Colegio Marcelina – Equipo 3

El noreste de la meseta Syrtis Major, con un pasado de actividad volcánica y aguas termales, y los montes Columbia. Un terreno de meseta rodeado de montañas para protegernos de las tormentas
de arena.

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Trayectoria

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Propulsión

Propulsión Química

¿Qué es la propulsión Química?

La propulsión química es un método de propulsión utilizado en naves espaciales que se basa en la reacción química de combustibles y oxidantes. Este tipo de propulsión utiliza la energía liberada durante la combustión para generar un chorro de gases de alta velocidad que impulsa la nave hacia adelante.

¿Cómo se da?

En la propulsión química, se combinan un combustible y un oxidante en una cámara de combustión. Durante la combustión, el combustible y el oxidante reaccionan químicamente y liberan una gran cantidad de energía en forma de calor. Esta energía calienta y expande los gases resultantes, creando un chorro de gases de alta velocidad que es expulsado por la tobera trasera de la nave espacial. La acción de la expulsión de estos gases hacia atrás genera una fuerza de reacción que impulsa la nave hacia adelante, según el principio de acción y reacción de la tercera ley de Newton.

¿Cuáles son sus beneficios?

• Alta eficiencia: Los motores de propulsión química pueden alcanzar velocidades muy altas y proporcionar una gran cantidad de empuje.
• Fiabilidad: Los motores de propulsión química son tecnologías probadas y confiables, utilizadas en numerosas misiones espaciales.
• Versatilidad: Pueden funcionar con diferentes tipos de combustibles y oxidantes, lo que permite adaptarse a distintos tipos de misiones espaciales.
• Control: La potencia del motor puede ser controlada y regulada de manera precisa.

¿Qué tan costoso es y cómo se puede eficientar?

El costo de la propulsión química varía dependiendo del tipo de motor y la misión espacial en cuestión. La utilización de combustibles y oxidantes en grandes cantidades puede ser costosa, así como el desarrollo y la fabricación de los motores. Para eficientar este tipo de propulsión, se busca mejorar la relación empuje-peso de los motores, aumentar la eficiencia en la combustión, reducir la masa de los sistemas de propulsión y utilizar combustibles más eficientes.

Ejemplo de un motor que utilice este tipo de tecnología:

Un ejemplo de motor que utiliza propulsión química es el Motor Merlin: Este es el motor que utiliza SpaceX en sus cohetes Falcon 9 y Falcon Heavy. Quema una mezcla de RP-1 y oxígeno líquido. Para un amartizaje, el Motor Merlin podría ser más adecuado debido a sus características de reencendido en el espacio. Esto permitiría un mayor control y precisión en la fase de descenso y aterrizaje en Marte.

Tipo de motor: Motor de cohete de combustión líquida.
Combustibles utilizados: RP-1 (queroseno) como combustible y oxígeno líquido (LOX) como oxidante.
Diseño: Ciclo de quemado de motor de cohete de ciclo abierto.
Configuración: El motor Merlin 1D+ es un motor de cámara única, lo que significa que tiene una sola cámara de combustión y una sola tobera de escape.
Reencendido: El motor Merlin 1D+ es reencendible, lo que

permite múltiples encendidos en el espacio para maniobras y aterrizajes precisos.
Empuje: El empuje máximo en el vacío de un solo motor Merlin 1D+ es de aproximadamente 190,000 libras (845 kN).
Empuje al nivel del mar: El empuje al nivel del mar del Merlin 1D+ es ligeramente menor debido a la resistencia del aire y la presión atmosférica.
Control vectorial de empuje: El motor Merlin 1D+ utiliza un sistema de control de empuje vectorial para permitir el control y la maniobrabilidad del vehículo durante el vuelo.
Mejoras: El Merlin 1D+ es una versión mejorada y optimizada del motor Merlin original, con mejoras en la eficiencia y rendimiento en comparación con sus predecesores.

Impulso específico (Isp):

El impulso específico (Isp) es una medida de eficiencia para un motor cohete y se define como el empuje producido por unidad de masa expulsada por segundo. Cuanto mayor sea el impulso específico, mayor será la eficiencia del motor en la generación de empuje.

Impulso específico al vacío (Vacuum Specific Impulse):

El impulso específico al vacío se refiere al impulso específico medido en condiciones de vacío o espacio exterior, donde no hay presión atmosférica. El impulso específico al vacío generalmente es mayor que el impulso específico al nivel del mar.

Impulso específico al vacío (Vacuum Specific Impulse) del Merlin 1D+: Aproximadamente 348 segundos.

Impulso específico al nivel del mar (Sea Level Specific Impulse):

El impulso específico al nivel del mar se refiere al impulso específico medido a nivel del mar, donde el motor debe superar la presión atmosférica y la resistencia del aire. El impulso específico al nivel del mar es ligeramente inferior al impulso específico al vacío debido a las pérdidas de eficiencia causadas por la presión del aire.

Impulso específico al nivel del mar (Sea Level Specific Impulse) del Merlin 1D+: Aproximadamente 311 segundos.

¿Estarían produciendo combustible en la superficie de Marte? De ser así, ¿qué tecnología utilizarían?

Para la producción de combustible en la superficie de Marte, se requerirían dos elementos básicos: RP-1 (queroseno) y oxígeno (LOX) líquido. Sin embargo, la producción de RP-1 requeriría el refinamiento de petróleo crudo y procesos de destilación fraccionada, los cuales no se pueden llevar a cabo directamente en Marte debido a la falta de una fuente de petróleo crudo.

Por otro lado, el oxígeno líquido (LOX) se puede obtener a partir del dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera marciana mediante un proceso llamado «separación de recursos in situ» (ISRU, por sus siglas en inglés). Este proceso implicaría la extracción y separación del CO2 de la atmósfera marciana y su posterior descomposición en oxígeno y monóxido de carbono (CO) mediante la electrólisis.

El proceso de ISRU para obtener ox

ígeno líquido en Marte implicaría los siguientes pasos generales:

1. Extracción de dióxido de carbono (CO2): Se necesitaría un sistema de extracción de CO2 para capturar el gas de la atmósfera y concentrarlo para su posterior procesamiento.
2. Purificación del CO2: Una vez capturado, el CO2 extraído requeriría un proceso de purificación para eliminar impurezas y otros componentes no deseados.
3. Electrólisis: El CO2 purificado se sometería a un proceso de electrólisis, que es la descomposición del CO2 mediante la aplicación de electricidad. Este proceso separaría las moléculas de CO2 en oxígeno (O2) y monóxido de carbono (CO).
4. Almacenamiento y enfriamiento: El oxígeno gaseoso resultante de la electrólisis se almacenaría y luego se enfriaría hasta alcanzar temperaturas muy bajas para convertirlo en oxígeno líquido (LOX), que es utilizado como combustible en cohetes.

¿Cómo se asegurarían de que cuando los astronautas lleguen a la superficie de Marte puedan encontrar el combustible suficiente para retornar?

Antes de enviar astronautas a Marte, sería necesario realizar misiones de exploración y análisis previas. Estas misiones podrían incluir el envío de sondas y vehículos no tripulados para analizar las características del planeta, incluyendo la disponibilidad de recursos como el CO2 necesario para producir oxígeno líquido.

Si se confirma la presencia de suficientes recursos para producir combustible en Marte, se podría establecer una infraestructura de producción en la superficie del planeta, lo que permitiría a los astronautas contar con el combustible necesario para el retorno. Esto implicaría el envío de equipos, maquinaria y tecnología necesaria para llevar a cabo los procesos de extracción y producción de combustible in situ.

Sin embargo, en caso de que los recursos en Marte no sean suficientes o no estén disponibles en cantidades adecuadas, se requeriría llevar los recursos necesarios desde la Tierra para asegurar el retorno de los astronautas. Esto supondría un desafío logístico adicional en términos de carga útil y planificación de la misión.