Desarrollan nuevo sistema de propulsión para cohetes que parecía imposible

Un investigador de la Universidad de Florida Central y su equipo han desarrollado un nuevo y avanzado sistema de propulsión para cohetes que antes se creía inviable.

El sistema, conocido como motor cohete de detonación rotativa, permitirá que las etapas superiores de los cohetes para misiones espaciales sean más ligeras, viajen más lejos y quemen de forma más limpia.

Los resultados se publicaron en la revista Combustion and Flame.

"El estudio presenta, por primera vez, evidencia experimental de una detonación segura y funcional de propergoles de hidrógeno y oxígeno en un motor cohete de detonación rotativa", dijo Kareem Ahmed, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF que dirigió la investigación.

Las detonaciones rotativas son continuas, explosiones a velocidades de Mach 5 que giran alrededor del interior de un motor cohete; estas explosiones se mantienen alimentando el sistema con propergol de hidrógeno y oxígeno en cantidades justas.

Este sistema mejora la eficiencia del motor cohete de manera que se genera más potencia y se utiliza menos combustible que en las energías tradicionales de los cohetes, lo que aligera la carga del cohete y reduce sus costos y emisiones.

Las explosiones a Mach 5 crean ráfagas de energía que viajan de 7.200 a 8.960 km por hora, lo que es más de cinco veces la velocidad del sonido. Están contenidas dentro de un resistente cuerpo del motor, construido de cobre y latón.

(Foto: UCF)

Esta tecnología ha sido estudiada desde los años 60, pero no ha tenido éxito debido a los propergoles químicos utilizados o a las formas en que se mezclan.

El grupo de Ahmed lo hizo funcionar equilibrando cuidadosamente la tasa de entrada de los propergoles, hidrógeno y oxígeno, liberados en el interior del motor.

"Tenemos que ajustar el tamaño de los chorros que liberan los propergoles para mejorar la mezcla de hidrógeno-oxígeno", dijo Ahmed. "Así, cuando la explosión rotativa se encuentra con esta mezcla fresca, todavía se mantiene. Si la mezcla estuviese ligeramente fuera de lo previsto, tendería a deflagrarse, o a quemarse lentamente en lugar de detonar".

El equipo de Ahmed también tuvo que obtener pruebas del funcionamiento correcto de su ingenio. Lo hicieron inyectando un trazador en el flujo de combustible de hidrógeno y cuantificando las ondas de detonación usando una cámara de alta velocidad.

"Necesitas el trazador para ver realmente esa explosión que está ocurriendo dentro y rastrear su movimiento", dijo. "El desarrollo de este método para caracterizar la dinámica de la onda de detonación es otra contribución de este artículo".

William Hargus, líder del programa de motores cohetes de detonación rotativa del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, es co-autor del estudio y comenzó a trabajar con Ahmed en el proyecto el verano pasado.

"Como espectroscopista de propulsión avanzada, reconocí algunos de los desafíos únicos en la observación de las estructuras de detonación del hidrógeno", dijo Hargus. "Tras consultar con el profesor Ahmed, pudimos formular un aparato experimental ligeramente modificado que aumentó significativamente la fuerza de la señal que interesaba". (Fuente: NCYT Amazings)