¿Las llamas de escape de los cohetes son siempre opacas?

La razón de la transparencia de la llama del motor principal del transbordador espacial es el combustible que está quemando.

Los SSME queman hidrógeno líquido y oxígeno líquido, y cuando el hidrógeno y el oxígeno se queman, la llama es casi invisible para el ojo humano . es decir, apenas emite luz visible, los gases en sí son incoloros y el producto de la reacción, H ₂ O (vapor de agua), también es invisible.

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Otro buen ejemplo de este tipo de llama "invisible" es la combustión de hidracina con tetróxido, al estilo de los motores SpaceX SuperDraco (en la foto).

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Sus otros dos ejemplos, la primera etapa del Saturno V y los propulsores sólidos del transbordador espacial usaban combustibles mucho más sucios.

El RP-1 que usaron los motores F-1 en la primera etapa del Saturno V es una forma altamente refinada de queroseno que arde con una llama muy brillante. Al igual que casi todos los motores, los F-1 no quemaron completamente todo su combustible antes de expulsarlo como escape, agregue a esos pequeños desequilibrios en la mezcla de combustible/oxígeno y el resultado es la larga columna de llamas que es parcialmente opaca desde el combustible y el hollín de los motores, y emitiendo millones de lúmenes de luz.

Los propulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial quemaron aluminio con un oxidante (perclorato de amonio), junto con un montón de otros compuestos incluidos en el propulsor. Lo que diferencia al escape reforzador sólido de nuestros otros dos ejemplos es la cantidad de partículas que contenía. Básicamente arrojaba toneladas de óxido de aluminio en polvo (un compuesto blanco brillante) al aire, por lo que el escape era completamente opaco.

Las llamas son complicadas e interesantes.

Pueden emitir luz de estados atómicos (y moleculares) excitados que se recombinan ("parte azul" de la llama) y, especialmente si hay partículas de combustión incompleta, pueden brillar de color blanco, amarillo o rojo de algo similar a la radiación de cuerpo negro si el los productos de combustión incompleta se aglomeran para formar partículas (hollín).

Si la llama está en el aire, pueden continuar en combustión y permanecer calientes y brillar. En el vacío, el material no quemado se enfría rápidamente y no hay más brillo térmico. Es por eso que los motores LOX/Kerosene producen llamas brillantes cerca del nivel del mar, pero no se ve mucho una vez que están por encima de la mayor parte de la atmósfera.

PERO : ¡Brillante no es lo mismo que opaco!

¡La transparencia para una amplia banda de luz visible (nuestros ojos y nuestras cámaras) en realidad no se reduce mucho por la emisión atómica y molecular! Puede ser tan brillante que sea difícil notar la luz transmitida, pero eso no es lo mismo que la opacidad . ¡Los materiales o regiones de gas pueden ser brillantes Y casi transparentes al mismo tiempo!

¡Piense en las algas bioluminiscentes en el agua, o en el vidrio al rojo vivo durante el soplado de vidrio, o incluso en la radiación de Cherenkov en el agua!

De todos modos, aquí hay una secuencia de capturas de pantalla del reciente lanzamiento de SpaceX de Thaicom-8 en YouTube . Eso es probablemente algo entre humo y hollín. Los motores LOX/Kerosene generalmente obtienen el mayor empuje al funcionar con una gran cantidad de combustible: más combustible del que el LOX puede oxidar. Eso deja una gran cantidad de carbono e hidrocarburos para absorber y dispersar la luz. Si bien estos no son opacos, todavía se puede ver a través de ellos, son realmente más oscuros debido a la absorción y dispersión de la luz.