En ingeniería aeroespacial , la fracción de masa del propulsor es la porción de la masa de un vehículo que no llega a su destino, normalmente utilizada como medida del rendimiento del vehículo. En otras palabras, la fracción de masa del propulsor es la relación entre la masa del propulsor y la masa inicial del vehículo. En una nave espacial, el destino suele ser una órbita, mientras que en el caso de un avión es el lugar de aterrizaje. Una fracción de masa más alta representa menos peso en un diseño. Otra medida relacionada es la fracción de carga útil , que es la fracción del peso inicial que es carga útil. Puede aplicarse a un vehículo, a una etapa de un vehículo o a un sistema de propulsión de cohete.
La fracción de masa del propulsor viene dada por:
En los cohetes para una órbita objetivo determinada , la fracción de masa de un cohete es la porción de la masa previa al lanzamiento del cohete (completamente alimentada) que no alcanza la órbita. La fracción de masa del propulsor es la relación entre el propulsor y la masa total del vehículo en el momento del despegue (propulsor más masa seca). En los casos de un vehículo de etapa única a órbita (SSTO) o un vehículo suborbital, la fracción de masa es igual a la fracción de masa del propulsor, que es simplemente la masa de combustible dividida por la masa de la nave espacial completa. Un cohete que emplea puesta en escena , que son los únicos diseños que han alcanzado la órbita, tiene una fracción de masa mayor que la fracción de masa del propulsor porque partes del cohete se dejan caer en el camino. Las fracciones de masa del propulsor suelen estar entre 0,8 y 0,9.
En los aviones, la fracción de masa está relacionada con el alcance, un avión con una fracción de masa mayor puede llegar más lejos. Las fracciones de masa de las aeronaves suelen rondar el 0,5.
Cuando se aplica a un cohete en su conjunto, es deseable una fracción de masa baja, ya que indica una mayor capacidad del cohete para entregar carga útil a la órbita con una cantidad determinada de combustible. Por el contrario, cuando se aplica a una sola etapa, donde el cálculo de la fracción de masa del propulsor no incluye la carga útil, una fracción de masa del propulsor más alta corresponde a un diseño más eficiente, ya que hay menos masa no propulsora. Sin el beneficio de la puesta en escena, los diseños SSTO generalmente se diseñan para fracciones de masa de alrededor de 0,9. La puesta en escena aumenta la fracción de carga útil , que es una de las razones por las que los SSTO parecen difíciles de construir.
Por ejemplo, el sistema completo del transbordador espacial tiene: [1]
Dados estos números, la fracción de masa del propulsor es .
La fracción de masa juega un papel importante en la ecuación del cohete :
Donde es la relación entre la masa final y la masa inicial (es decir, uno menos la fracción de masa), es el cambio en la velocidad del vehículo como resultado del consumo de combustible y es la velocidad efectiva de escape (ver más abajo).
El término velocidad de escape efectiva se define como:
donde I sp es el impulso específico del combustible en segundos y g n es la aceleración estándar de la gravedad (tenga en cuenta que esta no es la aceleración de la gravedad local).
Realizar un aterrizaje motorizado desde una órbita en un cuerpo celeste sin atmósfera requiere la misma reducción de masa que alcanzar la órbita desde su superficie, si la velocidad a la que se alcanza la superficie es cero.
![{\displaystyle {\begin{aligned}\zeta &={\frac {m_{\text{p}}}{m_{0}}}\\[3pt]&={\frac {m_{0}-m_ {\text{f}}}{m_{0}}}={\frac {m_{\text{p}}}{m_{\text{p}}+m_{\text{f}}}}\ \&=1-{\frac {m_{\text{f}}}{m_{0}}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/036e30f42f6419ec1333cd349afe698f6cf5588d)
