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 comburente 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 de EE. UU. 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 propulsores criogénicos siguen utilizándose hoy en día en etapas superiores y propulsores de alto rendimiento . Las etapas superiores son numerosas. Los impulsores incluyen el Ariane 5 de la ESA , el H-II de JAXA , el GSLV de ISRO , el LVM3 , el Delta IV de Estados Unidos y el Space Launch System . Estados Unidos , Rusia , Japón , India , Francia y China son los únicos países que tienen motores de cohetes criogénicos operativos.
Los motores de cohetes necesitan altos caudales másicos de oxidante y combustible para generar un empuje útil. El oxígeno, el oxidante más simple y 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 harían que lograr vuelos espaciales orbitales fuera difícil, si no imposible. Por otro lado, si los propulsores se enfrían lo suficiente, existen en la fase líquida a mayor densidad y menor presión, lo que simplifica el almacenamiento. Estas temperaturas criogénicas varían según el propulsor, existiendo oxígeno líquido por debajo de -183 °C (-297,4 °F; 90,1 K) y hidrógeno líquido por debajo de -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 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 millas/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 boquilla del motor de cohete . En términos de alimentación de propulsores a la cámara de combustión, los motores de cohetes 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 expansión . Los motores generadores de gas tienden a usarse en motores propulsores debido a su menor eficiencia, los motores de combustión por etapas pueden cumplir ambas funciones a costa de una mayor complejidad, y los motores expansores se usan exclusivamente en etapas superiores debido a su bajo empuje. [ cita necesaria ]
Actualmente, seis países han desarrollado y desplegado con éxito motores de cohetes criogénicos: