Motor químico
El motor químico es el más simple de los motores que pueden impulsar una nave espacial.
Su funcionamiento es sumamente simple: un combustible y un comburente reaccionan en una cámara y los gases resultantes de la combustión son expulsados de forma dirigida por una tobera. Por acción-reacción, los gases expulsados impulsan el cohete. Es exactamente el motor que empuja los cohetes de feria.
El mecanismo físico de estos motores es la tercera ley de Newton: "Por cada fuerza que actúa en un cuerpo éste ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el cuerpo que ejerció la primera fuerza". Es decir, la fuerza que impulsa los gases hacia atrás es igual en magnitud, pero opuesta, que la que impulsa al cohete hacia delante.
De la tercera ley de Newton es posible deducir el principio de conservación de la cantidad de movimiento. Esto significa que, en un instante dado, el producto de la velocidad de las partículas de gas por su masa es igual al producto de la velocidad del cohete por su masa. Puesto que la masa de los gases que salen de la tobera en cada instante es poca en comparación con la masa del cohete. Esto significa que es necesario mucho gas para impulsar la nave.
Por otra parte, la mayor parte de la masa del cohete es su combustible, por lo que buena parte del impulso se pierde en desplazar hacia delante una masa que después habrá que volver a empujar hacia atrás.
Por todo esto, aunque los motores químicos son los que se emplean hoy en día por su sencillez, en definitiva se trata de motores sumamente ineficientes.
Tabla de contenidos
Autonomía
Dada su ineficiencia, la autonomía de este tipo de propulsor es muy limitada:
- Son incapaces de alcanzar altas velocidades, en términos de desplazamiento espacial.
- Tienen una gran necesidad de combustible y de masa de reacción.
No pudiendo alcanzar grandes velocidades, el tiempo de tránsito se dilata. Por ejemplo, si se efectúa el lanzamiento en el momento apropiado, el viaje hasta el planeta Marte, puede tener una duración de seis meses. Salir del Sistema Solar llevaría varios años, y llegar a la estrella más cercana, miles.
Esto, sumado a las enormes cantidades de masa de reacción y combustible que consumen, hacen imposible el viaje interestelar con este tipo de motores.
Viaje interplanetario
De momento, este tipo de propulsor nos puede permitir la exploración de la parte interior de nuestro sistema solar, posibilitando el viaje interplanetario a Marte, Venus e incluso Júpiter.
Sistemas auxiliares
Aún así, se está tratando de mejorar el rendimiento de este tipo de vehículos, optimizando su gasto de combustible durante la fase de lanzamiento desde Tierra. Y es que una enorme parte del combustible y masa de reacción que gasta el cohete es utilizada en estos pocos minutos iniciales, dedicada a adquirir la velocidad de escape de la atracción gravitatoria terrestre. Si una nave no tuviera que superar por sus propios medios este obstáculo, se ahorraría tener que acarrear el combustible necesario para ello. Con frecuencia los cohetes como el Arianne se dividen en fases que se suceden rápidamente en los primeros momentos, durante las cuales el cohete se va desprendiendo de grandísimos depósitos de combustible vaciados en apenas unos segundos.
Se han diseñado diversas estrategias para mejorar este aspecto, la mayoría de las cuales consisten en sistemas auxiliares externos a la nave, que la propulsan hasta liberarla parcial o totalmente de la gravedad de nuestro planeta.
Catapulta electromagnética
La catapulta electromagnética consiste en una pista de despegue sobre raíles de funcionamiento similar a los trenes de levitación magnética. La nave se coloca en la rampa de lanzamiento y es acelerada hasta el final de la misma, alcanzando una gran velocidad. Esto supone un gran ahorro de combustible en la nave, pero también un ahorro energético en todo el sistema, ya que la catapulta no tiene que acelerar la masa de este combustible.
Podemos ver ejemplos del uso de catapultas electromagnéticas en obras de ciencia ficción como La Luna es una cruel amante, de Heinlein, o en el anime musical Interstella 5555 del dúo electrónico Daft Punk.
Avión lanzadera
Otro medio de ayudar en esta primera fase de despegue es acoplar la nave espacial a un vehículo auxiliar que la eleve hasta la estratosfera. Este, lógicamente, es un método menos eficiente ya que, si bien la nave espacial no debe acarrear el combustible para tal desplazamiento inicial, este debe ser transportado por el avión que sirve de lanzadera.
Los aviones lanzadera están actualmente en fase de estudio por las diferentes Agencias Espaciales y pueden ser una realidad próxima.
Ascensor espacial
El ascensor espacial es un método que permite eludir completamente esta fase de despegue. El punto de partida de la nave espacial se encuentra al otro extremo del ascensor, libre de la atracción gravitatoria, y los materiales necesarios para su montaje y avituallamiento (e incluso la tripulación) llegan a ella a través del ascensor, optimizando el gasto energético.
Impulso gravitatorio
El impulso gravitatorio no es un método que permita soslayar el despegue, sino una manera de reducir la necesidad de combustible ya en la fase de navegación, durante el viaje espacial. Aprovechando al atracción gravitatoria de los cuerpos celestes que tiene en su camino, la nave espacial gana impulso.
Este es un punto clave en la planificación de todas las misiones espaciales actuales, que no se pueden permitir el lujo de desperdiciar una oportunidad de acelerar sin gasto de combustible.
Motor químico en la ciencia ficción
Por su sencillez, ha sido el medio de propulsión más tempranamente utilizado en la ciencia ficción, fuera de los proyectiles balísticos de las obras de los inicios de la ciencia ficción moderna, como en De la Tierra a la Luna (1865) de Julio Verne o en La guerra de los mundos de H.G. Wells.
Las primeras obras de ficción que trataban de dar realismo a relatos de exploración espacial utilizaban profusamente cohetes propulsados por estos medios, llegándo a convertirse el cohete casi en un emblema de la Space Opera de época de la edad de oro.
Por ejemplo, en El verano del cohete, el relato que abre Crónicas marcianas de Ray Bradbury, se describe el tremendo calor desprendido del lanzamiento de un cohete con destino a Marte, si bien es cierto que no se aclara si este es propulsado por energía química u otra fuente más poderosa.
Otra miriada de relatos publicados en las diversas revistas pulp describen vehículos que pese a viajar a lejanas estrellas son sospechosamente similares a la tecnología real que por entonces se utilizaba (y aún hoy se sigue usando).
Dentro de la ciencia ficción más realista, este tipo de propulsor ha sido poco utilizado, fundamentalmente porque no permite mucha autonomía a la imaginación de los autores. Incluso escritores de sólida base científica como Arthur C. Clarke, comprometidos con una ciencia ficción dura, prefirieron aventurar otro tipo de nave más avanzada para describir los primeros pasos de la expansión del ser humano por el Sistema Solar.
Al margen de la exploración espacial, el motor químico sí ha sido utilizado en sofisticadas aeronaves que emulaban a los actuales cazas a reacción. Es el caso de famosas series como los Thunderbirds o UFO, que transponían la mencionada estética pulp a la floreciente televisión.
| Velocidad: | Baja (Velocidades no comparables a c) | Alta (Velocidades superiores a un décimo de c) | Supralumínica (Velocidades superiores a c) |
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