¿Pueden volar los cohetes sin quemar combustible alguno con la ayuda de gases sometidos únicamente a una presión extrema?

Question

¿Por qué es necesario quemar el combustible de hidrógeno que sale del motor para la elevación de los cohetes?

Si se hace para crear una mayor fuerza de reacción en el cohete, entonces ¿por qué no podemos obtener la misma sustentación con sólo ajustar la velocidad del gas hidrógeno que sale del motor como si pudiéramos liberarlos a una gran presión (y también ajustando el tamaño de la abertura de la tobera) y por lo tanto a una mayor velocidad?

¿Es posible que los cohetes volar sin quemar el combustible y solo soltando el combustible con una gran fuerza ? (Ya sé que los cohetes son demasiado grandes).

¿Cómo funciona el I _SP de los motores de cohetes ordinarios comparar con el de mi pregunta? La mayoría de las respuestas han hecho la comparación (y un gran agradecimiento por ello), pero me ayude con la diferencia numérica en el I _SP 's.

(Compárelo utilizando cualquier valor deseado de la cantidad de combustible y otras cosas necesarias para el despegue).

Answer 1

Producirá empuje, pero piénsalo de esta manera:

De todas formas, tienes que echar algo de masa por detrás. Si puedes hacer que la masa reaccione consigo misma para que se caliente y aumente su velocidad, mejor que mejor.

Answer 2

Los propulsores de gas frío, que generalmente utilizan nitrógeno comprimido, se utilizan a veces para el control, como el ajuste de la orientación en órbita. En ese caso, el bajo empuje es, en todo caso, una ventaja, ya que facilita el control preciso.

Answer 3

Todas las demás respuestas plantean cuestiones importantes.

Una manera de plantearse esta cuestión de forma sencilla es pensarla puramente en términos de temperatura .

La temperatura es la media velocidad de partículas (ya sean sólidas, líquidas, gaseosas o plasmáticas).

Así que a partir de ahora utilizaré los términos temperatura y velocidad indistintamente.

El diseño de un motor cohete busca optimizar los siguientes parámetros:

1. maximizar la potencia expulsando el máximo número de partículas por segundo a la mayor velocidad posible. Una mayor velocidad de las partículas equivale a una mayor temperatura.

2. no fundas el motor elevando su temperatura por encima de unos 3000 grados centígrados. Todos los materiales empiezan a convertirse en plasma por encima de ~3000C.

3. el propio motor no puede ser demasiado pesado en relación con el combustible que expulsa

Si aumenta la velocidad del combustible que está expulsando por encima de ~3000 grados, entonces el combustible empezará a fundir/vaporizar el motor.

Los motores de cohetes de iones aceleran el combustible a gran velocidad (a una temperatura de aproximadamente un millón de grados). Sin embargo, las propias piezas del motor iónico, que aceleran el combustible iónico de plasma, sólo pueden calentarse hasta unos 300 grados centígrados antes de averiarse. Así que los cohetes de iones son mucho más eficientes, pero sólo pueden expulsar una pequeña cantidad de combustible por segundo antes de sobrecalentarse.

En comparación, los materiales cercanos a la tobera de un motor de cohete de combustión de hidrógeno/oxígeno pueden soportar unos 3000C antes de fallar. Estos motores pueden expulsar un lote más combustible por segundo antes de sobrecalentarse.

Así que, en respuesta a su pregunta, los cohetes iónicos no pueden utilizarse para lanzar cohetes desde tierra porque se recalientan con demasiada facilidad.

Answer 4

Los propulsores de "gas frío" (es decir, gas presurizado liberado a través de una tobera sin combustión) se utilizan para el control de actitud en algunos cohetes (especialmente en la primera etapa del Falcon 9, para el control de actitud en la fase de recuperación), pero tienen un impulso específico mucho menor que la combustión de hidrógeno-oxígeno. Su ventaja es su extrema simplicidad en sistemas pequeños.

Impulso específico del hidrógeno frío: ~270 seg. combustión hidrógeno-oxígeno: ~440 seg. El nitrógeno se utiliza más comúnmente en instalaciones de gas frío (más fácil de producir y almacenar, más empuje por volumen de depósito), pero sólo rinde unos 70 segundos.

Aumentar la presión para obtener un mejor rendimiento requiere más peso en el depósito para contener la presión, por lo que se obtiene una pérdida neta de rendimiento.

Answer 5

Sí, un cohete propulsado por cualquier gas a presión puede volar (seguro que ha soplado globos y los ha dejado volar), pero el problema es la distancia a recorrer y el máximo capacidad de carga.