Un acelerador de ariete es un dispositivo para acelerar proyectiles o simplemente un solo proyectil a velocidades extremadamente altas utilizando ciclos de propulsión similares a los de un motor a reacción basados en procesos de combustión de ramjet o scramjet . Se cree que con esta tecnología es posible realizar lanzamientos espaciales sin cohetes .
Consiste en un tubo largo (barril) lleno de una mezcla de gases combustibles con un diafragma frangible en cada extremo para contener los gases. El proyectil se dispara con otro medio (p. ej., un cañón de gas ligero o un cañón de riel ) de forma supersónica a través de la primera membrana hacia el interior del tubo. Luego, el proyectil quema los gases como combustible, porque tiene la forma de un núcleo de estatorreactor o scramjet, y acelera con propulsión a chorro. Otras físicas entran en juego a velocidades más altas.
En un ramjet normal, el aire se comprime entre un cuerpo central en forma de púa y una cubierta exterior, se añade y quema combustible, y los gases de escape a alta velocidad se expanden supersónicamente fuera de la boquilla 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 arma convencional) hacia el cañón del acelerador, provocando 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. El diferencial de presión resultante genera una cantidad prodigiosa de empuje que puede acelerar proyectiles a números de Mach en el tubo superiores a 8. Por lo tanto, si el propulsor se mezcla con una velocidad del sonido de 1000 m/s (por ejemplo, mezclas de H 2 -O 2 ricas en combustible ), son posibles velocidades de salida superiores a 8000 m/s.
Para abarcar una amplia gama en un sistema de acelerador de ariete típico, se utilizan múltiples etapas con propulsores con diferentes velocidades de sonido para mantener un alto rendimiento. Para aislar las etapas propulsoras se utilizan membranas o diafragmas que son fácilmente perforados por el proyectil. Cada sección se llena con una mezcla diferente de combustible y aire elegida para que las secciones posteriores tengan velocidades de sonido más altas. Como tal, el ariete se puede mantener a velocidades óptimas de Mach 3 a 5 (en relación con la mezcla por la que viaja) durante todo su período de aceleración. Los aceleradores Ram optimizados para utilizar modos de combustión supersónica pueden generar velocidades aún más altas (Mach 6-8) debido a la capacidad de quemar combustible que todavía se mueve a velocidad supersónica.
Los proyectiles Scramjet se probaron en el Proyecto HARP en la década de 1960. [ cita necesaria ]
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 del encendido de la carga. A medida que el proyectil avanza hacia abajo en el cañón, la cantidad de aceleración sobre el proyectil disminuye a medida que el gas detrás de él se expande, alcanzando eventualmente cantidades tan triviales que ya no se justifica 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 lleva a que se ejerza una presión constante tanto sobre el arma como sobre el propio proyectil. En consecuencia, es posible conseguir cañones mucho más largos que los de las armas convencionales y, al mismo tiempo, ofrecer una fuerte aceleración constante al proyectil.
Los aceleradores Ram se han propuesto como un método económico para llevar cargas útiles al espacio. Los proyectiles lanzados impulsivamente 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 , normalmente se incorporan a los proyectiles. Con proyectiles de cohetes de múltiples etapas, el costo de lanzamiento se estimó en 500 dólares estadounidenses por kilogramo en 2004. [ cita necesaria ]
La tecnología del acelerador Ram también se ha concebido para aplicaciones militares, como capacidades de ataque e interceptación de alcance ultralargo contra amenazas estacionarias y en movimiento. El hecho de que el proyectil acelere y viaje a velocidades muy altas lo convierte en una alternativa perfecta a la guerra antibuque , dándole capacidad para evadir los sistemas de defensa. Sólo sistemas como los cañones de riel podrían tener capacidades tan sorprendentes contra amenazas de alerta máxima. Estos proyectiles podrían incluso integrarse en los propios cañones de riel para permitir una aceleración aún mayor a un costo y una eficacia más económicos 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 paredes laterales múltiples (JVL), cañones de riel y cañones de bobina .
Los aceleradores Ram se utilizan actualmente principalmente para la investigación de la combustión supersónica. El arma de ciencia ficción del cañón scram se inspiró en los aceleradores de ariete.