FUNDAMENTOS DEL PROYECTO

Argumentos:

¿Cuál es el principio de funcionamiento? Eléctrico, manual. Explique cómo funciona?

El principio de funcionamiento del motor de cohete se basa en la tercera ley de Newton, la ley de la 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).

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.

LA HISTORIA DEL OBJETO:

¿Quién y cuándo se inventó el objeto que eligio?

El origen del cohete es probablemente oriental. La primera noticia que se tiene de su uso es del año 1232, en China, donde fue inventada la pólvora.

Existen relatos del uso de cohetes llamados flechas de fuego voladoras en el siglo XIII, en defensa de la capital de la provincia china de Henan.

Los cohetes fueron introducidos en Europa por los árabes.

Durante los siglos XV y XVI fue utilizado como arma incendiaria. Posteriormente, con el perfeccionamiento de la artillería, el cohete bélico desapareció hasta el siglo XIX, y fue utilizado nuevamente durante las Guerras Napoleónicas.

Los cohetes del coronel inglés William Congreve fueron usados en España durante el sitio de Cádiz (1810), en la primera Guerra Carlista (1833 - 1840) y durante la guerra de Marruecos (1860).

A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, aparecieron los primeros científicos que convirtieron al cohete en un sistema para impulsar vehículos aeroespaciales tripulados. Entre ellos destacan el ruso Konstantín Tsiolkovski, el alemán Hermann Oberth y el estadounidense Robert Hutchings Goddard, y, más tarde los rusos Serguéi Koroliov y Valentin Gruchensko y el alemán Wernher von Braun.

Los cohetes construidos por Goddard, aunque pequeños, ya tenían todos los principios de los modernos cohetes, como orientación por giroscopios, por ejemplo.

Los alemanes, liderados por Wernher von Braun, desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial los cohetes V-1 y V-2 (A-4 en la terminología alemana), que fueron la base para las investigaciones sobre cohetes de los EE.UU. y de la URSS en la posguerra. Ambas bombas nazis, usadas para bombardear París y Londres a finales de la guerra, pueden ser definidas como misiles. Realmente, el V-1 no llega a ser un cohete, sino un misil que vuela como un avión de propulsión a chorro.

Inicialmente se desarrollaron cohetes específicamente destinados para uso militar, normalmente conocidos como misiles balísticos intercontinentales. Los programas espaciales que los estadounidenses y los rusos pusieron en marcha se basaron en cohetes proyectados con finalidades propias para la astronáutica, derivados de estos cohetes de uso militar. Particularmente los cohetes usados en el programa espacial soviético eran derivados del R.7, misil balístico, que acabó siendo usado para lanzar las misiones Sputnik.

Destacan, por el lado estadounidense, el Astrobee, el Vanguard, el Redstone, el Atlas, el Agena, el Thor-Agena, el Atlas-Centauro, la serie Delta, los Titanes y Saturno (entre los cuales el Saturno V - el mayor cohete de todos los tiempos, que hizo posible el programa Apollo), y, por el lado soviético, los cohetes designados por las letras A, B, C, D y G (estos dos últimos tuvieron un papel semejante a los Saturno estadounidenses), denominados Protón.

Otros países que han construido cohetes, en el marco de un programa espacial propio, son Francia, Gran Bretaña (que lo abandonó), Japón, China, Argentina, Brasil y la India, así como el consorcio europeo que constituyó la Agencia Espacial Europea (ESA), que ha construido y explotado el cohete lanzador Ariane.

¿Cómo ha evolucionado el objeto?

Alemania

La historia completa de la tecnología del cohete es muy larga para cubrirla aquí. Entre la I y la II Guerras Mundiales, especialmente en los años 30, hubo activos clubs de entusiastas de los cohetes en Alemania, Estados Unidos, Rusia y otros países. Se diseñaron cohetes experimentales, se probaron, y algunas veces los hicieron volar. Algunos de los experimentos usaban combustible líquido, aunque también se desarrollaron cohetes de combustible sólido. En estos últimos, el combustible se quemaba gradualmente (como en los antiguos cohetes de pólvora), y el contenedor de combustible estaba presurizado, proporcionando el gas caliente directamente hacia la tobera De-Laval.  

El semillero del estudio y uso de los cohetes fue Alemania, donde Hermann Oberth, un rumano, promovió con pasión la idea de los vuelos espaciales, aún cuando su tesis doctoral "El cohete en el espacio interplanetario" fue rechazado por la Universidad de Heidelberg. Oberth era un miembro antiguo de la "Sociedad par los Viajes Espaciales" (Verein fuer Raumschiffahrt ó VfR) formado en 1927. En 1930 el VfR probó con éxito un motor de combustible líquido con una tobera cónica que desarrollaba un empuje de 70 newtones (unos 10 newtones elevan 1 kg). En 1932 volaban cohetes con motores de 600 newtones. 

El Cohete V2 

En esos momentos, sin embargo, el ejercito alemán había comenzado a desarrollar cohetes para su propio uso y en 1932 alistaron a un joven ingeniero llamado Wernher Von Braun. Los cohetes militares eran mayores y más ambiciosos y el A2 que voló en 1934 desarrollaba un empuje de 16000 newton. Esto condujo hasta el A4, diseñado y probado bajo la supervisión de Von Braun, un cohete de 12 toneladas con un empuje de 250 000 newtones, con 1 tonelada de carga útil y un alcance de 300 km (unas 200 millas). 

Denominado V-2 (arma de venganza 2) por el ejercito alemán, se enviaron cientos de ellos sobre Londres a finales de 1944, por ser un blanco lo suficientemente grande como para asegurar serios daños aún sin tener gran precisión. Debido a que estos misiles volaban mucho más rápido y más alto que cualquier aeroplano, los británicos no tenían forma de interceptarlos y bombardear sus bases de lanzamiento era también muy difícil, ya que los V-2 (como los misiles iraquíes en 1991) usaban lanzaderas móviles. El ataque solo paró cuando el ejercito alemán fue empujado más allá del alcance de los cohetes. Hoy en día se muestra un V-2 en el Museo Nacional del Aire y el Espacio del Smithsonian Institution en Washington (foto de la derecha)

 

El Cohete Atlas

Los vuelos hacia la Luna solo fueron posibles con una tecnología en la que el combustible constituyese una mayor fracción de la masa. De la masa del misil Atlas, construido en los años 1950 y que fue usado por los primeros astonautas, el 97% de la misma, aproximadamente, era combustible. Esos cohetes fueron denominados como “balones de acero inoxidable”, conservando su forma con la ayuda del gas presurizado de su interior, usándolo también para empujar el combustible. Ese fue el vehículo con el que, el 20 de febrero de 1962, John Gleen se convirtió en el primer norteamericano en orbitar la Tierra. Debido a que el tanque de combustible era tan ligero, el Atlas solo dejaba caer dos de sus motores al final de la primera etapa de su vuelo y, como la lanzadera, continuaba con el tercero. 

PROCESO DE ELABORACIÓN:

¿Cómo se hace o se fabrica el objeto?

El cohete N-1 fue la contrapartida soviética del cohete americano Saturno-V, teniendo los dos prácticamente el mismo tamaño. Con este cohete, los soviéticos intentaron derrotar a los EEUU en la carrera a la Luna. Hubo cuatro lanzamientos, dos en 1969 y dos en 1972: todos fallaron. Causas: retrasos en el desarrollo, pocas pruebas, falta de fondos, luchas internas entre Korolyov (diseñador principal) y sus rivales (Chelomei, Glushko y Yangel), la repentina muerte de Korolyov y problemas de coordinación en general entre los diversos programas espaciales en curso.

Chelomei compitió con Korolyov en la construcción de un cohete lunar. Él abogaba por su UR-700, un diseño modular derivado del UR-500 (Protón), que hubiese usado los motores RD 270 de Glushko, que utilizaban combustibles hipergólicos. De hecho, Glushko, que era el constructor soviético más experimentado en motores de cohete, rechazó trabajar con Korolyov por la negativa de éste a utilizar combustibles hipergólicos. Estos combustibles son más peligrosos de almazenar y ofrecen un menor rendimiento, pero a cambio su combustión se realiza a una menor temperatura que los combustibles criogénicos, facilitando la construcción de motores gigantes. Glushko había colaborado con Korolyov en la construcción de los motores del R-7 Semyorka (el primer misil intercontinental de la historia, que lanzó el Sputnik 1), y había sido incapaz de crear un motor criogénico con una sola cámara de combustión. Por otro lado, Glushko abogaba por este tipo de combustibles porque tenía mayor experiencia con ellos, gracias al diseño de motores para misiles. Aunque de menor rendimiento, los combustibles hipergólicos pueden ser almacenados en un cohete o misil durante tiempo indefinido, mientras que los criogénicos sólo se pueden introducir horas antes del lanzamiento. Aunque esto no es inconveniente para un cohete, sí lo es para un misil que debe estar en alerta de lanzamiento contínua. Por eso el R-7 fue un magnífico lanzador, pero un pésimo misil. Glushko consideraba un sinsentido el desperdiciar toda la experiencia en motores hipergólicos para empezar casi desde cero.

Así, se sumó al proyecto de Chelomei de crear una familia de lanzadores que usasen combustibles criogénicos: la familia UR. Empezando con el UR-500, para continuar con el UR-700 (nunca se construiría). Serían cohetes modulares, lo que permitiría su construcción en fabricas cerca de Moscú, mientras que Korolyov prefirió un diseño monocasco, lo que significaba que el cohete debía construirse en el centro de lanzamiento (Baykonur, ya que no podía ser trasladado por la red de ferrocarril entero. Esto aumentó la complejidad del diseño. Korolyov, a su vez soñaba también con una familia de lanzadores basada en su N-1. Sin embargo, el apoyo de los militares a Chelomei favoreció la construcción del UR-500 como compensación por la elección del N-1 como cohete gigante. Sin embargo, esto no impidió que la URSS malgastase recursos en dos programas lunares paralelos, en vez de unir fuerzas.

Durante muchos años el N-1 fue un secreto: la URSS afirmó que nunca había intentado poner un hombre en la Luna y mucha gente en Occidente negó incluso que se hubiese construido. Tras el cuarto y último fracaso, Glushko tomó control del programa y lo eliminó. Decidió construir un nuevo cohete, el Vulkan, que después se convertiría en el Energiya, el cual sólo fue lanzado dos veces(con éxito) en los años ochenta.

Datos del N-1:

Masa total: 2,682,650 kg.

Empuje en el despegue: 4,414,909 kgf.

Longitud: 76.6 m.

Coste total: $600 millones

Datos del Saturno V:

Masa total: 2,896,895 kg.

Empuje en el lanzamiento: 3,440,313 kgf.

Longitud: 84.7 m.

Coste total: $681 millones

Motores:

Primera etapa: 30 NK-15 (Lox/Q

ueroseno). Empuje (vacío): 1544kN.

Segunda etapa: 8 NK-15V (lox/Queroseno). Empuje (vacío): 1648 kN.

tercera etapa: 4 11D54 (Lox/Queroseno).

Cuarta etapa: 1 NK-19 (Lox/Querosene).