Cohete Listo

Agradecimientos Empezare los agradecimientos con mi tutor del trabajo que me ha ayudado en

todo lo que ha podido y me ha dado su opinión siempre de cómo realizar el trabajo

dándome ideas sobre que debía poner como prioridades y sobre todo agradecer que

aceptase mi trabajo que era un tema muy difícil para poder realizarlo y me haya

ayudado a hacerlo más fácil de realizar.

También me gustaría agradecer a mis compañeros de clase Peter Amuzu, Mario

Pérez e Iván Martínez ya que sin su ayuda gran parte del trabajo de campo no se

hubiese podido realizar, además de hacer las fotos y videos de las pruebas y

fabricación del motor.

Dar las gracias a Guillermo Descalzo, ingeniero argentino, quien de forma

indirecta a través de su página web me ha ayudado en la fabricación del motor gracias

a las explicaciones de cómo elaborarlo.

Por último agradecer a mis padres el apoyo durante todo el trabajo,

ayudándome en todo lo posible para poder realizar este trabajo.

Índice

1 Introducción .............................................................................................................. 1

2 Historia del motor cohete ......................................................................................... 3

2.1 La China Medieval .............................................................................................. 3

2.2 Invasiones mongolas .......................................................................................... 3

2.3 Primeras investigaciones en Europa .................................................................. 4

2.4 Interés británico por los cohetes. William Congreve ........................................ 4

2.4.1 Usos del cohete de Congreve ..................................................................... 5

2.5 La segunda mitad del siglo XIX ........................................................................... 5

2.6 Siglo XX, los cohetes modernos. ........................................................................ 6

2.6.1 El cohete de combustible líquido. Robert Goddard. .................................. 7

2.6.2 Aparición de las sociedades cosmonáuticas. ............................................. 8

2.6.3 Investigación en los años de entreguerras. ................................................ 8

2.6.4 El cohete V-2 ............................................................................................... 9

2.6.5 La guerra Fría ............................................................................................ 10

3 Características ......................................................................................................... 12

3.1 Definición ......................................................................................................... 12

3.2 Ventajas y desventajas ..................................................................................... 12

4 Funcionamiento ...................................................................................................... 13

4.1 Principio de acción-reacción ............................................................................ 13

4.2 Motores de propulsión a reacción ................................................................... 14

4.3 El empuje ......................................................................................................... 14

4.4 Velocidad instantánea y final ........................................................................... 15

5 Combustibles ........................................................................................................... 17

5.1 Combustibles sólidos ....................................................................................... 17

5.2 Combustibles líquidos ...................................................................................... 18

5.3 Combustibles híbridos ..................................................................................... 19

6 Usos ......................................................................................................................... 19

6.1 Militar ............................................................................................................... 19

6.2 Agencias espaciales .......................................................................................... 20

6.3 Civil ................................................................................................................... 20

7 Estructura ................................................................................................................ 20

7.1 Cámara de combustión .................................................................................... 21

7.2 Tobera .............................................................................................................. 21

7.3 Grano ............................................................................................................... 22

7.4 Tanques de almacenamiento........................................................................... 22

8 Investigación ........................................................................................................... 22

8.1 Vela solar .......................................................................................................... 22

8.2 Cohete de reacción nuclear ............................................................................. 23

9 Fabricación de un motor cohete amateur .............................................................. 24

9.1 Características teóricas del motor ................................................................... 24

9.2 Planos ............................................................................................................... 26

9.3 Materiales ........................................................................................................ 29

9.4 Fabricación del combustible ............................................................................ 29

9.5 Montaje del motor ........................................................................................... 31

9.6 Primera prueba ................................................................................................ 31

9.7 Segunda prueba ............................................................................................... 32

10 Conclusiones ........................................................................................................ 35

11 Bibliografía ........................................................................................................... 37

Anexos .............................................................................................................................. 1

Proponen usar cohetes nucleares en los futuros vuelos lunares ................................. 1

DE LOS FUEGOS ARTIFICIALES A LA LUNA [Motor cohete] Sergio Martínez Baena

1

1 Introducción

La idea de realizar este trabajo de investigación empezó siendo la pila de

hidrógeno y sus aplicaciones, pero acabo derivando en la aplicación del motor de

hidrógeno a un cohete, tras la obtención de un cohete de hidrógeno y varias pruebas

con el vi que no se podía realizar gran cosa solo con el cohete así que decidí realizar un

trabajo de investigación sobre los motores cohete de toda índole, explicando su

historia, funcionamiento, aplicaciones y tipos de motores cohete que hoy en día se

utilizan, se han utilizado y se utilizaran. Como parte del trabajo de campo surgió la idea

de fabricar motores cohete de combustible sólido llamados “Candy” para ver cómo es

internamente un motor de este tipo y su fabricación a pequeña escala. Con esto

marcamos como objetivo a tratar en este trabajo la capacidad que tiene un alumno de

secundaria con los medios que dispone de crear un motor cohete plenamente

funcional.

Para empezar explicaremos la historia desde la creación de los primeros cohetes

en la China medieval hasta la actualidad para ver de manera cronológica los diferentes

usos que se le ha dado a este tipo de motor durante la historia de la humanidad, las

mejoras que se le han realizado y nos ayudara a introducirnos bien en el mundo de los

motores cohete. Seguiremos explicando que tipos de motores cohetes se utilizan y

para que se utilizan en cada caso. También veremos el funcionamiento de este tipo de

motor, sus ventajas y desventajas y los principios que se han formulado sobre cohetes.

Finalmente acabaremos con el trabajo realizado para la fabricación del motor y los

resultados que hemos obtenido.


2

Para realizar este trabajo el método usado en la parte teórica ha sido la búsqueda

masiva de información en Internet para poder tener el máximo posible de información

y contrastarla para dar una información lo más veraz posible, después ha sido

sintetizada. Al mismo tiempo también he buscado información en enciclopedias para

buscar conceptos que no se definían en Internet o no eran del todo fiables.

En la parte practica del trabajo todo se ha seguido utilizando un tutorial sacado

también de Internet donde explicaba paso a paso como crear un motor cohete y su

combustible. Todo el proceso de fabricación y pruebas de motor y combustible se han

hecho siempre en las condiciones de seguridad optimas para evitar cualquier

accidente.


3

2 Historia del motor cohete

2.1 La China Medieval

Los primeros usos de los motores cohete provienen de la china del siglo XIII

donde el reciente descubrimiento de la pólvora por parte de los antiguos alquimistas

chinos había desarrollado para su uso en ceremonias religiosas en la veneración a los

dioses de la antigua religión china. Este primer uso que se le dio a los cohetes es lo que

hoy en día llamamos fuegos artificiales

y que también utilizamos para ciertos

momentos que forman parte de

nuestra tradición. Aunque en un

principio se desarrollaron para

utilizarlos en ceremonias religiosas, se

investigo para un uso militar de los cohetes, utilizándolos como artillería para incendiar

objetivos que no era posible alcanzarlos con flechas o que eran resistentes a ellas. La

primera batalla en la cual hay constancia de que se usaron cohetes con fines militares

fue el asedio de la capital de la provincia de Henan, Kaifeng.

2.2 Invasiones mongolas

Esta nueva tecnología no llegó a Europa hasta que las tropas mongolas

comandadas por Gengis Khan y Ogodei Khan las usaran en las campañas de conquista

de Rusia, Europa del este y una parte de Europa central. El uso de los cohetes chinos

por parte de las tropas mongolas fue tomado cuando estas invadieron el norte de

China gracias a los mercenarios chinos que conocían el uso de los cohetes y ayudaron a

Imagen 1 Militar chino encendiendo un cohete


4

los mongoles en sus campañas. Más tarde los otomanos también utilizaron esta

tecnología en el sitio de Constantinopla, es muy probable que los otomanos tomaran

esta tecnología de los mongoles durante las campañas mongolas de siglos anteriores y

estos la desarrollaran para su utilización. En Europa los cohetes eran vistos como una

curiosidad.

2.3 Primeras investigaciones en Europa

El general de artillería lituano Kazimierz Siemienowicz contribuyó al

desarrollo de cohetes, tanto de uso militar como civil, con su obra Artis Magnae

Artilleriae pars prima. En ella se explicaba cómo fabricar diferentes tipos de

cohetes, bolas de fuego y otros objetos de pirotecnia. También incluía un capitulo

en el cual hablaba sobre calibración, construcción, producción y propiedades de

los cohetes tanto para usos militares como civiles, incluyendo cohetes de

múltiples etapas, baterías de cohetes y cohetes con aletas estabilizadoras en

forma de delta para sustituir la vara estabilizadora que servía de guía.

2.4 Interés británico por los cohetes. William Congreve

Durante la expansión colonial del imperio británico en la india, las tropas del

Reino de Mysore comandadas por Haidar Ali y su hijo el Sultán Tipu, usaron cohetes

fabricados mayormente de bambú y resultaron satisfactorios en las dos primeras

batallas de Seringapatam donde derrotaron a los británicos. Estas noticias llegaron a

Gran Bretaña y supuso la implicación del imperio británico en la investigación y el

desarrollo de cohetes con fines militares. El oficial de artillería británico William

Congreve fue uno de los investigadores más importantes del momento en cuanto a los

Imagen 2 Cohete

de Siemienwicz


5

cohetes en su uso militar. Los primeros cohetes desarrollados por Congreve tenían una

carcasa de hierro con una carga de 3 kilogramos de material incendiario y una vara

estabilizadora de 4 metros de longitud. Su peso total en vacío era de 14 kilogramos. La

vara estabilizadora en un principio se colocó en los laterales como se utilizaba hasta el

momento, pero se acabó situando en el centro del cohete para aumentar la precisión y

disminuir el arrastre cuando se lanzaba desde un segmento de tubo. Este cohete llegó

a tener un alcance de hasta 3300 metros.

2.4.1 Usos del cohete de Congreve

Se utilizó por primera vez el cohete de Congreve en las guerras napoleónicas,

más concretamente en el ataque de los británicos al puerto de Bolougne el año 1805

con el objetivo de destruir la flota que Napoleón había preparado para la invasión de

Gran Bretaña, aunque el primer ataque fue fallido debido a causas meteorológicas, en

un segundo ataque un año más tarde la operación fue un éxito. También fue destruida

en el año 1807 la flota francesa atracada en la ciudad de Copenhague. Años más tarde

la ciudad de Danzig fue atacada por los ingleses que incendiaron y destruyeron las

reservas de comida de la ciudad utilizando cohetes. En 1814 la nave Erebus dotada de

sistemas de lanzamiento de cohetes fue utilizada en el bombardeo al Fuerte McHenry

durante la batalla de Baltimore en la guerra entre los ingleses y los estadounidenses.

Esos mismos cohetes se usaron para la batalla de Waterloo donde fue derrotado el

ejército de Napoleón.

2.5 La segunda mitad del siglo XIX

William Hale, en 1847, introdujo una nueva mejora en los cohetes eliminando la

barra de estabilización y haciendo que el cohete girase sobre su propio eje, como si de


6

una bala se tratase. Así se consiguió eliminar el peso de la barra y hacer que el cohete

fuera más preciso y adquiriera mayor velocidad debido al menor peso de este. La

patente de Hale fue comprada por Estados unidos que los utilizó en la Guerra Civil

estadounidense y en la guerra entre México y Estados Unidos.

Aunque los cohetes tuvieron un gran uso durante las guerras de la primera mitad

de siglo XIX, su uso bélico comenzó a decaer a partir de 1850 ya que se comenzaron a

desarrollar cañones más ligeros y bombas estabilizadas de mayor precisión. El uso de

cohetes se hizo de manera más pacífica, siendo uno de sus usos el de cohete

salvavidas. Este cohete se utilizaba para lanzar una cuerda ligera desde la costa hasta

un barco que hubiese embarrancado por culpa de una tormenta. Más tarde se tiraba

de la cuerda y se hacía llegar una soga más resistente para poder arrastrar los barcos

hasta la costa o desplegar un sistema de boyas salvavidas para que los marineros

pudiesen salir de los barcos usando una maroma. Otro uso no bélico fue el de los

cohetes balleneros, arpones propulsados por un motor cohete que se lanzaba desde la

embarcación. El arpón tenía una cabeza explosiva que mataba a la ballena en el

momento del impacto y mediante un garfio enganchaba la ballena a una cuerda que

llegaba hasta el barco. El uso de bengalas también se utilizaba en el mar para hacer

señales como determinar la posición de un barco desde otro que estuviese más

alejado, o dar órdenes a distancia.

2.6 Siglo XX, los cohetes modernos.

A principios del siglo XX varios científicos propusieron el uso del motor cohete

para propulsar vehículos que pudiesen llegar a realizar vuelos interplanetarios, como

ya introdujo en su día Julio Verne con su De la Tierra a la Luna. Uno de ellos fue


7

Konstantin Tsiolkovsky quien publicó en 1903 La Exploración del espacio cósmico por

métodos de reacción, el cual fue el primer trabajo científico sobre vuelos espaciales

serio. Su trabajo pasó casi desapercibido fuera de la Unión Soviética, aunque se

hicieron extensas investigaciones y se formó la Sociedad Cosmonáutica a través de su

trabajo. Tsiolkovsky proponía el uso de oxígeno e hidrógeno líquido como combustible

y desarrolló un diseño de estructura de construcción y la forma de cada parte del

cohete para hacer que la eficiencia de masa aumentase y así también aumentase su

radio de alcance.

2.6.1 El cohete de combustible líquido. Robert Goddard.

Robert Goddard, físico estadounidense, trabajaba en la investigación de

motores cohete con una subvención del Smithsonian Institution. Años más tarde creo

el motor de combustible líquido capaz de funcionar

fuera de la atmosfera, y diseñó un cohete que se

utilizaría en las mediciones científicas que realizaban

los globos, pero a una mayor altitud que estos.

Goddard fue muy criticado por las declaraciones que

hizo sobre su cohete y que afirmaba algún día llegaría

a la Luna, años más tarde con el éxito de la misión

Apolo XI el diario New York Times se disculpo por esas

críticas. Una de las mejoras de importancia que añadió Goddard fue la adhesión de una

tobera supersónica a la cámara de combustión para hacer que los gases generados por

la combustión tuviesen una velocidad de salida mucho mayor, esta mejora hizo que los

motores cohete aumentasen su empuje y eficiencia a más del doble.

Imagen 3 Robert Goddard y su cohete de

combustible líquido


8

Otra de las invenciones de Goddard, aunque a nivel teórico, fue la creación de

un cohete lanzado desde un tubo o rampa de lanzamiento horizontal que más tarde se

llamaría bazooka. Se realizaron diversas pruebas en la misma semana que la primera

guerra mundial acabó y este diseño perdió importancia para el ejército, pero cuando

estalló la Segunda Guerra Mundial se usó el trabajo de Goddard para crear

lanzacohetes antitanque, más comúnmente llamados bazooka. Estos lanzacohetes

lanzaban cohetes con una cabeza explosiva capaz de atravesar vehículos blindados.

2.6.2 Aparición de las sociedades cosmonáuticas.

En la década de 1920 se crearon un gran número de grupos y organizaciones de

investigación sobre cohetes en las principales potencias de la época. En Alemania un

grupo de científicos había empezado a experimentar con cohetes que usaban

combustible líquido con los que consiguieron alcanzar una gran distancia y altitud. En

1927 un grupo de ingenieros aficionados a los cohetes crearon la Sociedad Alemana de

cohetes o Vrf y lanzaron su primer cohete de combustible líquido, usando una mezcla

de oxígeno líquido y gasolina.

2.6.3 Investigación en los años de entreguerras.

En la década de 1930 Leningrado fue el centro de la investigación científica

sobre cohetes ya que el trabajo científico más extenso sobre diseño de motores cohete

tuvo lugar en el laboratorio dinámico de gases. Con el científico Valentin Glushko a la

cabeza se crearon más de 100 motores experimentales. El trabajo incluía regeneración

enfriadora, ignición hiperbólica y diseños de inyectores de combustible que incluían

mezcladores e inyectores mezcladores internos que suministraban combustibles

secundarios. A pesar de esto el trabajo fue suspendido debido al arresto de Glushko


9

durante las purgas estalinistas de 1938. El profesor austriaco Eugen Sänger realizó un

trabajo de las mismas características pero de extensión menor al trabajo de Glushko.

También durante esta década en Alemania la Reichswehr que más tarde se pasaría a

llamar Werhmacht empezó a investigar en los cohetes como artillería debido a que no

tenían acceso a otro armamento por el Tratado de Versalles. Para esto subsidió a la

VfR pero como solo estaban centrados en el aspecto científico y no en el militar

crearon su propio grupo de investigación dirigido por el alemán Hermann Oberth,

quien había publicado en 1923 “El cohete en el espacio planetario”, una versión de su

tesis doctoral rechazada por la Universidad de Múnich. Más tarde se unió a la

investigación el joven científico Wernher von Braun junto a dos antiguos miembros de

la VfR, dentro de la Werhmacht desarrolló armas de largo alcance que se utilizaron en

la Segunda Guerra Mundial por la Alemania nazi. Estos cohetes fueron los de la serie A,

que llevaron al desarrollo de los cohetes V-2.

2.6.4 El cohete V-2

Los cohetes V-2 comenzaron a producirse en 1943 que fue un paso hacia

adelante en la historia de los cohetes, equipados con una cabeza de guerra de amatol

de una tonelada y un alcance de 300km. Este modelo

contiene diferencias casi inapreciables con los cohetes

utilizados actualmente ya que tenía bombas de turbinas,

guía inercial y otros sistemas. Se utilizaron estos cohetes

en bombardeos contra las naciones aliadas y solo en

Inglaterra causaron 2.700 muertes y 6.500 muertos.

Debido al diseño del sistema de guía y a la cabeza de Imagen 4 V-2


10

guerra esta arma era muy imprecisa para usarla contra objetivos militares. La

destrucción que dejaron a su paso demostró el poder de las armas guiadas aunque

este no fue significativo en el transcurso de la guerra.

2.6.5 La guerra Fría

Cuando terminó la guerra, la ocupación de los aliados de Alemania hizo que

muchos de los equipos científicos de estas naciones intentasen conseguir la tecnología

y equipos de trabajo desarrollados por los alemanes

durante los años anteriores a la guerra y durante la

misma, como el programa alemán de cohetes

Peenemünde. Estados Unidos fue el país que más

científicos capturó, entre ellos a von Braun y diversos

miembros del partido nazi, en Estados Unidos formaron

parte de la Operación Paperclip que se ocupó de seguir investigando con los cohetes

diseñados por los alemanes y usados para otros fines, además de fines bélicos. Uno de

los modelos alemanes que siguieron desarrollando fue el V-2 que pasó a llamarse

Redstone y fue el cohete usado en la primera fase del programa espacial

estadounidense. Von Braun también fue el inventor del cohete Saturno V que sirvió

para llevar a cabo los programas Apolo y Skylab de la NASA y es el responsable de

llevar al primer hombre a la luna en 1969.

En la Unión Soviética, dirigidos por Sergei Korolev, se siguió investigando con

ayuda de técnicos alemanes en los modelos fabricados por los alemanes. El cohete V-2

fue mejorado y se diseñaron los cohetes R-1, R-5 y R-7. Paralelamente Glushko diseñó

Imagen 5 Wernher von Braun


11

y construyó nuevos motores que fueron la base de los primeros ICBM junto al R-7. El R-

7 también fue usado en el programa espacial soviético siendo el cohete que puso en

órbita al primer satélite, el Sputnik, y empleado en la mayor parte del programa

Sputnik. Además el R-7 es la base de los cohetes rusos como el Soyuz y el Vostok.

Todas las pruebas realizadas por los científicos en materia de cohetes y de

investigación espacial atrajeron la atención de inversores y el principio de la guerra fría

fue un gran momento para la investigación y desarrollo de los cohetes además de la

constante batalla por el espacio entre las agencias espaciales soviética y

estadounidense.

Más tarde los ICBM fueron el centro del conflicto entre soviéticos y

estadounidenses durante la guerra fría. Estos cohetes se desarrollaron para

convertirlos en armas bélicas provistos de una cabeza nuclear. Cuando los gobiernos se

dieron cuenta de que una vez lanzados no habría ninguna manera de defenderse de

ellos se empezaron a fabricar de forma masiva. Este hecho provoco una gran tensión,

llegando hasta la crisis de los misiles de Cuba y con el miedo a una guerra nuclear que

acabaría con la humanidad. Con esta crisis y con el tratado de no proliferación de

armas nucleares las tensiones se acabaron y el uso más directo de los cohetes por

parte de estas dos potencias fue el de la investigación espacial.


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3 Características

3.1 Definición

Los motores cohete son aquellos motores de combustión interna que generan

un empuje debido a la expulsión a la atmosfera de gases provenientes de la cámara de

combustión. El movimiento generado por el motor cohete es debido a la acción-

reacción, tal y como se define en la tercera ley de Newton, en la cual se describe que

para cada fuerza realizada existe otra fuerza de igual intensidad y dirección, pero de

sentido contrario a esta. Este tipo de motor contiene en la cámara de combustión el

combustible, además del comburente necesario para producir toda la reacción de

combustión, generalmente se usa oxígeno en estado gaseoso aunque también se

utiliza en su estado líquido.

3.2 Ventajas y desventajas

Como características de este motor podemos decir que es el motor más potente

en relación a su peso y esto lo hace ideal para desplazar grandes objetos como naves

espaciales, además no pierde potencia con el uso, aunque utiliza una gran cantidad de

combustible. Otra desventaja es que para alcanzar esta relación entre potencia y peso,

este tipo de motor utiliza un escape o tobera supersónica, el cual hace que sea el

motor que más ruido produce.

Una de las ventajas de contener el comburente en la cámara de combustión es

que no necesita del oxígeno atmosférico para funcionar y puede ser usado en

ambientes pobres en oxígeno como el espacio exterior. En cuanto a su estructura una

de las características que hace a este motor muy resistente es la ausencia de partes


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Imagen 6 Principio de propulsión

móviles ya que tan solo está formado por la cámara de combustión y la tobera. Al no

existir partes móviles no se requiere ningún tipo de lubricación. Esta última

característica hacen de este motor uno de los más fiables en cuanto a fallos mecánicos,

ya que los únicos fallos que se pueden registrar es una mala ignición, una mala

combustión o una explosión. También es uno de los motores más sencillos en cuanto a

su funcionamiento. La reacción de combustión que tiene a cabo en la cámara del

motor es instantánea y en el mismo momento en que se enciende el detonador el

motor se pone en funcionamiento, además en los motores de combustible sólido esta

reacción no se puede detener hasta que no se ha terminado por completo.

4 Funcionamiento

4.1 Principio de acción-reacción

Como ya hemos dicho anteriormente el principio

de funcionamiento del motor cohete se basa en la

tercera ley de Newton, la acción-reacción.

Si nos imaginamos un recipiente totalmente cerrado en el cual un gas entre en

combustión observaremos que se produce una presión en las paredes del recipiente

en todas las direcciones. Al producir la misma presión en todas las paredes el objeto no

se moverá porque las fuerzas se anulan entre sí. En el momento en que se produce

una abertura por la cual el gas puede escapar se producirá un desequilibrio, ya que la

presión que se producía en una de las paredes ya no se ejerce, por lo tanto obtenemos

una fuerza debida a la presión en el lugar opuesto a la abertura producida en el

recipiente, a esta fuerza le llamamos empuje. Entonces al aplicar la tercera ley de


14

Newton obtenemos que existe una fuerza opuesta al empuje que genera el

movimiento del cuerpo en la dirección del empuje, a esta fuerza se le llama propulsión,

y es por lo que este tipo de motor es llamado de propulsión a reacción.

4.2 Motores de propulsión a reacción

Dentro de los motores de propulsión por reacción encontramos lo motores a

reacción que usan generalmente los aviones y los motores cohete. La diferencia entre

estos es que los motores a reacción toman el comburente necesario para la

combustión del exterior de la cámara de combustión y por lo tanto solo se pueden

utilizar en las capas bajas de la atmosfera, en cambio el motor cohete al ya tener

dentro de sí el comburente necesario para la combustión, ya sea mezclado con el

combustible o en tanques independientes utilizados en los motores de combustible

líquido, lo que hacen a estos motores adquirir una independencia total del medio

externo en el que trabajan llegando a funcionar incluso en el vacio más absoluto.

4.3 El empuje

El empuje o fuerza de propulsión que desarrolla el cohete es igual al producto de

la masa de gases que son desprendidos en un segundo por la velocidad de estos, para

ver un ejemplo tomamos un motor cohete que consume 5kg de combustible cada

segundo y la velocidad de salida de los gases es de 1200 metros por segundo, el

empuje obtenido sería:

kgsmsm

skgEvmE 24.612/1200

/8.9/5

2=⋅=⇒⋅=


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A partir de esta fórmula se deduce que para que el motor pueda elevarse del

suelo, el peso total del objeto ha de ser inferior al del empuje producido.

4.4 Velocidad instantánea y final

Para obtener la velocidad que alcanzara un cohete podemos aplicar la formula

de la cantidad de movimiento siendo esta siempre constante.

VMvm ⋅=⋅

En la cual m es la masa de los gases expulsados, v la velocidad de estos, M la masa

total del cohete y V la velocidad en ese instante. Entonces para obtener la velocidad en

ese instante despejamos V en la formula y obtenemos:

M

vmV

⋅=

Con esta fórmula podemos decir que la velocidad del cohete depende de tres

factores, su masa, la masa de los gases que expulsa por segundo y la velocidad de

éstos. Entonces para poder aumentar la velocidad del cohete debemos disminuir su

masa (M), aumentar la velocidad de escape de los gases (v) o aumentar la cantidad de

gas expulsado por segundo (m) o en mayor medida los tres factores a la vez.

Durante la combustión en el motor, la masa de gas expulsado y su velocidad de salida

se mantienen, pero a medida que va consumiendo el combustible disponible, la masa

del cohete disminuye, por lo tanto la velocidad del cohete aumentara sucesivamente y

alcanzara su velocidad máxima cuando el combustible haya reaccionado por completo.

Vemos entonces que el cohete despegara con una velocidad reducida, que se acelerara

en el momento en el que la masa total del cohete empieza a disminuir, es decir, a

medida que transcurre su vuelo. Esta característica permite al cohete hacer que la


16

resistencia con el aire afecte en menor medida a la que le afectaría si despegase a su

velocidad máxima como les sucede a los proyectiles disparados por un cañón.

Al observar esto podemos pensar que cuanto mayor combustible contenga el

motor cohete, el tiempo que tardara el combustible en consumirse será mayor, por lo

tanto la velocidad final aumentara. El incremento que se produce debe tener un límite

y para obtener con exactitud las posibilidades de aumento de la velocidad final,

tenemos que utilizar el término razón de masas, que se obtiene de dividir la masa total

del cohete al despegar por la masa final cuando obtiene su velocidad máxima y se ha

consumido todo su combustible.

Por lo tanto la formula que determinara la velocidad final del cohete

descubierta por Tsiolkovsky será:

)ln( 0

fM

Mcv ⋅=

La velocidad final será igual al producto de la velocidad de salida de los gases (c) por el

logaritmo neperiano de la razón de masas. Esta velocidad final será exactamente igual

a la velocidad de salida de los gases cuando el logaritmo valga 1, es decir cuando la

razón de masas valga 2,718 que es la base de los logaritmos neperianos.


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5 Combustibles

Los motores cohete se pueden clasificar según el tipo de combustible con el que

funcionan. Podemos encontrar entonces: motores de combustible sólido, motores de

combustible líquido y motores de combustible híbrido.

5.1 Combustibles sólidos

Los motores de combustible sólido son aquellos que contienen en la cámara de

combustión el combustible y un oxidante mezclados en estado sólido. A esta mezcla

sólida de combustible y oxidante se le llama grano y es la fuente termoquímica que

genera los gases necesarios para la propulsión del cohete. En estos motores el

oxidante hace la función de comburente ya que cuando empieza la reacción libera el

oxígeno que contiene para hacer posible la combustión. En estos motores la reacción

no se puede detener una vez se ha iniciado.

Los diferentes tipos de combustibles sólidos pueden ser homogéneos, que están

compuestos por un único compuesto químico como la nitrocelulosa y los nitratos

orgánicos, y los compuestos en los cuales encontramos una mezcla con un oxidante

que hace la función de comburente como puede ser el nitrato de potasio, y un

reductor que hace la función de combustible como el azúcar o un metal reductor.

También podemos encontrar en estos motores inhibidores y catalizadores según la

respuesta que queramos obtener del motor.


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5.2 Combustibles líquidos

Los motores de combustible líquido son aquellos en que el combustible y el

comburente se encuentran en estado líquido. En estos motores, debido al estado físico

de los componentes de la reacción, estos no se hallan en la cámara de combustión y se

presentan en tanques de almacenamiento conectados a la cámara de combustión a

través de válvulas que regulan el flujo de combustible y comburente que entran en la

cámara de combustión y hacen posible la diferencia entre este motor y el de

combustible sólido, este motor se puede detener en cualquier momento que se desee

con el simple hecho de no introducir más combustible o comburente en la cámara de

combustión. Este tipo de motor es el más usado en cuanto a cohetes espaciales ya que

ofrecen una potencia mayor a los cohetes de combustible sólido.

Existen dos grupos de combustibles líquidos igual que sucede en los

combustibles sólidos, estos son por un lado, los combustibles líquidos

monopropelentes que están constituidos por monoergoles, compuestos que hacen la

función de combustible y de comburente ya que en su composición hay átomos de

oxígeno, además de ser compuestos altamente inflamables. Son un ejemplo de este

tipo de combustibles el óxido de etileno y el nitrometano. El otro grupo de

combustibles líquidos son los bipropelentes en los cuales toman parte en la reacción

un oxidante líquido y un combustible líquido. El oxidante líquido más usado es el

oxígeno líquido y como combustible se puede usar gasolina, queroseno o hidrógeno

líquido.


19

5.3 Combustibles híbridos

Los combustibles híbridos son aquellos formados o por un combustible líquido y

un oxidante sólido o por un combustible sólido y un oxidante líquido. Estos motores

igual que los de combustible líquido, introducen desde los tanques de almacenamiento

el elemento líquido en la cámara de combustión donde ya se encuentra todo el

elemento sólido que tomara parte en la reacción. Igual que pasa con los motores de

combustible líquido la reacción se puede regular según las necesidades para obtener

mayor o menor potencia e incluso parar el motor por completo. Como combustibles

híbridos podemos encontrar los de dióxido de nitrógeno (oxido nitroso) con un

combustible sólido que suele ser un metal reductor.

6 Usos

El motor cohete a lo largo de la historia se ha usado para diversos fines, desde uso

religioso como fue el primer uso que se le dio, hasta uso militar y de investigación,

pasando por el uso civil. Actualmente el motor cohete se utiliza para algunos de estos

usos.

6.1 Militar

En el apartado militar se siguen utilizando los lanzacohetes inventados por

Goddard a principios del siglo XX. Estos lanzacohetes son un

tubo de lanzamiento desde el cual se lanza un obús impulsado

por un motor cohete, y en su cabeza tiene una cabeza

explosiva. También es usado en el apartado militar para Imagen 7 Militar con un

lanzacohetes


20

impulsar misiles, ya sean intercontinentales, antiaéreos o balísticos.

6.2 Agencias espaciales

Aunque se podría incluir dentro del apartado militar, las agencias espaciales,

como pueden ser la NASA o la ESA, utilizan los motores cohete para poder llevar fuera

de la superficie terrestre cohetes y transbordadores espaciales con el fin de la

investigación del espacio exterior. El tipo de motor más usado es el motor de

combustible líquido. Gracias a esto se ha podido enviar satélites, la estación espacial,

sondas y humanos al espacio.

6.3 Civil

El primer uso que se le dio al cohete fue este, en ceremonias religiosas, y se ha

seguido conservando a través de la historia siendo utilizado mayormente este en las

tradiciones. Por ejemplo los cohetes de artificio para hacer espectáculos o para

celebrar tradiciones como puede ser el día de Sant Joan. También podemos encontrar

usos de motor cohete civil en materia de investigación o como hobby y existen

asociaciones de apasionados de los cohetes que organizan eventos y lanzamientos de

cohetes.

7 Estructura

El motor cohete como todos los motores está formado por diversas partes que

hacen capaz el funcionamiento de este. Como ya hemos dicho anteriormente el motor

cohete no tiene partes móviles, exceptuando las válvulas usadas en los motores cohete

de combustible líquido. Todas las partes son esenciales en el motor y prescindir de una

de ellas podría causar el mal funcionamiento del motor, desde una explosión


21

accidental hasta una mala dirección del cohete que podría causar graves daños en los

alrededores del lugar de lanzamiento.

7.1 Cámara de combustión

La cámara de combustión es el lugar en el cual se realiza

la reacción de combustión entre el combustible y el

comburente que el motor ya tiene incorporados, este puede

estar ya en la misma cámara de combustión o puede estar en

tanques adosados a la cámara de combustión. En la cámara de

combustión se generan los gases que saldrán por el escape

y darán el empuje al motor para generar movimiento en el cuerpo al que esta

adherido. Podríamos decir que la cámara de combustión es el tronco del motor y en

ella se añaden los demás elementos para formar el motor.

7.2 Tobera

La tobera o escape es el elemento del motor que se utiliza para expulsar los

gases generados en la combustión al exterior. Se utiliza

para transformar la energía potencial de un fluido en

energía cinética la Debido a las investigaciones y

mejoras en el ámbito de la cohetería el diseño de la

tobera a resultado en un elemento que potencia el empuje generado por los gases

expulsados debido a la forma convergente-divergente que descubrió De Laval. Este

tipo de toberas se llaman jet o supersónicas. La tobera se sitúa en la parte inferior de la

cámara de combustión.

Imagen 8 Cámara de combustión

Imagen 9 Tobera


22

7.3 Grano

El grano es la mezcla de combustible y comburente usados en el motor de

combustible sólido, o el combustible o comburente de un motor

de combustible híbrido. El grano tiene forma de prisma, ya sea

cilíndrico o poligonal, con una sección cilíndrica en el centro que

se llama alma o anima del cohete. Se sitúa dentro de la cámara

de combustión junto a otros elementos como inhibidores y

anillos espaciadores.

7.4 Tanques de almacenamiento

Los tanques de almacenamiento se utilizan en los motores de combustible líquido

o híbrido para almacenar e inyectar el combustible y el comburente en la cámara de

combustión mediante válvulas que pueden ser controladas. Normalmente estos

tanques se sitúan encima de la cámara de combustión.

8 Investigación

Actualmente se están desarrollando nuevos tipos de motores cohete para poder

seguir la investigación del espacio. Entre las innovaciones que se proponen hay

diversas y comparten un mismo fin, el cual es poder realizar viajes interplanetarios sin

el gasto excesivo de combustible que se necesita con los motores usados

normalmente.

8.1 Vela solar

Uno de los elementos que se está investigando es la vela solar que en funcionamiento

sería parecido a la vela utilizada en los barcos. Este elemento elimina cualquier tipo de motor o

Imagen 10 Grano


23

combustible haciendo el cohete muchísimo más ligero. Las velas solares se diferencian en dos

grupos, las velas de fotones y las velas de plasma. Las primeras utilizan una superficie

compuesta por láminas reflectantes muy ligeras que son capaces de aprovechar la presión

lumínica que genera la radiación solar para obtener impulso. Las segundas utilizan un campo

eléctrico o un campo magnético en una malla para así poder captar el plasma del viento solar

para obtener impulso.

El gran problema de la vela solar es que la aceleración que recibe el cuerpo es muy

pequeña llegando a aumentar 100Km/h en un día. A pesar de esto como el empuje es

ininterrumpido se pueden llegar a velocidades muy altas. Actualmente está en proceso de

investigación y para poder ser usado primero se tendría que sacar el objeto fuera de la

atmosfera terrestre mediante motores cohete convencionales.

8.2 Cohete de reacción nuclear

Un motor que esta investigándose también actualmente es el motor de reacción

nuclear. En estos motores se aprovecha la energía generada en la reacción de fisión

para calentar agua o hidrógeno líquido para propulsar el cohete. Aunque esto ya fue

investigado y propuesto en los años 60 fue desechado en el momento en que el Apolo

11 llego a la luna usando el cohete Saturno-V. El motor diseñado fue el NERVA (Nuclear

Engine for Rocket Vehicle Application) y actualmente se está investigando para ser

usado en viajes al planeta Marte en el programa Orion.


24

9 Fabricación de un motor cohete amateur

La fabricación de un cohete puede ser algo muy complejo y parte de ello radica en

fabricar el motor para el cohete que queremos lanzar. Según las características que

necesitemos para nuestro cohete el motor adquirirá un diseño u otro. Para realizar el

trabajo sobre el motor hemos decidido fabricar un motor ya diseñado con unas

características concretas ya que diseñar uno desde cero es muy complicado, tanto que

el diseño escogido esta hecho en base a otro motor cohete. Este motor utiliza una

mezcla de nitrato de potasio y azúcar común en el cual el nitrato de potasio actúa de

oxidante y el azúcar de combustible.

9.1 Características teóricas del motor

Pico máximo de empuje: 218 Newton

Empuje promedio: 178 Newton

Impulso Total: 270 Newton/segundo

Tiempo de empuje: 1,52 segundos

Longitud: 235 mm

Diámetro: 38 mm

Masa inicial total: 760 gramos

Masa del propelente: 243 gramos

Composición del propelente: KNO3/Sacarosa (65/35 %)

Granos BATES: dos

Longitud de cada grano: 98 mm

Diámetro de grano: 34 mm

Diámetro de alma: 9 mm


25

Quemado: exterior, inhibido; puntas y alma, irrestricto.

Diámetro de garganta de tobera: 8 mm

Presión máxima de trabajo: 3.43 MPa (34.9 Kg/cm2)

Aunque el motor fabricado difiere bastante en las características

Longitud: 210 mm

Diámetro: 40 mm exterior, 30mm interior

Masa inicial total: 1430 gramos

Masa del propelente: 192 gramos

Composición del propelente: KNO3/Sacarosa (65/35 %)

Granos BATES: dos

Longitud de cada grano: 96 mm

Diámetro de grano: 30 mm

Diámetro de alma: 9 mm

Quemado: exterior, inhibido; puntas y alma, irrestricto.

Diámetro de garganta de tobera: 8 mm

Los demás valores no han podido ser calculados.

Imagen 11 Curva de empuje del motor teórico


26

9.2 Planos

Plano 1 Alzado y planta cámara de combustión


27

Plano 2 Alzado y planta superior e inferior de la tapa


28

Plano 3 Alzado y planta superior e inferior de la tobera


29

9.3 Materiales

Para construir el motor cohete lo primero que necesitamos es tener los materiales

necesarios para su fabricación. Por una parte tenemos la estructura del motor que está

compuesto por la cámara de combustión, la tobera y una tapa. Estos elementos

difieren de lo diseñado debido a una equivocación en los planos que se utilizaron para

la fabricación de las piezas. Las piezas fueron encargadas a un taller donde se

prepararon en un torno y están hechas de acero. Por otra parte tenemos los

materiales necesarios para el combustible, los cuales son:

• KNO3

• Azúcar común, aunque preferiblemente se usara sorbitol.

• Molde de aluminio o acero de 38mm de diámetro exterior y 100mm de

longitud

• Papel kraft

• Varillas de madera de 10mm de diámetro.

9.4 Fabricación del combustible

La primera cosa a tener en cuenta al realizar el combustible para el motor cohete

es que los dos compuestos utilizados son altamente higroscópicos y se deben

mantener en ambiente seco. El nitrato de potasio se puede secar en el horno

utilizando bajas temperaturas, ya que no existe peligro de combustión ni explosión por

ser un oxidante. Después de ser secado el nitrato de potasio tiene que ser molido. La

sacarosa no se puede poner en el horno ya que se fundiría y lo que haremos será

rallarla y filtrarla con un colador.


30

El siguiente paso es realizar el pesado de los componentes, utilizando una

proporción de 65% KNO3 y 35% sacarosa. Una vez realizado el pesado procederemos a

introducir los componentes en un recipiente para su mezcla. En este recipiente

también habrá esferas metálicas o de vidrio para hacer la mezcla más fina y evitar que

se formen conglomeraciones debido a la humedad.

Durante este proceso o anteriormente deberemos proceder a la preparación

del recipiente o molde y el inhibidor para el

combustible. Usando papel de embalar se hace

un cilindro de unos 2mm de grosor y 100mm de

largo. Los moldes para este tipo de grano serán

de 38mm de radio exterior y 100mm de largo.

Introducimos el molde en una madera provista de ranuras para asegurar la posición

del molde. También se le realiza una ranura en el centro de 10mm para introducir y

asegurar la posición de la vara que dará forma al alma del grano. Se introduce el molde

con el inhibidor en la ranura y la vara en el

centro.

Una vez que ya tenemos todo preparado

se procede al fundido, en una olla pequeña con

mango se introduce la mezcla de KNO3 con

sacarosa y se empieza a “cocinar” a una

temperatura de 170ºC. Cuando la mezcla adquiere la consistencia de la miel está

preparado para ser introducido en los moldes previamente preparados. Se deja enfriar

y cada cierto tiempo se ha de empujar la mezcla hacia abajo con los dedos con el

propósito de que se eliminen las burbujas de aire que se puedan formar en el interior.

Imagen 12 Preparación de los moldes

Imagen 13 Mezcla y cocción del combustible


31

Cuando la mezcla está seca, se procede a retirar la vara del alma y el molde para

guardar el grano para su uso.

9.5 Montaje del motor

Una vez fabricado el combustible y adquiridas las piezas de la cámara de

combustión, la tobera y la tapa procederemos a introducir el combustible dentro de la

cámara de combustión con la tobera en su lugar y tan solo retirando la tapa. Si

quedase algún espacio libre entre el combustible y la tapa se rellenara con

espaciadores. Una vez ensamblado y montado en la base del cohete se introduce el

detonador y el motor está listo para su uso.

9.6 Primera prueba

Los dos primeros granos realizados fueron en las condiciones menos oportunas

para esto. El KNO3 no fue secado ni molido. La sacarosa no presentaba ningún tipo de

conglomeración por lo tanto no se molió. Se realizó el pesado de los componentes, 325

gramos de KNO3 y 175 gramos de sacarosa. No fue mezclado de forma correcta, se

realizó únicamente con una espátula. Durante la fusión de los componentes una mala

temperatura hizo que la sacarosa se quemase y empezó a salir humo del cazo. La

mezcla alcanzó la consistencia de la miel y fue introducida en los moldes y secada en

condiciones totalmente adversas, con unos días lluviosos y de mucha humedad.

Imagen 14 Granos secándose


32

El grano se pudo retirar bien del molde pero la vara que daba forma al alma se

quedó pegada en el interior del grano y no se pudo retirar, esos granos fueron

desechados pero se realizó una prueba para comprobar si se conseguía la combustión.

Con esta prueba también se probaron diversos métodos de ignición para usar en el

motor; el primero de ellos fue mediante una mecha sobre la superficie del

combustible, no se produjo combustión; después se aplicó llama directa sobre la

superficie que empezó a calentarse y a derretirse, seguidamente hizo combustión y

ardió todo el grano entero, con una llama de unos 10 centímetros de alto y generando

una gran nube de humo.

También se encontró el problema de que al pedir a un tornero la cámara de

combustión esta presentaba un diámetro interior mucho menor al del grano fabricado

y no se podía introducir el grano en el interior de esta.

9.7 Segunda prueba

En el segundo intento de fabricación del motor construimos unos moldes de

diámetro más pequeño, 29mm de diámetro, que encajase en el diámetro interno de la

cámara de combustión. En la preparación de los moldes las varas que se utilizaron para

dar forma al alma se recubrieron de papel de aluminio para poder retirarlas con mayor

facilidad. También se recubrió la parte inferior del molde con papel de aluminio para

que no se pegase a la superficie de trabajo. El KNO3 no fue secado ya que se conservó

junto a gel de sílice y la humedad no afectó al KNO3 que fue molido para conseguir

partículas más finas. El azúcar también fue molido aunque ya se adquirió como azúcar

glasé. Se realizó la mezcla utilizando las medidas tomadas en la primera prueba, 325g

de KNO3 y 175g de azúcar, introduciéndolos en un recipiente cerrado junto a piedras


33

redondas y fue mezclado durante 10 minutos. Después se introdujo en el cazo y se

cocinó en un hornillo eléctrico. Esta vez la sacarosa no se quemó ya que se removió

correctamente no dejando que esta se pegase en el fondo consiguiendo una mezcla de

color crema con la consistencia adecuada que fue vertida en los moldes y secado en un

ambiente con poca humedad. Se pudo retirar bien las varas de madera y los moldes, el

combustible encajaba bien en la cámara de combustión.

Con el sobrante que no pudo ser usado en los granos se vertió en un recipiente

abierto para probar de nuevo el sistema de ignición por mecha. El combustible ardió

creando una llama de medio metro, mayor que la del primer combustible debido

seguramente al proceso de fabricación del mismo, y una gran humareda.

En el motor, correctamente montado, se intentó el sistema de ignición por mecha,

pero esta no surgió efecto, seguramente debido a que la mecha quedaba por fuera del

combustible y no por dentro como en el caso de la prueba realizada con el sobrante.

Se intentó la ignición mediante llama pero al introducirla en el interior de la tobera

esta se apagaba ya que se quedaba sin oxígeno. Al final introduciendo un papel

humedecido en alcohol el cual al entrar en combustión encendió el combustible, que

ardió completamente generando una humareda y una llama que sobresalía unos

cuantos centímetros por la boca del escape, además de un sonido bastante fuerte. Se

tuvo que dejar el motor un tiempo sin tocar ya que este había alcanzado una

temperatura considerablemente alta que no permitía ser cogido sin sufrir

quemaduras.


34

Imagen 15 Prueba del motor con

combustible

Imagen 16 Prueba del combustible


35

10 Conclusiones

Con este trabajo he podido ampliar mis conocimientos en un campo que me

parece muy interesante ya que actualmente una gran parte del dinero destinado a

investigación y desarrollo en todo el mundo es dedicado a la investigación del espacio

lo cual implica innovar en motores cohete para enviar todo lo necesario al espacio

exterior.

También me ha servido para darme cuenta de que el mundo de los cohetes no

solo se centra en lanzar cohetes al espacio exterior, si no que todo empezó siendo

simples cohetes de feria utilizados para ceremonias religiosas, pasando a ser armas

usadas en guerras durante todo la historia moderna de la humanidad.

Al realizar la fabricación del motor me he dado cuenta de que el mundo de la

cohetería amateur es apasionante y de que existen organizaciones a lo largo del

mundo de gente que se reúne tan solo para ver como sus creaciones funcionan, tan

solo por ocio. También hay que decir que para dedicarse a la cohetería aparte de tener

conocimientos físicos para diseñar tus propios motores y cohetes, hay que rascarse el

bolsillo, ya que un simple motor, tan solo la estructura cuesta cerca de unos 100€, sin

contar el combustible, aunque los materiales usados en el trabajo de campo son

bastante baratos.

Otro aspecto que he observado durante la realización del trabajo es que si no se

tienen las ideas claras desde un principio, cuesta muchísimo arrancar, y más aun si el

trabajo planteado tiene una dificultad elevada para un alumno de bachiller. Suerte

tuve de darme cuenta a tiempo, en parte gracias al nuevo tutor que se me asignó en el

principio de este curso. La nueva idea de crear un cohete no me convenció en un

principio pero ahora al ver los resultados me ha parecido muy interesante, aunque no


36

se ha podido crear un cohete entero, tan solo el motor del mismo debido a

complicaciones técnicas y la posibilidad de perder el material durante las pruebas.

Viendo los resultados obtenidos y el proceso de elaboración del motor,

respondiendo a la pregunta que me hice cuando se empezó a construir el motor,

puedo concluir que gracias primero a Internet y la accesibilidad a ciertos materiales

como puede ser el nitrato de potasio o el azúcar se puede fabricar un motor cohete

totalmente funcional. El único problema no resuelto es la parte de la ignición del

motor, ya que obtener detonadores no es algo fácil siendo menor. Además el precio

que tiene la fabricación de la estructura del motor, que es bastante elevado. Tuve que

pedir dinero para poder pagarlo con el argumento de que era necesario para la

realización del trabajo. Viendo esto podemos decir que el combustible lo podría

fabricar cualquier persona siempre y cuando respete las normas de seguridad

establecidas para su elaboración, pero el montaje total del motor escapa ya a algunos

presupuestos que por mero ocio seguramente no se podría permitir.


37

11 Bibliografía

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http://www.gdescalzo.com.ar/haciendo_candy.htm Diciembre 2009

DESCALZO, G. Planos del GOD-1

http://www.gdescalzo.com.ar/planos_del_god-1.htm Enero 2010

DESCALZO, G. Un Motor Experimental Básico

http://www.gdescalzo.com.ar/motor-god-1.htm Noviembre, diciembre 2009

CADCA. Historia

http://www.angelfire.com/space2/cadca/historia.htm Octubre 2009

DESCONOCIDO. La Evolución del Cohete

http://www.phy6.org/stargaze/Mrockhis.htm Octubre 2009

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http://www.portalplanetasedna.com.ar/cohete02.htm Octubre 2009

WIKIPEDIA. Cohete espacial

http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_espacial Octubre 2009

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WIKIPEDIA. Robert Hutchings Goddard

http://es.wikipedia.org/wiki/Robert_Hutchings_Goddard Octubre 2009

WIKIPEDIA. V-2

http://es.wikipedia.org/wiki/V-2 Octubre 2009

NOTICIAS DOT Velas solares propulsaran las nuevas naves espaciales

http://www.noticiasdot.com/publicaciones/2005/0505/1205/noticias/noticias_12050

5-19.htm


38

TELEOBJETIVO Proponen usar cohetes nucleares en los futuros vuelos lunares

http://teleobjetivo.org/blog/proponen-usar-cohetes-nucleares-en-los-futuros-vuelos-

lunares.html

Imagen 1 Militar chino encendiendo un cohete ........................................................................... 3

http://econewmexico.com/perchlorate-free-fireworks

Imagen 2 Cohete de Siemienwicz ................................................................................................. 4

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Siemenowicz_rocket.png

Imagen 3 Robert Goddard y su cohete de combustible líquido ................................................... 7

http://dustyloft.wordpress.com/2008/03/16/16th-march-1926-first-liquid-fueled-rocket-

launched/

Imagen 4 V-2 ................................................................................................................................ 9

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Fus%C3%A9e_V2.jpg

Imagen 5 Wernher von Braun .................................................................................................... 10

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Wernher_von_Braun.jpg

Imagen 6 Principio de propulsión ............................................................................................... 13

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Motor_cohete.gif

Imagen 7 Militar con un lanzacohetes ........................................................................................ 19

http://www.designation-systems.net/dusrm/app4/m6rocket.html

Imagen 8 Cámara de combustión .............................................................................................. 21

Mario Pérez de Gea

Imagen 9 Tobera ......................................................................................................................... 21

Mario Pérez de Gea

Imagen 10 Grano ......................................................................................................................... 22

Mario Pérez de Gea

Imagen 11 Curva de empuje del motor teórico .......................................................................... 25

http://www.gdescalzo.com.ar/motor-god-1.htm

Imagen 12 Mezcla y cocción del combustible ............................................................................. 30

Peter Amuzu Serrano

Imagen 13 Preparación de los moldes ....................................................................................... 30

Peter Amuzu Serrano

Imagen 14 Granos secándose .................................................................................................... 31

Peter Amuzu Serrano


39

Imagen 16 Prueba del motor con combustible ........................................................................... 34

Mario Pérez de Gea

Imagen 15 Prueba del combustible............................................................................................. 34

Mario Pérez de Gea


1

Anexos

Proponen usar cohetes nucleares en los futuros vuelos lunares

El gran problema que supone la construcción de la futura base lunar es la enorme

cantidad de combustible que se tiene que quemar para un vuelo de este tipo, lo que

dispara los costes de la misión a unos niveles difícilmente sostenibles. Un investigador

ha propuesto una solución para este problema: Utilizar cohetes nucleares para el vuelo

espacial.

La idea de propulsar naves espaciales con motores nucleares no es nueva; a principios

de los años 60 del pasado siglo se desarrolló el proyecto NERVA (Nuclear Engine for

Rocket Vehicle Application), que pretendía exactamente eso, crear un cohete nuclear.

El proyecto fue cancelado en 1973 debido a su elevado coste y a la perdida de interés

en el programa espacial tras lograr el objetivo del vuelo tripulado a la Luna.

Conceptualmente, el proyecto NERVA era algo muy simple; se trataba de un reactor

nuclear situado en la tobera del cohete; luego se inyectaba hidrógeno líquido en la

tobera, que por efecto del calor del reactor nuclear se evaporaba y dilataba,

generando el chorro que propulsaba la nave.


2

Esquema del motor cohete NERVA

Ahora, Steven Howe, director del CSNR (Center for Space Nuclear Research), ha

propuesto recuperar este proyecto y aplicarlo al Ares, el cohete destinado a lanzar las

naves Orion.

Esquema del cohete Ares V


3

La idea sería que la segunda etapa del cohete Ares, la “Earth departure stage”, estaría

impulsada por un motor NERVA en lugar de un cohete convencional (Como aparece en

el dibujo anterior). De esta forma, la nave utilizaría cohetes convencionales para salir

de la atmosfera y el motor nuclear en el espacio, evitando así la contaminación

radioactiva generada

Según los cálculos de Howe, utilizando esta configuración cada vuelo del Ares V podría

enviar a la Luna una carga de 29 toneladas, frente a las 21 que puede enviar la

configuración no nuclear; esto significa que la construcción de la base lunar podría

completarse con 9 vuelos en lugar de los 12 inicialmente previstos.

Según Howe, cada lanzamiento a la Luna costaría unos 1.500 millones de dólares, con

lo que el uso de cohetes nucleares ahorraría unos 4.500 millones de dólares. Si

tenemos en cuenta que el coste de completar el desarrollo el NERVA se estima en unos

2.500/3.000 millones de dólares, el resultado final es un ahorro neto muy importante.


4

Prototipo del motor NERVA

De todas formas, el proyecto sigue generando temores; el chorro de salida que

produce el NERVA es radioactivo, lo que obliga a extremar las precauciones para evitar

que la Tierra resulte contaminada; pero hay un problema aún más grave, ¿Qué pasaría

si el lanzamiento falla y el cohete cae o explota?

Cohete Listo

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