Un motor de cohete criogénico es un motor de cohete que utiliza un combustible criogénico y un oxidante ; es decir, tanto su combustible como comburente son gases que se han licuado y se almacenan a muy bajas temperaturas . [1] Estos motores altamente eficientes volaron por primera vez en el Atlas-Centaur de EE. UU. y fueron uno de los principales factores del éxito de la NASA para llegar a la Luna con el cohete Saturno V. [1]
Los motores de cohetes que queman propulsores criogénicos siguen en uso hoy en día en etapas superiores y propulsores de alto rendimiento . Las etapas superiores son numerosas. Los propulsores incluyen el Ariane 5 de la ESA , el H-II de JAXA y el Delta IV de los Estados Unidos y el Sistema de Lanzamiento Espacial . Estados Unidos , Rusia , Japón , India , Francia y China son los únicos países que tienen motores de cohetes criogénicos operativos.
Los motores de cohetes necesitan altas tasas de flujo másico tanto de oxidante como de combustible para generar un empuje útil. El oxígeno, el oxidante más simple y común, está en fase gaseosa a temperatura y presión estándar , al igual que el hidrógeno, el combustible más simple. Si bien es posible almacenar propulsores como gases presurizados, esto requeriría tanques grandes y pesados que dificultarían, si no imposibilitarían , el logro de vuelos espaciales orbitales . Por otro lado, si los propulsores se enfrían lo suficiente, existen en la fase líquida a mayor densidad y menor presión, lo que simplifica el almacenamiento en tanques. Estas temperaturas criogénicas varían según el propulsor, con oxígeno líquidoexistente por debajo de -183 °C (-297,4 °F; 90,1 K) e hidrógeno líquido por debajo de -253 °C (-423,4 °F; 20,1 K). Dado que uno o más de los propulsores se encuentran en fase líquida, todos los motores de cohetes criogénicos son, por definición , motores de cohetes de propulsante líquido o motores de cohetes híbridos . [2]
Se han probado varias combinaciones criogénicas de combustible-oxidante, pero la combinación de combustible de hidrógeno líquido ( LH2 ) y el oxidante de oxígeno líquido ( LOX ) es una de las más utilizadas. [1] [3] Ambos componentes están disponibles fácil y económicamente, y cuando se queman tienen una de las liberaciones de entalpía más altas en la combustión , [4] produciendo un impulso específico de hasta 450 s a una velocidad de escape efectiva de 4,4 kilómetros por segundo ( 2,7 mi/s; Mach 13).
Los componentes principales de un motor de cohete criogénico son la cámara de combustión , el iniciador pirotécnico , el inyector de combustible, las turbobombas de combustible y oxidante , las válvulas criogénicas, los reguladores, los tanques de combustible y la boquilla del motor de cohete . En términos de alimentación de propulsores a la cámara de combustión, los motores de cohetes criogénicos son alimentados casi exclusivamente por bombas . Los motores alimentados por bomba funcionan en un ciclo de generador de gas , un ciclo de combustión por etapas o un ciclo de expansión. Los motores generadores de gas tienden a usarse en motores de refuerzo debido a su menor eficiencia, los motores de combustión por etapas pueden cumplir ambos roles a costa de una mayor complejidad, y los motores expansores se usan exclusivamente en etapas superiores debido a su bajo empuje. [ cita requerida ]