La historia del desarrollo de los combustibles líquidos

En la actualidad, los combustibles químicos para cohetes se dividen en dos categorías: combustible sólido y combustible líquido.

El origen del combustible sólido es la pólvora china, la pólvora negra o, para abreviar, BP.

Mira los crisantemos

El desarrollo de los combustibles sólidos va acompañado del desarrollo de la industria química. El proceso es bastante complejo y no se describirá aquí debido a limitaciones de espacio. Pero la dirección general es: mejorar continuamente el impulso específico (utilizando agentes de combustión y oxidantes de mayor energía para mejorar la procesabilidad y la estabilidad (para hacer que la columna de combustible hecha de combustible sea fácil de formar, mejor sellado y más respetuosa con el medio ambiente); Factores como tolerancia y longevidad); y menor costo. La estructura de un cohete que utiliza combustible sólido se muestra en la siguiente figura.

Estructura típica

Estructura de carga segmentada del propulsor sólido

En cuanto al combustible líquido, francamente, no existe ningún progreso revolucionario en sí mismo. En la época de von Braun, la gente ya sabía que el hidrógeno líquido + oxígeno líquido podían obtener el impulso específico más alto, pero los materiales estructurales en ese momento no podían cumplir con los requisitos de temperatura de almacenamiento y resistencia del hidrógeno líquido, y no eran lo suficientemente livianos (la densidad de hidrógeno líquido era muy bajo, si el peso estructural es demasiado grande, su ventaja de impulso específico se verá compensada).

Como solución de combustible líquido para cohetes no tóxica y de bajo costo, el queroseno de oxígeno líquido entró en uso práctico al final de la Segunda Guerra Mundial. El desarrollo posterior solo ha consistido en la mejora continua de la estructura del cohete, incluida la estructura del cohete. rendimiento del propio motor.

El plan del transbordador espacial estadounidense es extremo. Su propulsor sólido utiliza perclorato de amonio (oxidante, 69,6% en masa), aluminio (combustible, 16%), óxido de hierro (catalizador, 0,4%) y polímeros como PBAN y HTPB, utilizados como aglutinantes y combustible secundario, 12,04%). y resina epoxi (agente de curado). Este propulsor también se denomina propulsor compuesto de perclorato de amonio (APCP). Utilizando este propulsor, el impulso específico es de 242 segundos al nivel del mar y de 268 segundos en el vacío. Este es básicamente el propulsor sólido más avanzado disponible actualmente; su motor principal utiliza combustible criogénico de hidrógeno líquido/oxígeno líquido con un largo tiempo de combustión desde el encendido hasta la órbita.

La maravillosa combinación de cohetes sólido-líquido

Hasta ahora, el potencial de los combustibles químicos para cohetes se ha agotado básicamente y el rendimiento de los cohetes también se acerca a su límite: los combustibles químicos puede permitir cohetes o La velocidad máxima alcanzada por la nave espacial es del orden de decenas de kilómetros por segundo. Para lograr un gran avance, es necesario utilizar combustible para cohetes basado en principios de energía nuclear, como el combustible de fisión (la imagen a continuación). es una imaginación de la nave espacial Orion propulsada por fisión por pulsos)

Orion

El límite que el combustible de fisión puede permitir alcanzar a una nave espacial es del orden de varios miles de kilómetros por segundo. Puede ser suficiente en el espacio interior del sistema solar, pero está lejos de satisfacer las necesidades de los viajes interestelares. Por eso también necesitamos combustible de fusión y su motor: la imagen de abajo es una imaginación de la nave estelar "Dedalus". Utiliza una mezcla de combustible de deuterio y tritio.

Dedalus

Pero incluso si se agota la energía de fusión del hidrógeno, la nave no podrá alcanzar ni superar el orden de 100.000 kilómetros/segundo, lo que sólo equivale al 30% de la velocidad de la luz sólo puede satisfacer las necesidades de detección de períodos prolongados de estrellas cercanas.

En cuanto a si en el futuro aparecerán fuentes de energía imaginarias como el combustible de energía gravitacional, el combustible de antimateria y el combustible de energía de cambio de fase del vacío, esperemos y veremos.