La oscilación Pogo es una vibración autoexcitada en los motores de cohetes de propulsante líquido causada por la inestabilidad de la combustión . [1] La combustión inestable da como resultado variaciones del empuje del motor , lo que provoca variaciones de aceleración en la estructura flexible del vehículo, que a su vez causan variaciones en la presión y el caudal del propulsante, cerrando el ciclo de autoexcitación. El nombre es una metáfora que compara la vibración longitudinal con el rebote de un palo de pogo . La oscilación Pogo ejerce tensión sobre el marco del vehículo, lo que en casos graves puede ser peligroso. [1]
El administrador asociado de la NASA para vuelos espaciales tripulados, George Mueller, explicó la oscilación pogo del Apolo 6 en una audiencia del Congreso:
El efecto Pogo surge fundamentalmente porque hay fluctuaciones de empuje en los motores. Esas son características normales de los motores. Todos los motores tienen lo que podríamos llamar ruido en su salida porque la combustión no es del todo uniforme, por lo que tenemos esta fluctuación en el empuje de la primera etapa como una característica normal de la combustión de todos los motores.
Ahora, a su vez, el motor se alimenta a través de un tubo que saca el combustible de los tanques y lo alimenta al motor. La longitud de ese tubo es algo así como la de un tubo de órgano, por lo que tiene una cierta frecuencia de resonancia propia y resulta que oscilará exactamente como lo hace un tubo de órgano.
La estructura del vehículo es muy parecida a la de un diapasón, de modo que si lo golpeas correctamente, oscilará hacia arriba y hacia abajo longitudinalmente. En un sentido general, es la interacción entre las distintas frecuencias lo que hace que el vehículo oscile. [2]
En general, la oscilación pogo ocurre cuando un aumento repentino de la presión en la cámara de combustión aumenta la contrapresión contra el combustible que entra al motor. Esto reduce el flujo de combustible y, por lo tanto, la presión en la cámara. La presión reducida en la cámara, a su vez, reduce la contrapresión en la bomba, lo que hace que entre más combustible y se repita el ciclo. De esta manera, un motor de cohete que experimenta oscilaciones pogo está funcionando conceptualmente de manera similar a un motor de detonación por pulsos o de chorro de pulsos . Si el ciclo de pulsos coincide con una frecuencia de resonancia del cohete, pueden ocurrir oscilaciones peligrosas a través de la retroalimentación positiva , que puede, en casos extremos, destrozar el vehículo. Otras situaciones que pueden inducir fluctuaciones en la presión del combustible incluyen la flexión de las tuberías de combustible. [3] [4]
La oscilación pogo afectó a la primera etapa del Titan II durante su desarrollo, lo que retrasó la habilitación para el vuelo tripulado del cohete para el programa Gemini . La primera etapa del Saturno V ( S-IC ) experimentó una grave oscilación pogo en el vuelo del Apolo 6, que dañó las etapas S-II y S-IVB que se encuentran por encima y probablemente habría provocado un aborto si el vuelo hubiera llevado tripulación. La segunda etapa ( S-II ) tuvo una oscilación pogo menos intensa en otros vuelos. Las oscilaciones durante el ascenso del Apolo 13 hicieron que el motor central se apagara unos dos minutos antes de lo previsto. La pérdida de empuje se compensó con quemas más prolongadas de la segunda y tercera etapas.
Si no se controla la oscilación, pueden producirse fallos. Un caso ocurrió en el motor J-2 central de la segunda etapa, S-II , de la misión lunar Apolo 13 en 1970. En este caso, el motor se apagó antes de que las oscilaciones pudieran causar daños al vehículo. [1] Los acontecimientos posteriores en esta misión (un tanque de oxígeno explotó dos días después) eclipsaron el problema del pogo. El pogo también se había experimentado en la primera etapa S-IC del vuelo de prueba no tripulado del Apolo 6 en 1968. [5] Uno de los vuelos de prueba del cohete N1-L3 de la Unión Soviética sufrió oscilaciones pogo en la primera etapa el 21 de febrero de 1969. El vehículo de lanzamiento alcanzó el corte inicial del motor, pero explotó 107 segundos después del despegue y se desintegró. [6] Hay otros casos durante lanzamientos no tripulados en los años 1950 y 1960 donde el efecto pogo causó fallas de lanzamiento catastróficas, como la primera nave espacial soviética a la luna Luna E-1 No.1 y Luna E-1 No.2 en septiembre y octubre de 1958. [7] : 440–446
Los métodos modernos de análisis de vibraciones pueden tener en cuenta la oscilación pogo para garantizar que se encuentre lejos de las frecuencias de resonancia del vehículo. Los métodos de supresión incluyen mecanismos de amortiguación o fuelles en las líneas de combustible. Los motores principales del transbordador espacial tenían un amortiguador en la línea LOX , [4] pero no en la línea de combustible de hidrógeno .
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