martes, 13 de marzo de 2012

9. Funcionamiento de los cohetes.

- ¿Por qué vuelan los cohetes?

Los cohetes vuelan siguiendo los principios expuestos por Isaac Newton en su famosa Tercera ley del Movimiento: A una fuerza llamada acción se opone otra llamada reacción, de igual magnitud, pero de sentido contrario. Así es como dentro del cilindro del cohete, (que tiene una base cerrada y la otra no) se coloca una carga de pólvora prensada en cuya parte central, a lo largo de su eje, hay un canal hueco. La combustión de la pólvora comienza por la superficie de este canal y se propaga durante un tiempo. Los gases producidos por la combustión presionan en todas las direcciones; pero mientras las presiones laterales de estos gases se equilibran entre sí, la presión sobre el fondo del cohete en que se encuentra la pólvora no tiene presión contraria que la equilibre (puesto que por este lado los gases pueden salir libremente) y empuja al cohete hacia adelante, en la dirección en que éste se colocó en el banco de lanzamiento antes del encendido. 




- Distintos tipos de cohetes (americanos, rusos, chinos, europeos..)


Vamos a empezar con los cohetes europeos, la que mejor es de todos es el Europa, que fue un cohete espacial europeo de tres etapas desarrollado a principios de los años 1960 por la ELDO (European Launcher Development Organisation, Organización de Desarrollo del Lanzador Europeo). También denominado ELDO A, fue el primer lanzador desarrollado a nivel de Europa.
Ahora, los americanos y rusos. Los desarrollos tecnológicos, conjuntamente a consideraciones políticas interesadas, influyeron inmediatamente después de la Segunda Guerra Mundial en la evolución de los cohetes. Los últimos meses de guerra, por otra parte, habían demostrado el evidente potencial destructivo de los misiles.


Cuando las tropas soviéticas y americanas entraron en Berlín, todos los ingenieros misilísticos de Peenemunde terminaron por ser raptados, en parte por los americanos y en parte por los rusos. En sus nuevas patrias los ingenieros alemanes construirían más tarde una generación de nuevas armas que convertirían a los EEUU y a la URSS en superpotencias.


Los soviéticos, temerosos de la potencia americana en los convencionales bombarderos de amplio radio de acción, se dedicaron de inmediato a un programa que, a través del desarrollo de los cohetes a combustible líquido, llevaría a la creación del primer misil balístico intercontinental. Bajo la guía de los ingenieros alemanes, los rusos lanzaron su primer V2 en octubre de 1947 y más tarde, en 1949, lograron realizar un misil más avanzado que llamaron T1.


Cinco años más tarde, en 1954, los rusos construirán ya vehículos de varias secciones, los primeros de una generación de misiles de largo alcance, capaces de llevar sus cabezas atómicas a las bases enemigas a miles de quilómetros de distancia.


También los expertos americanos utilizaron la V2 como punto de partida para desarrollar una nueva tecnología militar. Baste recordar que entre 1946 y 1951 unos sesenta y seis V2 fueron lanzados de la base de White Sands en New Mexico.


A diferencia de los rusos, los americanos, confiando en la potencia de sus bombarderos de gran autonomía, al principio no construyeron grandes misiles y prefirieron concentrar sus esfuerzos en el diseño de pequeños cohetes tácticos. Sin embargo, en 1947, también los americanos se dedicaron al estudio de misiles balísticos intercontinentales para estar preparados, en caso necesario, a combatir a los soviéticos.


Surgieron tres proyectos diferentes. El primero fue llamado "Teetotaler" porque no se utiliza alcohol en el carburante; el segundo fue bautizado "Old Fashioned" (viejo estilo) porque se basaba en la vieja V 2; el tercero se denominó Manhattam porque el cohete transportaría una bomba atómica, la criatura del llamado proyecto Manhattan.


Aparecieron así una serie de cohetes. El primero, simple reelaboración de una V 2, fue llamado Bumper: se había logrado acoplando la primera sección de una V 2 con la segunda sección de un misil Wac Corporal. El vehículo presentó de inmediato muchos problemas y pronto fue abandonado.


Después del programa Bumper el ejército americano construyó el primer misil operativo. El grupo de trabajo estaba dirigido por el ingeniero alemán Werner von Braun, que más tarde se convertiría en ciudadano americano. Los estudios para el nuevo cohete se basaron en la vieja V 2 y el misil fue bautizado ~Redstone~. El primer lanzamiento se realizó con éxito en 1953.


Pero los americanos advirtieron su error en el desarrollo de misiles militares. Para superarlo, nace el programa Atlas. Comparado con el Redstone, el nuevo cohete era un gigante. Había comenzado así la era de los grandes cohetes americanos que tendría un posterior e importante desarrollo a finales de 1955, cuando comenzaron los trabajos sobre dos misiles de alcance intermedio: el Thor y el Júpiter.


Y finalmente los cohetes chinos y otros cohetes importantes. Hace más de 500 años, durante el reinado de la dinastía Ming (1368-1644), Wan Hu, un funcionario apasionado por el diseño y la fabricación de cohetes, decidió que era hora de que el ser humano volase como los pájaros. Un buen día se sentó en una silla en la que había instalado dos cometas y 47 cohetes y dio orden a sus 47 ayudantes de que prendieran fuego a los proyectiles. Se produjo una fuerte explosión. Cuando se disipó el humo, Wan y la silla habían desaparecido. El científico probablemente nunca alcanzó las estrellas, pero en su honor hay un cráter en la luna que lleva su nombre.El intento de Wan -si realmente se produjo- tuvo lugar en una época en que los misiles eran ampliamente utilizados por el Ejército chino. En el Museo Militar Revolucionario del Pueblo, en Pekín, situado en un edificio de estilo soviético en cuyo vestíbulo se eleva una gran estatua de Mao Zedong, hay una buena muestra del dominio que los artificieros tenían de la pólvora y la balística.

El cohete V2 (del alemán: Vergeltungswaffe 2, «arma de venganza 2»), nombre técnico A4 (Aggregat 4), fue un misil balístico desarrollado a principios de la Segunda Guerra Mundial en Alemania, empleado específicamente contra Bélgica y lugares del sudeste de Inglaterra. Este cohete fue el primer misil balístico de combate3 de largo alcance del mundo y el primer artefacto humano conocido que hizo un vuelo suborbital. Fue el progenitor de todos los cohetes modernos, incluyendo los utilizados por los programas espaciales de Estados Unidos y de la Unión Soviética, que tuvieron acceso a los científicos y diseños alemanes a través de la Operación Paperclip y la Operación Osoaviakhim respectivamente.
La Wehrmacht alemana lanzó en torno a 3.000 cohetes militares V2 contra objetivos Aliados durante la guerra, principalmente Londres y posteriormente Amberes, dando por resultado la muerte de un número estimado de 7.250 personas, tanto civiles como militares. El arma fue presentada por la propaganda Nazi como una venganza por los bombardeos sobre las ciudades alemanas desde 1942 hasta el final de la guerra.



- Clases de propulsión (combustibles líquidos, sólidos, sistemas de ignición..)

Un cohete de combustible sólido es un cohete con un motor que usa un propulsor sólido (reductor/oxidante). Los primeros cohetes usaban este propulsor, que funciona con pólvora, usado por los chinos en las guerras del siglo XIII. Todos los cohetes usaron alguna forma de propergol sólido o encendido sólido hasta el siglo XX, cuando los cohetes líquidos y cohete híbrido empezaron a ofrecer alternativas controlables y más eficiencia. Los cohetes sólidos aun se usan hoy en el modelismo de cohetes, y en grandes aplicaciones por su simplicidad y fiabilidad. Los cohetes de combustible sólido no son inusuales en la exploración espacial moderna, pero como pueden permanecer almacenados durante largos períodos -- y luego lanzarlos sin problemas con poca antelación -- frecuentemente han sido usados en aplicaciones militares como pueden ser los misiles. Los cohetes de combustible sólido no suelen usarse como propulsor principal en la exploración espacial moderna, pero si es muy común como cohetes aceleradores.
Un motor cohete de combustible líquido emplea propelentes líquidos que se alimentan bajo presión de lostanques en una cámara de combustión. Los propelentes normalmente consisten en un oxidante líquido y uncombustible líquido. En la cámara de combustión los propelentes reaccionan químicamente (combustión) paraformar gases calientes que luego se aceleran y son arrojados a alta velocidad a través de una tobera, provocandoesto un momento en el cohete. El momento es el producto de masa y velocidad. La fuerza del empuje de un motor cohete es la reacción experimentada por la estructura del motor debida a la eyección de materia de alta velocidad.Éste es el mismo fenómeno que empuja una manguera de jardín hacia atrás con el chorro de agua del pico o haceretroceder un arma cuando se dispara.Un motor cohete típico consiste en la cámara de combustión, la tobera, y el inyector; como se muestra en laFigura 1. La cámara de combustión es donde se realiza el quemado del propelente en alta presión.

Un motor cohete es un motor de combustión interna que genera empuje mediante la expulsión a la atmósfera de gases que provienen de la cámara de combustión. Los motores cohete incorporan tanto el combustible, que suele ser queroseno o hidrógeno líquido, como el comburente (Oxígeno en estado gaseoso o generalmente líquido). El motor cohete es el motor más potente conocido y su relación peso/potencia lo convierte en el motor ideal para ser usado en naves espaciales.

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