Como funcionan los cohetes.
Por Eladio Miranda Batlle
Caratula del libro De la Tierra a la Luna
Pruebas de encendido a un motor de cohete RS-68
en el Stennis Space Center.
Trayectoria de un cohete desde su zona de lanzamiento.
En 1865, Julio Verne escribió el libro "De la Tierra a la Luna", en este libro, Julio Verne imaginaba un cañón vertical gigante, hundido en el suelo, en una una zona no muy lejana del actual Cabo Cañaveral en la Florida. Los astronautas de su novela se montaban en una vaina gigante que aunque falla su alunizaje, retorna sin daño a la Tierra. Muchos detalles del libro de Verne contradicen la física, pero su cañón capaz de alcanzar el espacio, no era algo imposible de construir.
Un cohete no es más que eso, una vaina gigante que obtiene su empuje por la expulsión de gases de combustión generados por un motor. Un cohete es esencialmente una máquina calorífica, un aparato para convertir la energía calorífica obtenida de la energía química del combustible en energía mecánica. El corazón de un cohete es el motor a reacción, que está en condiciones de proporcionar el empuje necesario a su movimiento, aprovechando el principio físico de acción y reacción. En base a este principio, enunciado por primera vez por Isaac Newton, “a toda acción corresponde una reacción igual y contraria” (Tercera Ley del Movimiento) realizan los cohetes su movimiento. En este motor la acción está representada por un flujo de partículas producidas por medio de procesos químicos y/o físicos de diverso tipo, que son expulsadas a altísimas velocidades en una determinada dirección; la reacción, en cambio, está representada por el movimiento del vehículo en la dirección opuesta a aquella en que son expulsadas las partículas.
Para un cohete que parte de la Tierra, a nivel del mar, y que debe alcanzar en pocos minutos la extraordinaria velocidad de 28.000 km/h, necesaria para ponerse en órbita alrededor de la Tierra, es preciso un motor que expulse una gran masa de partículas lo más rápidamente posible, es decir, que ejerza una acción adecuada a la reacción que se quiere obtener.
Los poderosos cohetes que elevan cientos o aún miles de toneladas desde la rampa de lanzamiento, dependen del mismo principio.
Los cohetes para generar el empuje necesario para elevarse usan los llamados propelentes o propulsantes, que son sustancias ya bien sea en estado sólido, liquido o mixto, que reaccionan en la cámara de empuje o cámara de combustión generando gases a alta presión y ha gran temperatura que salen por la tobera, un dispositivo que convierte la energía térmica y de presión en energía cinética. La aceleración de estos gases a través del esfuerzo del motor en la cámara de combustión hace que el cohete se mueva. Así pues, tras una reacción química salen de una especie de embudo, o tobera, con el mayor diámetro hacia el extremo, por la base del cohete las partículas de gas a gran velocidad que por el principio dicho anteriormente producen un empuje de la misma magnitud, ocasionando su movimiento en sentido opuesto al de la salida del chorro de partículas gaseosas. La velocidad máxima es alcanzada por un cohete siempre al término de la combustión de los propulsantes, en la medida que el cohete va gastando su combustible pierde peso, por lo que se hace más ligero y va ganando en velocidad hasta llegar a su velocidad máxima. Esta velocidad es a la vez la ideal que puede alcanzar un cohete en óptimas condiciones y guarda relación entre la velocidad inicial con su peso máximo - tanques de combustible llenos - y la velocidad de salida de los gases.
Cuando un cohete deja de funcionar por agotamiento de su combustible se supone que habrá alcanzado una determinada velocidad máxima. Si en ese momento de agotamiento, el cohete dispone encima como carga útil del mismo otro cohete que entre en acción en este instante, a la vez que se separa el cohete agotado, cuyo peso ya inútil provocará al desprenderse una ayuda a la aceleración, la velocidad lógicamente del nuevo cohete se suma constantemente ahora, aceleración sobre la adquirida por su predecesor. Y si el nuevo cohete no logra poner su carga en órbita terrestre, o está muy cerca de lograrlo, si disponemos aun de otro cohete sobre el segundo que entre en acción a su vez, una vez agotado y desprendido aquél, la velocidad máxima que se consigue sobre las anteriores no solo será la de satelización para una baja altura, sino que podrá llevar la carga útil que tenga, a una altura orbital mucho mayor o incluso, a la Luna u otros planetas. Por todo lo expuesto, el mayor cohete siempre es el primero, puesto que tiene que "empujar" no solo su propio peso sino también el de los restantes que constituyen su carga útil y que pueden ser uno o varios. A cada cohete de los citados se le llama más propiamente fase o etapa, en inglés “stage”. Y el término propio de cohete ahora ya comprende a todas sus fases.
El Explorer 1, el primer satélite artificial de los EE.UU., que fue lanzado en enero de 1958, usaba un cohete de 4 etapas o stage.
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).
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