Rampas y Combustibles

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    11-Dec-2015
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informe sobre las rampas de despegue de naves espaciales y los combustibles que estas usan

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1. INTRODUCCINEn el mundo de los satlites, para que estos puedan llegar al espacio y poder corregirse si se desvan, estos usan diferentes tipos de combustibles o propelentes, pero para que estos satlites puedan llegar al espacio tienen que estar montados en un cohete, ya que necesita la fuerza necesaria para poder atravesar la atmosfera del planeta para poder situarse en su rbita final, dichos cohetes para poder despegar estn montados inicialmente en una rampa o plataformas de despegue, el presente informe se centrar en el tema de las plataformas de despegue y en los propelentes.

2. MARCO TEORICO

2.1. PLATAFORMAS DE DESPEGUE

Las naves espaciales se lanzan desde plataformas, estructuras de acero y hormign empleadas para ensamblar las diversas partes de un cohete. La plataforma de lanzamiento consta de una construccin fija de hormign, sobre la cual se yergue el cohete, y de una o varias torres metlicas inclinables, provistas de ascensores y plantas que permiten acceder a todas las partes de aqul para efectuar los preparativos del lanzamiento. Cuando se han ultimado estos, la torre se retira por unas vas para evitar que pueda ser averiada por los gases calientes que expele el cohete o por la explosin accidental del mismo.Estas plataformas son construcciones cada vez ms complejas y costosas en razn del nmero creciente de operaciones delicadas que requiere la preparacin de los cohetes, del peligro que presenta la manipulacin de ciertas sustancias, de las complicaciones que implica el trasiego de lquidos de puntos de ebullicin bajsimos (hidrgeno y oxgeno lquido) y por ltimo, de las cantidades colosales de calor engendradas por el cohete en los instantes que preceden y siguen al despegue (la plataforma dispone de medios que vierten sobre ellas verdaderas trombas de agua que evitan su destruccin, y la espesa humareda visible en el momento del despegue no es sino el vapor que resulta de la vaporizacin de una parte del agua).

2.1.1 PLATAFORMAS TERRESTRES

Unaplataforma de despegueson las instalaciones y el rea donde despegan los cohetes y las naves espaciales. Unabase espacial(o lugar de despegue de cohetes) puede contener una o varias plataformas. Una plataforma de despegue tpica consiste en estructuras de servicio y lneas de abastecimiento. La estructura de servicio proporciona una plataforma de acceso para inspeccionar el lanzador antes del lanzamiento. La mayora de las estructuras de servicio se pueden desplazar o rotar hasta una distancia segura. Las lneas de abastecimiento suministran combustible, gas, energa y enlaces de comunicacin al lanzador. sta se sita sobre la plataforma de despegue, la cual tiene una estructura reflectora que repele las llamas para que el cohete resista el intenso calor y la carga generada por los motores durante el despegue.

La mayora de lanzadorescriognicosnecesitan ser rpidamente rellenados al acercarse la fecha del lanzamiento. Esto es especialmente necesario ya que varios depsitos estn situados en el despegue y luego se retiran cuando el personal de apoyo corrige los problemas o verifica que no son graves. Sin la habilidad de rellenar los depsitos el lanzamiento tendra que ser anulado cuando los problemas retrasaran lacuenta atrs. Frecuentemente se disean y construyengras prticoen las plataformas de despegue para conseguir ese tipo de servicios tanto durante el lanzamiento como en los perodos que lo preceden.La mayora decohetesnecesitan un soporte estable durante unos pocos segundos despus de la ignicin mientras los motores se encienden y se estabilizan a plenoempuje. Normalmente esta estabilidad se consigue mediante el uso depernos explosivosque conectan el lanzador a la plataforma. Cuando el vehculo es estable y est listo para volar explotan los pernos, dejando los vnculos que lo conectan a la plataforma en tierra.

2.1.2. PLATAFORMAS MARINAS

Un equipo internacional de ingeniera de cohetes y marina est combinando tecnologa avanzada de construccin de plataformas petrolferas y de cohetes para crear una nueva manera de lanzar satlites desde el mar, con el objetivo de poder poner en rbita satlites de telecomunicaciones desde el ecuador.El gran nmero de satlites que se ponen en rbita han obligado a los ingenieros a buscar nuevas ideas para lanzarlos. La solucin ha estado en crear plataformas en el ocano para hacerlo. El mejor punto para lanzar un satlite es el ecuador, ya que es en este punto donde la velocidad de rotacin de la Tierra es mayor y, por tanto, da un impulso mayor a la lanzadera, por lo que necesitar un menor combustible para alcanzar la rbita deseada.En la imagen de arriba podemos ver como un cohete Zenit 3SL es transferido desde el barco de montaje (cuya longitud es de 200 metros) a la plataforma de lanzamiento Odyssey. Mientras el proceso de transferencia el barco y la plataforma estn unidos, pero se separan en cuanto sta haya finalizado. Hasta unas horas antes del lanzamiento el cohete no se saca del hangar. En estos momentos el proyecto se est llevando a cabo. La plataforma de lanzamiento se encuentra en construccin lo que se puede ver en la siguiente fotografa.La gra de la parte delantera se sita aproximadamente donde la maquinaria y la base del Zenit 3SL sern situadas en el momento del lanzamiento. La estructura que se ve al fondo es el hangar donde el cohete ser almacenado hasta el momento del lanzamiento.

En la anterior imagen se aprecian los inmensos "flotadores" sobre los que se sita la plataforma. Estos flotadores se pueden hundir de forma que se sumerjan parcialmente para conseguir estabilidad. Los lanzamientos desde el mar tienen sus ventajas, como que excepto las personas que estn observando el lanzamiento, nadie podr estar viendo el lanzamiento, ya que este ser en un punto en medio de ocano. Adems, aunque el lugar de lanzamiento se encuentre en el ecuador (zona subtropical) las agencias meteorolgicas predicen que las condiciones climticas sern aceptables ms del 95 por ciento del tiempo.

Para finalizar resaltar la importancia del desarrollo de este sistema, puesto que para lanzar en los prximos aos la gran cantidad de satlites previstos hacen falta nuevas plataformas de lanzamiento para dar cabida a las necesidades del mercado. El utilizar plataformas marinas es una gran ventaja debido a su excelente ubicacin.

2.1.3. PLATAFORMA AEREAA lo largo de la historia de la astronutica se han propuesto centenares de sistemas de lanzamientos espaciales desde aviones. Y, como no,tambinen la antigua Unin Sovitica y en la Rusia actual. La ltima propuesta en este sentido proviene del famoso TsAGI (Instituto Central de Investigaciones Aerohidrodinmicas) de Mosc.

Nuevo sistema de lanzamiento espacial desde aviones propuesto por el TsAGI

El TsAGI ha completado el modelo matemtico correspondiente a un sistema de lanzamiento areo de tres etapas. La primera etapa corresponde a un avin subsnico de fuselaje doble con dos motores a reaccin en cada fuselaje. Colgando del ala central se encontrara la tercera etapa, formada por un cohete de combustible lquido. Por ltimo, la tercera etapa sera un transbordador espacial reutilizable. La segunda etapa tambin podra ser recuperarse para conseguir as un sistema totalmente reutilizable.El TsAGI ha estudiado el empleo de queroseno, metano e hidrgeno como combustible. Como es de sobras conocido, el hidrgeno es el ms eficiente desde el punto de vista energtico, pero su manejo es muy complejo y ocupa un gran volumen. El queroseno es mucho ms barato y cmodo, pero es el menos eficiente de los tres, de ah que el metano se presente como una opcin intermedia muy atractiva. Si se emplea hidrgeno y oxgeno lquidos, la separacin entre la segunda y la tercera etapa puede realizarse a una velocidad de 4,1 km/s, mientras que la masa del avin espacial sera de 20,9 toneladas. El empujn final hasta la rbita lo proporcionaran los motores de la lanzadera. Si se usa hidrgeno el transbordador podra transportar cinco pasajeros y dos pilotos, mientras que si se opta por queroseno o metano solo habra capacidad para tres pasajeros y dos pilotos. De todas formas, tambin se han estudiado variantes sin tripulacin.El objetivo del sistema podra ser la rbita baja terrestre, pero cuando el TsAGI inici este programa en 2010 se concibi como un avin suborbital capaz de viajar a 5,6 km/s, cubriendo 17 000 kilmetros de distancia en unos 50 minutos. Por supuesto, este sistema suborbital podra tener aplicaciones tanto civiles como militares.Por supuesto, solamente se trata de un estudio aerodinmico preliminar y no de ningn proyecto en firme, pero no deja de ser curiosa la similitud de este nuevo diseo del TsAGI con el sistema de lanzamiento norteamericanoStratolaunch. En concreto, con la versin creada para lanzar la lanzadera Dream Chaser. La conexin rusa es todava ms paradjica si recordamos que el diseo de la Dream Chaser est basado directamente en los aviones espacialesBOR-4, a su vez derivados del programa de aviones espaciales militares Spiral.

Sistema Stratolaunch con la lanzadera Dream Cheaser (Stratolaunch)

2.2. COMBUSTIBLESPara lograr que un cohete funcione son necesarias dos cosas: Masa de reaccin EnergaEl impulso proporcionado al expulsar una partcula de masa reactiva, si esta posee una masa dema una velocidadv, es igual amv. Pero esta partcula se expulsa con unaenerga cinticaigual amv2/2, que debe proceder de alguna parte. En uncohete el propelente debe quemarse, proporcionando energa, y los productos de la reaccin se permite que fluyan hacia el exterior por la parte trasera de la nave espacial, proporcionando masa reactiva. En un propulsor inico, se emplea la electricidad para acelerar los iones y expulsarlos. Existen otros dispositivos que proporcionan energa elctrica como lospaneles solareso unreactor nuclear, mientras que losionesson los encargados de proporcionar la masa reactiva.

Como en el espacio exterior no hay oxgeno para quemar el co