OBJETIVO SOBRE EL BLOG

 Este blog esta hecho con el fin de si tu eres una persona  no especializada en el tema de cohetes, puedas saber mucho mas de lo que  tenias en mente, pero de lo contrario si tu eres una persona especializada sobre este tema, puedas reforzar tus conocimientos así como conocer cosas nuevas.

Blog 100% dirigido a personas inquietas por aprender, experimentar y entender cosas nuevas.

HISTORIA (ANTECEDENTES)

ORIGENES

El descubrimiento de la pólvora por los antiguos alquimistas chinos taoístas y sus usos para distintos tipos de armas (flechas de fuego, bombas y cañones), derivaron en el desarrollo de los cohetes. Inicialmente se inventaron para ceremonias religiosas que estaban relacionadas con la veneración a los dioses chinos en la antigua religión china. Fueron los precursores de los actuales fuegos artificiales y, después de intensivas investigaciones, se adaptaron para su uso como artillería en las guerras sucedidas desde el siglo X hasta el XII.

La tecnología de los cohetes se empezó a conocer en Europa gracias a su uso por las tropas mongoles de Genghis Khan y Ogodei Khan cuando conquistaron Rusia, Europa del este y parte de Europa central (Austria entre otros).

Los primeros cohetes eran muy poco precisos. Sin el uso de ningún tipo de giros ni de cardanes en el empuje, tenían una gran tendencia a desviarse bruscamente fuera de su trayectoria. Los primeros cohetes del británico William Congreve redujeron esta tendencia adjuntando un largo bastón en la cola del cohete (similar a los cohetes de feria actuales) para hacer más difícil que el cohete modificara su trayectoria.

COHETES MODERNOS

Los primeros cohetes fueron muy ineficientes debido a la cantidad de energía y calor que era desechada en los gases de escape. Los cohetes modernos nacieron luego, después de haber recibido un subsidio de la Smithsonian Institution, Robert Goddard unió una tobera supersónica (Tobera de Laval) a la cámara de combustión del motor del cohete. Esa boquilla transformaba el gas caliente de la cámara de combustión a un propulsor de gas hipersónico (jet), aumentando más del doble el empuje y aumentando enormemente la eficiencia.

Al final de la Segunda Guerra Mundial, los equipos científicos y militares rusos, británicos y estadounidenses compitieron por capturar la tecnología y el personal del programa alemán de cohetes Peenemünde. Rusia y el Reino Unido tuvieron cierto éxito pero quienes más se beneficiaron fueron los Estados Unidos.

Después de la guerra los cohetes se usaron para estudiar las condiciones existentes a grandes alturas, usando radio telemetría para transmitir la temperatura y presión de la atmósfera, detección de rayos cósmicos y otras investigaciones. Estos estudios fueron continuados en los Estados Unidos por von Braun y los otros, quienes estaban llamados a ser parte del nuevo complejo científico estadounidense.}

Los cohetes se volvieron extremadamente importantes para usos militares con los misiles balísticos intercontinentales (ICBM por sus siglas en inglés) cuando los gobiernos se dieron cuenta de que no se podrían defender de un cohete con carga nuclear una vez éste se hubiese lanzado, de tal forma que se empezaron a fabricar masivamente con este fin bélico.

DEFINICION

Es una máquina que, utilizando un motor de combustión, produce la energía cinética necesaria para la expansión de los gases, que son lanzados a través de un tubo propulsor (propulsión a reacción).

En todos los cohetes, los gases de combustión están formados por propelente, el cual se lleva en el interior del cohete antes de su liberación. El empuje de los cohetes se debe a la aceleración de los gases de combustión.

PARTES DEL COHETE

Cohete espacial: vehículo dotado de un motor de propulsión a chorro que puede desplazarse en el espacio.

Torre de escape: torre que le permite a los astronautas retirarse en caso de peligro.

Módulo lunar: medio de transporte para viajar por la luna.

Reservorio de hidrógeno líquido: parte del cohete que contiene las reservas de hidrógeno líquido.

Propulsor J-3: parte de la tercera etapa que lo separa de la segunda etapa.

Propulsor J-2: parte de la segunda etapa que lo separa de la primera etapa.

Reservorio de oxígeno líquido: parte del cohete que contiene las reservas de oxígeno líquido para uso como combustible del motor.

Reservorio de keroseno: parte del cohete que contiene las reservas de keroseno para uso como combustible del motor.

Estabilizador: parte del cohete que lo mantiene estable durante el despegue.

Tobera: parte del cohete por la que el fluido que corre le permite incrementar la velocidad.

Propulsor F-1: parte del cohete que le permite despegar.

Primera etapa: parte del cohete más cercana al suelo durante el despegue.

Compartimiento intermedio: parte del cohete que conecta la primera y segunda etapa.

Segunda etapa: segunda parte del cohete a partir del suelo.

Tercera etapa: parte del cohete que lleva la carga útil.

Carga útil: parte que debe salir al espacio.

TIPOS DE MOTORES

Motores de reaccion

Los motores de reacción son otro tipo de maquinas térmicas. Abarcan principalmente a turborreactores y cohetes.  

Los dos tienen como base de funcionamiento la tercera ley de Newton.

Esta tercera ley de Newton expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.

Motor tipo cohete

Este tipo de motor se diferencia del turborreactor en que no requiere aire atmosférico, debido que contiene ya las sustancias químicas que al mezclarse provocan la combustión y producen gases muy calientes dentro de una cámara de combustión, que al ser expulsados con gran fuerza originan el impulso del vehículo.

Este es un motor 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.

Eficiencia termica

Toda maquina térmica desperdicia cierta cantidad de calor suministrado. Una de las razones estriba en las perdidas o fugas de calor por radiación, conducción y fricción de los componentes del sistema.

No hay maquinas térmicas perfectas, salvo la ideal conocida como maquina de Carnot, que no presenta ningún tipo de perdidas y su eficiencia depende exclusivamente de las temperaturas con las que absorbe o cede calor. Cuanto mayor sea su la diferencia entre temperaturas de entrada y salida, mayor será también la eficiencia.

Funcionamiento

Los cohetes espaciales son la maquina más veloz inventada por el hombre. Su funcionamiento no es más que el aprovechamiento inteligente de la Tercera Ley de Newton, el Principio de acción y reacción.

Una combustión química produce potentes gases,  los cuales “tiran” con mucha fuerza el aire hacia abajo. Como según el principio de acción y reacción, a toda fuerza le corresponde otra de igual magnitud y dirección contraria, el aire impulsa al cohete con la misma fuerza que los potente gases ejercen fuerza sobre el aire de abajo.

Dado que la potencia con la que se expulsa las gases en el cohete es muy grande, la reacción es de la misma magnitud y es lo que permite no solo levantar el cohete, sino alcanzar velocidades muy altas.

Ciclo termodinamico

El ciclo que sigue el fluido del cohete es parecido al ciclo de vapor de agua

Desarrollo del ciclo

EMPLEO

EMPLEO

Algunos motores con ciclo expansor son los siguientes:

Pratt & Whitey RL10

Pratt & Whitney RL60

TIPOS DE COHETES ESPACIALES

TIPOS DE COHETES ESPACIALES

Podemos decir que de acuerdo al tipo de combustible usado, existen dos tipos de cohete:

Cohete de combustible líquido: Es el que usa propelente con oxidante y están acumulados en depósitos fuera de la cámara de combustión y son a su vez bombeados y combinados en la cámara donde entran en combustión.

Cohete de combustible sólido: Es el que usa ambos, propelente y oxidante, están ya mezclados en la cámara de combustión en estado sólido.

Ahora bien, en cuanto al número de fases, un cohete puede ser:

Cohete de una fase: Es el tipo de cohete monolítico.

Cohete de múltiples fases: Este posee varias fases que van entrando en combustión de manera secuencial y van siendo descartados cuando el combustible se agota, lo que permite aumentar la capacidad de carga del cohete.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN COHETE ESPACIAL

El principio de funcionamiento del motor de cohete se basa en la tercera ley de Newton la ley de acción y reacción , que dice que "a toda acción le corresponde una reacción, con la misma intensidad, misma dirección y sentido contrario".

Imaginemos una cámara cerrada donde exista un gas en combustión La quema del gas producirá presión en todas las direcciones. La cámara no se moverá en ninguna dirección pues las fuerzas en las paredes opuestas de la cámara se anularán.

Si practicáramos una abertura en la cámara, donde los gases puedan escapar, habrá un desequilibrio. La presión ejercida en las paredes laterales opuestas continuará sin producir fuerza, pues la presión de un lado anulará a la del otro. Ya la presión ejercida en la parte superior de la cámara producirá empuje, pues no hay presión en el lado de abajo (donde está la abertura).

Así, el cohete se desplazará hacia arriba por reacción a la presión ejercida por los gases en combustión en la cámara de combustión del motor. Por esto, este tipo de motor es llamado de propulsión a reacción.

Como en el espacio exterior no hay oxígeno para quemar el combustible, el cohete debe llevar almacenado en tanques no sólo el combustible (carburante), sino también el oxidante (comburente).

Motoe de un cohetee

La magnitud del empuje producido (expresión que designa la fuerza producida por el motor de cohete) depende de la masa  y de la velocidad de los gases expelidos por la abertura. Luego, cuanto mayor sea la temperatura de los gases expelidos, mayor será el empuje. Así, surge el problema de proteger la cámara de combustión y la abertura de las altas temperaturas producidas por la combustión. Una manera ingeniosa de hacer esto es cubrir las paredes del motor con un fino chorro del propio propelente usado por el cohete para formar un aislante térmico y refrigerar el motor.

Principio de funcionamiento del motor de cohete: los gases expelidos por la abertura provocan un movimiento hacia arriba por reacción.

TIPOS DE CICLOS DE LOS COHETES

TIPOS DE CICLOS DE LOS COHETES

El ciclo expansor es un ciclo de potencia de los motores cohete bipropelente destinado a mejorar la eficiencia del suministro de combustible.

Existen dos tipos:

CICLO DE EXPANSOR CERRADO

El refrigerante vaporizado por la tobera y la cámara de combustión empuja las turbinas de las bombas de combustible y oxidante.


CICLO EXPANSOR DE PURGA (O CICLO DE EXPANSOR ABIERTO)

Similar al ciclo cerrado, pero con la diferencia de que sólo una parte del combustible usado como refrigerante es desviado para impulsar la turbina, y luego, en un lugar reinyectanose en la cámara de combustión, es purgado.



VENTAJAS
El ciclo de expansión tiene una serie de ventajas con respecto a otros diseños:

Baja temperatura de trabajo
La ventaja es que después de convertirse en gas, el combustible esta, por lo general, cerca de la temperatura ambiente, y no hacen ningún daño, o muy poco, a la turbina, lo que permite que el motor sea reutilizable.

Seguridad inherente
Debido a que en el ciclo expansor el empuje del motor es limitado, la tobera puede ser diseñada para soportar condiciones de empuje máximo. En otros tipos de motores, una válvula de combustible atascado o problema similar puede conducir a que la potencia del motor se salga de cont

COMBUSTION DEL PROPELENTE

Un motor cohete opera bajo el principio de convertir energía calórica, de las reacciones químicas, en energía cinética. En otras palabras, el calor liberado por la combustión del propelente provee la energía calórica; la alta velocidad de los productos de escape saliendo del motor ganan energía cinética. Por esto es que el escape experimenta un gran descenso de temperatura al fluir a través de la tobera (como se mostrara a continuación), un requerimiento de la ley de la termodinámica llamada "conservación de la energía".

 La combustión es simplemente una reacción química exotérmica. Para que este proceso comience se necesita una fuente de calor externa (ignitor) que provea la energía necesaria a un nivel umbral. Esta combustión esta representada por una ecuación química. Por ejemplo, para un propelente 65/35 O/C KN/Sucrosa, la ecuación de la combustión esta dada por (reactivos -> productos).

Lo anterior describe un completo conjunto de información que será necesaria con el fin de determinar el proceso de combustión por completo. Ahora tenemos una serie de parámetros desconocidos, y las ecuaciones que nos permitirán encontrarlos. En resumen, los parámetros desconocidos son:

• El número de moles (coeficientes) en el balance de masas de la ecuación.

• Las fracciones molares en las ecuaciones de equilibrio químico.

• La temperatura de llama adiabática.

• Los valores de ∆h, siendo esta función de la temperatura.

• La presión (de cámara) a la que ocurrirá la reacción.

EMPUJE Y EFICIENCIA DE UN MOTOR COHETE

El empuje que genera un motor cohete es una clave fundamental en su rendimiento. Sin duda, este es el parámetro que mas debe tener en cuenta cualquier diseñador de motores cohete amateur. El empuje, que es la fuerza que el motor genera, es lo que propulsa al cohete hacia (y mas allá) del cielo. El empuje es generado por la masa expelida (el escape) fluyendo a través de la tobera a una alta velocidad. La expresión para el empuje esta dada por:

Donde el término de la izquierda en la ecuación representa la integral de las fuerzas de presión (resultante) actuando en la cámara y la tobera, proyectada en un plano normal al eje de simetría de la tobera, como se muestra en la siguiente figura:

La presión interna es más alta dentro de la cámara y decrece constantemente en la tobera hacia la salida. La presión externa (atmosférica) es uniforme sobre las superficies exteriores. En el primer termino del lado derecho de la ecuación, m es la taza de flujo de masa de los productos de escape y ve es la velocidad de escape. El segundo termino del lado derecho de la ecuación es el llamado empuje de presión, que es igual a cero para una tobera con una relación de expansión optima (Pe = Pa), Ae es el área de salida de la tobera.

NOMENCLATURA PARA CÁLCULOS PARA COHETES

CALCULOS DEL CICLO

DATOS CURIOSOS DE LOS COHETES

¿Qué tipo de combustible usa un cohete espacial?

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 navesespaciales.

¿Cuál fue el primer cohete que se lanzó al espacio?

Viajes espaciales. Astronáutica. Un nuevo capítulo en la historia aeronáutica comenzó en julio de 1950, cuando se lanzó el primer cohete desde Cabo Cañaveral, Florida: el Bumper 2. Como se muestra en la fotografía, el Bumper 2 fue un ambicioso cohete de 2 compartimentos llevando un misil V-2 con un cohete WAC Corporal.

¿Cómo inicio la carrera espacial?

La carrera espacial fue una competencia entre Estados Unidos y la Unión Soviética que duró aproximadamente desde 1957 a 1975. Supuso el esfuerzo paralelo entre ambos países de explorar el espacio exterior con satélites artificiales, de enviar humanos al espacio y de posar a un ser humano en la Luna.

¿Quién llegó primero al espacio exterior?

El soviético Yuri Gagarin (1934 - 1968) fue el primer ser humano en el espacio, en un vuelo orbital de 48 minutos, a bordo de la nave Vostok 1. El vuelo de Gagarin se efectuó el 12 de abril de 1961.

LOS COHETES EN LA ACTUALIDAD

Actualmente los cohetes son una parte esencial para la investigación y la ciencia ya que son utilizados para las misiones espaciales que se han convertido en una prioridad para los investigadores, instituciones y muchas naciones.

Los cohetes son la razón principal por la que se pueden llevar a cabo estos viajes, ya que sin un cohete bien realizado y planeado no seria posible salir de nuestro planeta. Así que en esta parte del blog hablaremos de las principales agencias espaciales y los cohetes utilizados actualmente.

1.- NASA 

No es una sorpresa para nadie que hablemos de la NASA (National Aeronautics and Space Administration) la cual es la institución mas importante y mas conocida por todo el mundo fueron los primeros en llegar a la luna y tienen cientos de misiones exitosas a su nombre. 

El 26 de noviembre de 2018, la NASA informa que el aterrizaje de la nave InSight en Marte se había realizado con éxito. 

El objetivo principal es estudiar la historia evolutiva temprana de los procesos que dieron forma a Marte. InSight colocará un único módulo de aterrizaje fijo en Marte para estudiar entre otras cosas el interior y el subsuelo, y abordar un problema fundamental de ciencia planetaria y del sistema solar: comprender los procesos que dieron forma a los planetas rocosos del sistema solar interno (incluida la Tierra) hace más de cuatro mil millones de años.

El vehiculo de lanzamiento o cohete utilizado el 5 de mayo de 2018 fue un Atlas V 401.

El Atlas V es un cohete desechable construido por Lockheed Martin y Boeing. Se construye en la planta de Decatur, en Alabama. Su primera etapa es alimentada por una mezcla de queroseno y oxigeno liquido, usando un motor ruso RD-180 ( Motor de doble cámara de combustión con doble tobera) y otro motor en la etapa superior Centauro. Este tipo de cohete ha sido lanzado trece veces desde agosto de 2002 hasta mayo 2018.

Aqui Podemos ver dicho lanzamiento.

2.- SPACE X

Space X es una compañía privada en los estados unidos que se encarga de diseñar, fabricar y lanzar cohetes avanzados al espacio exterior. La compañía fue fundada en 2002 para revolucionar la tecnología espacial con el objetivo principal de permitirle a las personas vivir en otros planetas.

 El 15 de noviembre de 2018 Space X lanzo un satelite a la orbita de la tierra satisfactoriamnete utilizando su prinicpal veiculo, el FALCON 9.

El Falcon 9 es un cohete de dos etapas utilizado para transportar satélites de forma segura a la órbita de la tierra. Es un cohete diseñado para ser reutilizado ya que esta empresa cree fielmente que la reutilizabilidad es la clave para reducir el costo de acceso al espacio y así cumplir su objetivo principal. Las dos simples etapas de el cohete minimizan el numero de separaciones y con sus motores de 9 etapas le permiten completar misiones incluso cuando uno de sus motores deja de funcionar y cuando una de estas partes se separan del cohete, las mismas regresan a la tierra con un sistema de aterrizaje de los mares cercanos.

A continuación podemos ver el lanzamiento y el aterrizaje de la primera fase.

VIDEOS RELACIONADOS

PARA MAYOR INFORMACIÓN:

COHETES ESPACIALES NATIONAL GEOGRAPHIC (DOCUMENTAL)

FUNCIONAMIENTO A GRANDES RASGOS DE UN COHETE

CARACTERISTICAS

BIBLIOGRAFIA

LINKS DE  REFERENCIA

https://es.wikipedia.org/wiki/Cohete

https://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_espacial

https://www.aboutespanol.com/historia-del-cohete-3294740

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/cohete3/cohete3.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_del_cohete_de_Tsiolkovski

http://aerosollarevista.com/2014/11/presentando-al-gas-hidrocarburo/

http://www.antena7.com.do/noticias/cohetes-8055

https://www.antena3.com/temas/cohetes-1

http://www.cicloscombinados.com/index.php/9-el-ciclo-agua-vapor

http://www.renovetec.com/142-el-ciclo-agua-vapor

http://www.cicloscombinados.com/cicloaguavapor.html

https://www.cec.uchile.cl/~roroman/cap_08/cic-vapor.htm

http://www.cicloscombinados.com/index.php/ciclo-agua-vapor

http://www.atraccion360.com/curiosidades-de-los-cohetes-espaciales

https://www.muyinteresante.es/ciencia/fotos/12-datos-y-curiosidades-sobre-los-astronautas/mas-hombres-que-mujeres-astronautas

https://omicrono.elespanol.com/2014/02/curiosidades-que-no-sabias-de-la-exploracion-espacial/