Llançadora espacial

Archiu:Dawn launch.jpg

Llançadora espacial

Una eixida espacial, també cridat vector, llançador, llançadora o vehícul de llançament espacial, és un tipo d'eixida dissenyat i empleat específicament per al transport de càrrega útil des de la superfície terrestre al espai exterior. Generalment el vol d'una eixida espacial té com a objectiu situar la seua càrrega útil en una certa òrbita, encara que algunes eixides poden realisar vols suborbitales. En eixe cas, se'ls sol denominar eixida sonda. La càrrega útil d'una eixida espacial és principalment satèlits artificials, naus espacials i sondes espacials, encara que també poden ser sers humans en el cas dels vols espacials tripulats. També es pot parlar de sistema de llançament espacial quan es fa referència, ademés del vehícul de llançament espacial en sí mateixa, a les infraestructures de soport necessàries per a llançar i operar el vehícul espacial.

En l'actualitat, el desenroll d'eixides espacials es troba en una etapa de ràpida innovació, impulsada tant per agències governamentals com per empreses privades. La reutilisació d'etapes, la reducció de costs i l'automatisació de llançaments han permés aumentar significativament la freqüència i accessibilitat de les missions espacials.

Història

Antecedents

L'orige de l'eixida és provablement oriental. La primera notícia que es té del seu us és de l'any 1232, en China, a on va ser inventada la pólvora.

Existixen alguns relats de l'us d'eixides cridades fleches de fòc voladoras en el XIII, en defensa de la capital de la província chinenca d'Henan.

Les eixides varen ser introduïdes en Europa pels àraps. Durant els sigles XV i XVI varen ser utilisats com a arma incendiària. Posteriorment, en el perfeccionament de l'artilleria, l'eixida bèlica va desaparéixer fins a el XIX, i va ser utilisat novament durant les Guerres Napoleòniques. Les eixides del coronel anglés William Congreve varen ser usats en Espanya durant el lloc de Càdis (1810), en la primera Guerra Carlista (1833-1840) i durant la guerra de Marroc (1860).

Época moderna

A finals de el XIX i principis de el XX, varen aparéixer els primers científics que varen convertir a l'eixida en un sistema per a impulsar vehículs espacials tripulats. Entre ells destaquen, el peruà Pedro Paulet, el rus Konstantín Tsiolkovski, l'alemà Hermann Oberth i el nortamericana Robert Hutchings Goddard, i, més tarde els russos Serguéi Koroliov i Valentin Gruchensko, i l'alemà Wernher von Braun.

Robert Hutchings Goddard va ser el responsable del primer vol d'una eixida propulsado en combustible líquit (gasolina i oxigen), llançat el 16 de març de 1926, en Auburn, Massachusetts, Estats Units. Les eixides construïdes per Goddard, encara que menuts, ya tenien tots els principis de les modernes eixides, com a orientació per giroscopis, per eixemple.

Els alemans, liderats per Wernher von Braun, varen desenrollar durant la Segona Guerra Mundial les eixides V-1 i V-2 (A-4 en la terminologia alemana), que varen ser la base per a les investigacions sobre eixides dels EE. UU. i de l'URSS en la posguerra. Abdós armes usades per a bombardejar Londres a finals de la guerra, poden ser definides com a missils. Realment, el V-1 no aplega a ser una eixida, sino un missil que vola com un avió de propulsió a chorrada.

Inicialment es varen desenrollar eixides específicament destinades per a us militar, normalment coneguts com a missils balístics. Els programes espacials que els nortamericans i els soviètics varen posar en marcha es varen basar en eixides proyectades en #finalitat pròpies per a l'astronáutica, derivats d'estes eixides d'us militar. Particularment les eixides usades en el programa espacial soviètic eren derivats del R-7, missil balístic, que va acabar sent usat per a llançar les missions Sputnik.

Destaquen, pel costat nortamericà, l'Astrobee, el Vanguard, el Redstone, l'Atles, l'Agena, el Thor-Agena, l'Atles-Centauro, la série Delta, els Titanes i Saturn (entre els quals el Saturn V - la major eixida de tots els temps, que va fer possible el programa Apolo), i, pel costat soviètic, les eixides designades per les lletres A, B, C, D i G (estos dos últims varen tindre un paper semblant als Saturn nortamericans), denominats Protón.

Atres països que han construït eixides, en el marc d'un programa espacial propi, són França, Regne Unit (que ho va abandonar), Japó, China, Mèxic, Iran, Argentina, Brasil, Índia, Israel, aixina com el consorci europeu que va constituir l'Agència Espacial Europea (EIXA), que ha construït i explotat l'eixida llançador Ariane.

Al començament de el XXI, l'indústria espacial va experimentar un canvi significatiu en la participació creixent del sector privat. Empreses com SpaceX han desenrollat vehículs parcialment reutilisables, com el Falcon 9, capaços d'aterrisar les seues primeres etapes despuix del llançament. Este alvanç ha reduït considerablement els costs i ha marcat l'inici d'una nova era en l'exploració espacial.

Funcionament

El principi de funcionament del motor d'eixida es basa en la tercera llei de Newton, la llei de l'acció i reacció, que diu que "a tota acció li correspon una reacció, en la mateixa intensitat, mateixa direcció i sentit contrari".

Imaginem una cambra tancada a on existixca un gas en combustió. La crema del gas produirà pressió en totes les direccions. La cambra no es mourà en cap direcció puix les forces en les parets opostes de la cambra s'anularan.

Si practicàrem una obertura en la cambra, a on els gasos puguen escapar, hi haurà un desequilibri. La pressió eixercida en les parets laterals opostes continuarà sense produir força, puix la pressió d'un costat anularà a la de l'atre. Ya la pressió eixercida en la part superior de la cambra produirà espente, puix no hi ha pressió en el costat d'avall (a on està l'obertura).

Aixina, l'eixida es desplaçarà cap a dalt per reacció a la pressió eixercida pels gasos en combustió en la cámara del motor. Per açò, este tipo de motor és cridat de propulsió a reacció.

Com en l'espai exterior no hi ha oxigen per a cremar el combustible, l'eixida deu dur almagasenat en tancs no solament el combustible (carburant), sino també el oxidant (comburente).

La magnitut del espente produït (expressió que designa la força produïda pel motor d'eixida) depén de la massa i de la velocitat dels gasos expelidos per l'obertura. Després, quant major siga la temperatura dels gasos expelidos, major serà l'espente. Aixina, sorgix el problema de protegir la cámara i l'obertura de les altes temperatures produïdes per la combustió. Una manera ingeniosa de fer açò és cobrir les parets del motor en una fina chorrada del propi propelente usat per l'eixida per a formar un aïllant tèrmic i refrigerar el motor.

Tipos

Sobre el tipo de combustible usat, existixen dos tipos d'eixida:

• Eixida de combustible líquit - que el propelente i l'oxidant estan almagasenats en tancs fòra de la cámara i són bombejats i mesclats en la cambra a on entren en combustió;
• Eixida de combustible sòlit - en que abdós, propelente i oxidant, estan ya mesclats en la cámara en estat sòlit.

Sobre el número de fases, una eixida pot ser:

• Eixida d'una fase - en este cas l'eixida és "monolític";
• Eixida de múltiples fases - posseïx múltiples fases que van entrant en combustió secuencialment i van sent descartats quan el combustible s'agota, permetent aumentar la capacitat de càrrega de l'eixida.

Sobre el seu reusabilidad, una eixida pot ser:

• Vehícul de llançament desechable (ELV) - es dissenyen per a ser amprats una sola volta. Generalment se separen de la seua càrrega útil i realisen una reentrada atmosfèrica.
• Vehícul de llançament reutilisable (RLV) - oferixen la possibilitat de recuperar el sistema intacte una volta haja segut usat, d'esta forma pot ser amprat en diversos llançaments, disminuint els costs d'elaboració. El transbordador espacial i el Falcon 9 de SpaceX són eixemples notables de vehículs de llançament reutilisables.

Sobre la cantitat de càrrega útil que els vehículs són capaços de posar en òrbita, podem trobar els següents tipos, entre uns atres:

• Vehícul de llançament de càrrega pesada (HLLV)
• Vehícul de llançament de càrrega superpesada (SHLLV)

Aplicacions

L'importància de les eixides com a vehículs radica en dos característiques:

1. La seua capacitat d'alcançar grans velocitats i #acceleració.
2. La seua capacitat de funcionar en el buit.

La primera d'estes característiques és la que ha promogut el seu us històric en el camp militar i en els espectàculs pirotècnics, la segona no ha segut significativa fins a l'aparició de la astronáutica en la década de 1950.

Us militar

L'eixida constituïx un mig capaç de transportar una càrrega útil a grans velocitats d'un punt a un atre. Com arma, una eixida pot transportar un explosiu (convencional o nuclear) a grans distàncies en un temps curt, a voltes prenent a l'enemic per sorpresa. L'eixida presenta atres ventages sobre els proyectilés: té un radi d'acció més gran i la seua trayectòria pot ser controlada.

Existixen eixides militars (també nomenats missilés) de molt variat tamany, potència i ràdio d'acció. Els menuts poden ser llançats directament pels soldats o des de vehículs en moviment, i solen ser utilisats per a atacar les aeronaus de l'enemic. La capacitat de controlar el seu vol també els permet ser usats per a atacar objectius fixos en prou precisió.

Els missils de gran tamany poden aplegar a tindre un radi d'acció de mils de quilómetros, i s'utilisen para bombardejar les instalacions introduïdes en territori enemic sense necessitat d'enviar tropas o avions. El seu gran velocitat també dificulta la intercepción. D'especial atenció són els missils balístics intercontinentals (ICBM en terminologia anglesa). Estes eixides tenen un radi d'acció de mils de quilómetros i seguixen una trayectòria balística que els du, efectivament, fòra de l'atmòsfera terrestre. Armats en explosius nuclears constituïxen un mig de dissuasió important, ya que permeten atacar el cor de la nació enemiga per molt llunt que estiga, sense que esta disponga de cap mig per a impedir la seua arribada.

Us civil

Fora del camp militar, l'us més important de les eixides és el de llançar objectes a l'espai exterior, normalment posant-los en òrbita entorn a la Terra. Per a este objectiu, l'eixida és l'únic mig disponible. Per una part, són els únics vehículs capaços d'alcançar la velocitat necessària per a esta aplicació, i de l'atra solament l'eixida és capaç de propulsarse en el buit de l'espai. Els atres vehículs necessiten un mig material sobre el que desplaçar-se, o be obtenen algun element essencial per al seu funcionament del mig.

No obstant, l'eixida no deixa de ser un mig ineficaç de llançar objectes al espai. Per la seua pròpia naturalea l'eixida tindrà que ser sempre molt major que l'objecte que té que transportar, i això vol dir que en un llançament la major part de l'energia serà utilisada per a accelerar la pròpia eixida, i no la seua càrrega útil. Per eixemple, una eixida Ariane 5 carregat de combustible pesa entorn a 750 tonelladas, de les quals solament 20 poden ser efectivament posades en òrbita. No obstant, no existixen alternatives en l'eixida ni a curt ni a llarc determini per a esta aplicació.

Un atre us llaugerament diferent de les eixides es troba en els estudis de microgravedad. Una eixida pot posar un objecte en una trayectòria balística fora de l'atmòsfera, a on no serà somés a la força de rozamiento de l'aire i estarà, puix, en una situació de caiguda lliure, equivalent a l'absència de gravetat para molts fenomens físics.

En raó del creixent desenroll i l'alta tecnologia que involucra, no pot deixar-se de costat la cohetería vocacional, coneguda també cohetería amateur.

Regulació

Les operacions de les eixides llançadors espacials estan regulades baix el Dret internacional, aixina com baix les lleis nacionals del territori a on es produïxca el llançament. Es deuen cobrir en qualsevol cas els danys materials i humans que es deriven d'un error en el llançament o de la reentrada atmosfèrica de l'eixida. Per estos requisits, numerosos països requerixen que els constructors d'eixides s'adherixquen a unes regulacions molt estrictes de seguritat en els llançaments, aixina com que contracten segurs de responsabilitat civil en l'objecte d'indemnisar a les persones, bens i propietats que pogueren sofrir danys.

Futur

L'eixida convencional deurà passar per alguns alvanços en els pròxims anys, encara que encara serà el major responsable, per molt temps, de l'enviament d'astronautas i satèlits artificials a l'espai.

L'adopció de vehículs reutilisables, com el transbordador espacial, de la NASA, deu ampliar-se. Els transbordadors espacials desapeguen com una eixida convencional, pero aterrisen com a avions, gràcies al seu aerodinàmica especial.

Un motor revolucionari, que pot fer alvançar la tecnologia astronáutica, és el motor Scramjet, capaç d'alcançar velocitats hipersónicas de fins a 15 voltes la velocitat del sò. El motor Scramjet no posseïx parts mòvils, i obté la compressió necessària per a la combustió pel aire que entra de front, impulsat per la pròpia velocitat del vehícul en l'aire. La NASA va provar en èxit un motor d'este tipo en 2004. L'eixida, cridat X-43A, va ser dut a una altitut de 12 000 m per un avió B-52, i llançat per una eixida Pegasus a una altitut de 33 000 m. Va alcançar la velocitat récort de 11 000 km/h.

Una atra possibilitat de bestreta en la tecnologia de motors d'eixides és l'us de propulsió nuclear, que un reactor nuclear calfa un gas, produint una chorrada que s'usa per a produir espente. També s'ha considerat l'idea de construir una eixida en forma de vela, impulsat per la pressió de radiació solar, lo que permetria viages interplanetarios de llarga distància

Vore també

• Cohetería amateur
• Astronáutica
• Exploració espacial
• Nau espacial
• Eixida sonda
• Vehícul de llançament desechable
• Vehícul de llançament reutilisable
• Vehícul de llançament de càrrega pesada

• Vehícul de llançament de càrrega superpesada
• Anex:Comparació de sistemes de llançament orbital
• Anex:Missions tripulades a l'espai per programa
• Anex:Cronologia de les tecnologies d'eixides i missils
• Carrera espacial llatinoamericana

Bibliografia adicional

• George P. Sutton, Oscar Biblarz: Rocket Propulsion Elements. Wiley-Interscience (2000) ISBN 0-471-32642-9
• David G. Sleeter: Amateur Rocket Motor Construction: A Complete Guide To The Construction Of Homemade Solid Fuel Rocket Motors. Teleflite Corp (2004). ISBN 0-930387-04-X
• Guillermo Descalce: Eixides - Modelisme Espacial, Nivell Inicial (en idioma espanyol) Ed. Dunken (2005). ISBN 987-02-1585-8

Enllaços externs

• L'eixida "perfecte"
• Definició d'eixida
• Potencia d'una eixida
• The History of Rockets [1] archivat en Wayback Machine. (anglés)
• A Brief History of Rockets. [2] archivat en Wayback Machine. (anglés)
• Launch Vehicles (anglés)
• Eixides, models i cohetería amateur [3] archivat en Wayback Machine.
• Cohetería Experimental de Richard Nakka (anglés)
• Cohetería Experimental del G.C.C.I.
• societat de cohetería civil
• Informe d'us de les llançadores espacials (anglés)