Un acelerador de ariete es un dispositivo que acelera proyectiles o un único proyectil a velocidades extremadamente altas utilizando ciclos de propulsión similares a los de los motores a reacción basados en procesos de combustión de estatorreactores o estatorreactores . Se cree que es posible lograr un lanzamiento espacial sin cohetes con esta tecnología.
Consiste en un tubo largo (cañón) lleno de una mezcla de gases combustibles con un diafragma frangible en cada extremo para contener los gases. El proyectil se dispara por otro medio (por ejemplo, un cañón de gas ligero o un cañón de riel ) de forma supersónica a través del primer diafragma hacia el tubo. Luego, el proyectil quema los gases como combustible, porque tiene forma de núcleo de estatorreactor o estatorreactor de combustión supersónica, y acelera bajo la propulsión a chorro. Otras leyes físicas entran en juego a velocidades más altas.
En un estatorreactor normal, el aire se comprime entre un cuerpo central en forma de espiga y una cubierta exterior, se añade y quema combustible, y los gases de escape a alta velocidad se expanden supersónicamente fuera de la tobera para generar empuje. En un acelerador de ariete, se dispara un proyectil que tiene una forma similar al cuerpo central del estatorreactor (a menudo desde un cañón convencional) hacia el cañón del acelerador, lo que provoca una compresión entre el proyectil y las paredes del cañón. El cañón contiene una mezcla gaseosa de combustible y aire premezclada. A medida que el proyectil del acelerador de ariete comprime la mezcla de combustible y aire, se enciende y la combustión se estabiliza en la base del proyectil. La diferencia de presión resultante genera una cantidad prodigiosa de empuje que puede acelerar los proyectiles a números de Mach en el tubo superiores a 8. Por lo tanto, si se utilizan mezclas de propulsantes con una velocidad del sonido de 1000 m/s (por ejemplo, mezclas de H2-O2 ricas en combustible ) , son posibles velocidades iniciales superiores a 8000 m/s.
Para abarcar un amplio rango en un sistema típico de acelerador de ariete, se utilizan múltiples etapas con propulsores con diferentes velocidades de sonido para mantener un alto rendimiento. Se utilizan membranas o diafragmas que son fácilmente perforados por el proyectil para aislar las etapas de propulsor. Cada sección se llena con una mezcla de aire y combustible diferente elegida para que las secciones posteriores tengan velocidades de sonido más altas. De esta manera, el ariete se puede mantener a velocidades óptimas de Mach 3-5 (en relación con la mezcla por la que viaja) durante todo su período de aceleración. Los aceleradores de ariete optimizados para usar modos de combustión supersónica pueden generar velocidades incluso más altas (Mach 6-8) debido a la capacidad de quemar combustible que aún se mueve a velocidad supersónica.
Los proyectiles Scramjet fueron probados en el Proyecto HARP en la década de 1960. [ cita requerida ]
La principal ventaja de un acelerador de ariete sobre un arma convencional es su escalabilidad. En un arma normal, la presión máxima se ejerce en el momento de la ignición de la carga. A medida que el proyectil se desplaza más abajo en el cañón, la cantidad de aceleración sobre el proyectil disminuye a medida que el gas detrás de él se expande, alcanzando finalmente cantidades lo suficientemente triviales como para que ya no se justifique un cañón más largo . Con un acelerador de ariete, el proyectil es propulsado principalmente por la presión generada por la reacción de los gases propulsores que se queman justo detrás del proyectil. Esto hace que se ejerza una presión constante tanto sobre el arma como sobre el propio proyectil. En consecuencia, son posibles cañones mucho más largos que los de las armas convencionales, al tiempo que se proporciona una aceleración constante y fuerte al proyectil.
Los aceleradores de ariete se han propuesto como un método barato para llevar cargas útiles al espacio. Los proyectiles lanzados por impulso necesitan algún medio para circularizar su trayectoria para su inserción en órbita, por lo que los cohetes , como los diseñados en la década de 1960 en el Proyecto HARP , suelen incorporarse a los proyectiles. En el caso de los proyectiles cohete de varias etapas, el coste de lanzamiento se estimó en 500 dólares estadounidenses por kilogramo en 2004. [ cita requerida ]
La tecnología de aceleradores de ariete también se ha previsto para aplicaciones militares, como capacidades de ataque e interceptación de alcance ultralargo contra amenazas estacionarias y en movimiento. El hecho de que el proyectil se acelere y viaje a velocidades muy altas lo convierte en una alternativa perfecta para la guerra antibuque , lo que le otorga la capacidad de evadir los sistemas de defensa. Solo sistemas como los cañones de riel podrían tener tales capacidades de ataque contra amenazas de alta alerta. Dichos proyectiles podrían incluso integrarse en los propios cañones de riel para permitir una aceleración aún mayor a un costo más económico y una mayor eficacia contra una amplia variedad de objetivos.
Las tecnologías relacionadas con un acelerador de ariete para aplicaciones de lanzamiento espacial directo son: cañones de gas de dos etapas ( SHARP ), cañones de gas de inyección de pared lateral múltiple (JVL), cañones de riel y cañones de bobina .
Los aceleradores de ariete se utilizan actualmente principalmente para la investigación de la combustión supersónica. El cañón de estallido, un arma de ciencia ficción, se inspiró en los aceleradores de ariete.