Un motor de apogeo líquido ( LAE ), o motor de apogeo , se refiere a un tipo de motor de cohete químico que se usa típicamente como motor principal en una nave espacial .
El nombre del motor de apogeo deriva del tipo de maniobra para que el motor se utilizan normalmente, es decir, una en el espacio delta- v cambio realizado en el apogeo de una órbita elíptica con el fin de circularise ella. Para los satélites geoestacionarios , este tipo de maniobra orbital se realiza para hacer la transición desde una órbita de transferencia geoestacionaria y colocar el satélite en la estación en una órbita geoestacionaria circular . A pesar del nombre, un motor de apogeo se puede utilizar para una variedad de otras maniobras, como la deorbita al final de su vida útil, [1] escape de la órbita terrestre, inserción de la órbita planetaria [2] [3] y descenso / ascenso planetario.[4]
En algunas partes de la industria espacial, un LAE también se conoce como un motor de apogeo líquido (LAM), un propulsor de apogeo líquido (LAT) y, según el propulsor, un propulsor de apogeo líquido de modo dual (DMLAT). A pesar de la ambigüedad con respecto al uso de motor y motor en estos nombres, todos usan propulsor líquido. Un motor de impulso de apogeo (AKM) o un motor de impulso de apogeo (ABM) como el Waxwing , sin embargo, utiliza propulsor sólido. [5] [ fuente no confiable? ] Estas versiones de propulsante sólido no se utilizan en satélites de nueva generación. [5] [6]
Historia
El motor de apogeo se remonta a principios de la década de 1960, cuando empresas como Aerojet , Rocketdyne , Reaction Motors , Bell Aerosystems , TRW Inc. y The Marquardt Company participaron en el desarrollo de motores para varios satélites y naves espaciales. [7]
Los derivados de estos motores originales todavía se utilizan hoy en día y se están desarrollando continuamente [8] [9] [10] y se adaptan para nuevas aplicaciones. [11]
Diseño
Un esquema típico de motor de apogeo líquido podría definirse [12] como un motor con:
- alimentación bipropulsante líquida hipergólica regulada por presión,
- válvulas de motor de par o solenoide aisladas térmicamente,
- conjunto de inyector que contiene (aunque depende del inyector) una galería central de oxidante y una galería exterior de combustible,
- cámara de combustión radiativa y refrigerada por película,
- velocidad característica limitada por la capacidad térmica del material de la cámara de combustión,
- Coeficiente de empuje limitado por la relación de área supersónica de la boquilla de expansión.
Para proteger la nave espacial del calor radiante de la cámara de combustión, estos motores se instalan generalmente junto con un escudo térmico . [ cita requerida ]
Propulsor
Los motores Apogee suelen utilizar un combustible y un oxidante. Este propulsor es generalmente, pero no se limita a, [7] una combinación hipergólica como:
Las combinaciones de propulsores hipergólicos se encienden al entrar en contacto con la cámara de combustión del motor y ofrecen una fiabilidad de encendido muy alta, así como la capacidad de reencendido.
En muchos casos, los óxidos mixtos de nitrógeno (MON), como el MON-3 ( N
2O
4con 3% en peso de NO ), se utiliza como sustituto del N puro
2O
4. [13]
El uso de N
2H
4está amenazada en Europa debido a las regulaciones REACH . En 2011, la legislación marco REACH añadió N
2H
4a su lista de candidatos de sustancias extremadamente preocupantes . Este paso aumenta el riesgo de que el uso de N
2H
4será prohibido o restringido en el corto o mediano plazo. [14] [15]
Se buscan exenciones para permitir N
2H
4para ser utilizado en aplicaciones espaciales, sin embargo, para mitigar este riesgo, las empresas están investigando diseños de motores y propulsores alternativos. [16] El cambio a estos propulsores alternativos no es sencillo y es necesario investigar cuestiones como el rendimiento, la fiabilidad y la compatibilidad (por ejemplo, el sistema de propulsión por satélite y la infraestructura del lugar de lanzamiento). [15]
Actuación
El rendimiento de un motor de apogeo generalmente se cotiza en términos de impulso específico de vacío y empuje de vacío. Sin embargo, hay muchos otros detalles que influyen en el rendimiento:
- La velocidad característica está influenciada por detalles de diseño como la combinación del propulsor, la presión de alimentación del propulsor, la temperatura del propulsor y la relación de la mezcla del propulsor.
- El coeficiente de empuje está influenciado principalmente por la relación de área supersónica de la boquilla.
Un motor de apogeo líquido hipergólico clase 500 N típico tiene un impulso específico de vacío en la región de 320 s, [17] [18] [19] [20] con el límite práctico estimado en cerca de 335 s. [7]
Aunque se comercializan para ofrecer un empuje nominal particular y un impulso específico nominal en condiciones nominales de alimentación de propulsante, estos motores en realidad se someten a pruebas rigurosas en las que el rendimiento se asigna en un rango de condiciones de operación antes de ser considerados calificados para vuelo . Esto significa que un motor de producción calificado para vuelo puede ser ajustado (dentro de lo razonable) por el fabricante para cumplir con los requisitos particulares de la misión, como un mayor empuje. [21]
Operación
La mayoría de los motores de apogeo funcionan de manera intermitente a un nivel de empuje fijo. Esto se debe a que las válvulas utilizadas solo tienen dos posiciones: abierta o cerrada. [22]
La duración de funcionamiento del motor, a veces denominada duración de combustión , depende tanto de la maniobra como de la capacidad del motor. Los motores están calificados para una duración mínima y máxima de una sola combustión.
Los motores también están calificados para ofrecer una duración de combustión acumulativa máxima, a veces denominada rendimiento de propulsante acumulativo . La vida útil de un motor a un nivel de rendimiento particular está dictada por la vida útil de los materiales de construcción, principalmente los utilizados para la cámara de combustión. [12]
Aplicaciones
Se puede hacer una división simplificada entre los motores de apogeo utilizados para las telecomunicaciones y las misiones de exploración:
- Las actuales plataformas de naves espaciales de telecomunicaciones tienden a beneficiarse más de un alto impulso específico que de un alto empuje. [23] Cuanto menos combustible se consume para entrar en órbita, más está disponible para mantener la estación cuando está en la estación. Este aumento en el propulsor restante puede traducirse directamente en un aumento en la vida útil del satélite, aumentando el rendimiento financiero de estas misiones.
- Las naves espaciales de exploración planetaria, especialmente las más grandes, tienden a beneficiarse más de un alto empuje que de un alto impulso específico. [24] El más rápido un alto delta- v maniobra se puede ejecutar, se requiere mayor será la eficiencia de esta maniobra, y el menos propelente. Esta reducción en el propulsor requerido puede traducirse directamente en un aumento en la masa del autobús y de la carga útil (en la etapa de diseño), lo que permite un mejor rendimiento científico en estas misiones. [12] [23]
El motor real elegido para una misión depende de los detalles técnicos de la misión. Consideraciones más prácticas como el costo, el tiempo de entrega y las restricciones a la exportación (por ejemplo, ITAR ) también juegan un papel en la decisión.
Ver también
- Motor de cohete
Referencias
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