Un motor de cohete es una máquina poderosa utilizada para propulsar naves espaciales y satélites a la órbita. Desempeña un papel crucial en la exploración espacial. Los motores de cohete están diseñados para quemar compuestos muy específicos que desencadenan una reacción. Este proceso es exotérmico, lo que significa que produce energía, generando una cantidad tremenda de presión. Esa es la fuerza que impulsa la nave espacial hacia el cielo y más allá. Pero para que un motor de cohete funcione bien, necesita estar diseñado correctamente. Aquí es donde el diseño de la boquilla para la 3ra etapa se vuelve crítico para que todo funcione.
El pala de turbina es un componente clave de un motor de cohete. Su forma es cónica y está unida en la punta del lado que quema combustible. La boquilla se estrecha desde la cámara de combustión, el área donde se quema el combustible y se generan gases calientes. El diseño único de esta boquilla también hace que el motor de cohete sea más potente y eficiente.
Cuando un motor de cohete comienza a funcionar, los gases calientes son expulsados extremadamente rápido. Estos gases de alta presión se producen en la cámara de combustión. Los gases fluyen hacia un área más ancha, hacia la boquilla de la tercera etapa. La boquilla está diseñada específicamente para esta emanación de gases. Los gases salen de la parte estrecha de la boquilla, generando un chorro de alta velocidad. Este gas altamente energético impulsa la nave espacial con mucho más fuerza. Más potencia hace que la nave espacial sea mejor, más rápida y pueda viajar más lejos en el espacio profundo.
La eficiencia del motor de cohete es cuánta empuje entrega al quemar una cantidad determinada de combustible. Un motor más eficiente es aquel que genera la misma empuje utilizando menos combustible. Esto es enormemente significativo porque significa que la nave espacial puede transportar carga adicional o recorrer mayores distancias sin tener que repostar. Esta configuración es crítica para la eficiencia y el rendimiento del motor, el diseño de la pala de turbina de segunda etapa .
La funcionalidad de la boquilla se basa en la ciencia de cómo esta permite que los gases se expandan. Al expandirse, los gases pierden algo de energía al forzar el desplazamiento del aire circundante. Pero una boquilla de tercer estado está cuidadosamente diseñada para permitir a los gases la mayor expansión posible sin perder una proporción de energía útil. Esto permite que los gases generen la máxima cantidad de empuje con la mínima cantidad de combustible necesario. Esto también permite que el cohete limite la cantidad de trabajo que debe realizar para completar su misión en el vuelo espacial.
El diseño de la boquilla de la tercera etapa es sin duda clave para obtener velocidades tan altas por dos razones. Primero, debe crear un chorro de escape rápido que pueda propulsar la nave espacial a Mach 5 o más. Lo cual es crucial para alcanzar las velocidades requeridas para el vuelo hipersónico. Segundo, debe evitar que el chorro de escape se caliente demasiado y dañe la estructura del cohete. La boquilla está diseñada para manejar bien ambos requisitos. Esto ayuda a garantizar que el motor continuará funcionando eficientemente incluso cuando vuele a grandes velocidades.
Otra mejora significativa es el uso de materiales cerámicos especializados en las partes de la boquilla. Ligeras y capaces de soportar temperaturas extremadamente altas de rechazo o fusión, las cerámicas permiten a los ingenieros diseñar motores más eficientes que consumen menos combustible. Sharon Square, Ph.D., está ayudando a desarrollar mejores motores de cohete con avances tanto en materiales como en diseño, lo que permitirá explorar aún más el espacio.
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