadores orbitales (LEO - GEO)?

Su pregunta se refiere específicamente a los propulsores "confiables", pero no menciona ningún otro criterio (como si se utilizará para misiones interplanetarias). Centraré esta respuesta en la confiabilidad, ya que el costo es demasiado complicado y depende de la misión. En este caso, debemos buscar la sencillez por encima de todo. Más simple puede significar más confiable y, en ese caso, un propulsor de gas frío probablemente se ajuste a esa factura. Es solo un tanque, una válvula y una boquilla.

El motor que probablemente se ajusta a la factura de un "motor mínimo confiable" que tiene la posibilidad de un vuelo interplanetario sería el motor de la etapa de ascenso del Apolo LM. En pocas palabras, este motor tenía que funcionar sin importar qué: si el motor de la etapa de descenso fallaba durante el descenso, tenía que ser capaz de abortar el alunizaje y era el único motor que tenían para despegar de la luna.

El diseño se simplificó con la intención de aumentar la fiabilidad :

• Alimentación a presión (¿por qué molestarse con las bombas de combustible?)
• No tenía acelerador (¿por qué molestarse con el acelerador?)
• Sin cardán (¿por qué molestarse con la complejidad adicional?)

En ese momento no era mucho más que una cámara de combustión y una boquilla (bueno...)

Entonces, dividamos esto en lo que generalmente se entiende por "confiable": un motor de cohete que es capaz de realizar vuelos espaciales de larga duración. El lugar donde se lleva a cabo este vuelo espacial no es relevante: LEO, órbita lunar, interplanetario, etc. Exijamos además que si nuestro motor falla, la misión se verá afectada catastróficamente . Lo que quiero decir aquí es básicamente un vuelo espacial humano de largo alcance, donde la pérdida del motor significa la pérdida de la tripulación, y donde el motor tiene que soportar largos períodos de estar apagado, y donde el motor tiene que encenderse nuevamente para llegar a casa. Además, asumo que estamos viendo solo tecnologías que se han probado en el espacio. Esto nos restringe más o menos a los motores químicos, ya que no se han probado otros tipos de motores en vuelos espaciales tripulados.

Mágicamente, la NASA ha hecho exactamente este estudio (lea más aquí ). Si ampliamos la definición de "motor de cohete" para que signifique "múltiples motores independientes en una sola etapa", que pueden aumentar la confiabilidad a expensas de la complejidad, los grandes de la NASA están a continuación, pero hay más en ese documento:

• Número de motores en el escenario: en teoría, más es mejor hasta un punto en el que la complejidad y las tasas de falla de un solo motor toman el control. Como vimos en al menos el Apolo 13, la falla de un motor en una etapa de 5 motores no fue un problema

• Duración de la operación: en teoría, los motores que funcionan durante menos tiempo son más confiables ya que tienen menos tiempo para fallar. Sin embargo, si los requisitos delta-V para la misión son altos, puede ser más confiable volar un motor más pequeño por más tiempo.

• Empuje del motor: en el estudio al que hago referencia, todavía tienen que hacer el estudio, pero esperan que los motores de menor empuje sean más confiables. De hecho, el estudio establece que el 90% de las fallas están correlacionadas solo con el nivel de empuje (!)

• Reinicio del motor: un motor es menos confiable cuanto más tiene que arrancar y parar

Aquí está el diagrama completo de lo que afecta la confiabilidad del motor. Me temo que es más complejo de lo que puede dar una respuesta SE, ¡así que lea el documento!