Un motor de cohete criogénico es un motor de cohete que utiliza un combustible criogénico y un oxidante ; es decir, tanto su combustible como su oxidante son gases que han sido licuados y se almacenan a temperaturas muy bajas . [1] Estos motores altamente eficientes volaron por primera vez en el Atlas-Centaur estadounidense y fueron uno de los principales factores del éxito de la NASA al llegar a la Luna con el cohete Saturno V. [1]
Los motores de cohetes que queman combustible criogénico siguen utilizándose hoy en día en etapas superiores y propulsores de alto rendimiento . Las etapas superiores son numerosas. Entre los propulsores se incluyen el Ariane 5 de la ESA , el H-II de la JAXA , el GSLV y el LVM3 de la ISRO , el Delta IV y el Space Launch System de los Estados Unidos . Estados Unidos , Rusia , Japón , India , Francia y China son los únicos países que tienen motores de cohetes criogénicos operativos.
Los motores de cohetes necesitan caudales másicos elevados tanto de oxidante como de combustible para generar un empuje útil. El oxígeno, el oxidante más simple y más común, se encuentra en fase gaseosa a temperatura y presión estándar , al igual que el hidrógeno, el combustible más simple. Si bien es posible almacenar propulsores como gases presurizados, esto requeriría tanques grandes y pesados que dificultarían, si no imposibilitarían, el vuelo espacial orbital . Por otro lado, si los propulsores se enfrían lo suficiente, existen en fase líquida a mayor densidad y menor presión, lo que simplifica el almacenamiento en tanques. Estas temperaturas criogénicas varían según el propulsor, existiendo el oxígeno líquido por debajo de los -183 °C (-297,4 °F; 90,1 K) y el hidrógeno líquido por debajo de los -253 °C (-423,4 °F; 20,1 K). Dado que uno o más de los propulsores se encuentran en fase líquida, todos los motores de cohetes criogénicos son, por definición, motores de cohetes de propulsor líquido . [2]
Se han probado varias combinaciones de combustible criogénico y oxidante, pero la combinación de combustible de hidrógeno líquido ( LH2 ) y el oxidante de oxígeno líquido ( LOX ) es una de las más utilizadas. [1] [3] Ambos componentes están disponibles de forma fácil y económica, y cuando se queman tienen una de las liberaciones de entalpía más altas en la combustión , [4] produciendo un impulso específico de hasta 450 s a una velocidad de escape efectiva de 4,4 kilómetros por segundo (2,7 mi/s; Mach 13).
Los componentes principales de un motor de cohete criogénico son la cámara de combustión , el iniciador pirotécnico , el inyector de combustible, las turbobombas de combustible y oxidante , las válvulas criogénicas, los reguladores, los tanques de combustible y la tobera del motor de cohete . En términos de alimentación de propulsores a la cámara de combustión, los motores de cohete criogénicos se alimentan casi exclusivamente por bomba . Los motores alimentados por bomba funcionan en un ciclo de generador de gas , un ciclo de combustión por etapas o un ciclo de expansor . Los motores de generador de gas tienden a usarse en motores de refuerzo debido a su menor eficiencia, los motores de combustión por etapas pueden cumplir ambas funciones a costa de una mayor complejidad, y los motores de expansor se usan exclusivamente en etapas superiores debido a su bajo empuje. [ cita requerida ]
Actualmente, seis países han desarrollado y desplegado con éxito motores de cohetes criogénicos: