Un cohete de propulsor híbrido es un cohete con un motor cohete que utiliza propulsores de cohete en dos fases diferentes: una sólida y otra gaseosa o líquida . El concepto de cohete híbrido se remonta a principios de los años 30.
Los cohetes híbridos evitan algunas de las desventajas de los cohetes sólidos , como los peligros del manejo del propulsor, al tiempo que evitan algunas desventajas de los cohetes líquidos , como su complejidad mecánica. [1] Debido a que es difícil que el combustible y el oxidante se mezclen íntimamente (al ser diferentes estados de la materia), los cohetes híbridos tienden a fallar de manera más benigna que los líquidos o sólidos. Al igual que los motores de cohetes líquidos, los motores de cohetes híbridos se pueden apagar fácilmente y el empuje es regulable. El rendimiento teórico del impulso específico ( ) de los híbridos es generalmente mayor que el de los motores sólidos y menor que el de los motores líquidos. Se han medido hasta 400 s en un cohete híbrido que utiliza combustibles metalizados. [2] Los sistemas híbridos son más complejos que los sólidos, pero evitan riesgos importantes en la fabricación, envío y manipulación de motores de cohetes sólidos al almacenar el oxidante y el combustible por separado.
El primer trabajo sobre cohetes híbridos se realizó a principios de la década de 1930 en el Grupo Soviético para el Estudio del Movimiento Reactivo . Mikhail Klavdievich Tikhonravov , que más tarde supervisaría el diseño del Sputnik I y el programa Luna , fue responsable del primer lanzamiento de un cohete de propulsión híbrida, el GIRD-9, el 17 de agosto de 1933, que alcanzó una altitud de 400 metros (1300 pies). [3] [4] A finales de la década de 1930 en IG Farben en Alemania y simultáneamente en la California Rocket Society en los Estados Unidos. Leonid Andrussow , que trabaja en Alemania, teorizó sobre los cohetes propulsores híbridos. O. Lutz, W. Noeggerath y Andrussow probaron un motor de cohete híbrido de 10 kilonewtons (2200 lbf) utilizando carbón y N 2 O gaseoso como propulsores. Oberth también trabajó en un motor de cohete híbrido utilizando LOX como oxidante y grafito como combustible. El alto calor de sublimación del carbono impidió que estos motores de cohetes funcionaran de manera eficiente, ya que daba como resultado una velocidad de combustión insignificante. [5]
En la década de 1940, la Sociedad de Cohetes del Pacífico de California utilizó LOX en combinación con varios tipos de combustible diferentes, incluidos madera, cera y caucho. La más exitosa de estas pruebas fue con el combustible de caucho, que sigue siendo el combustible predominante en uso en la actualidad. En junio de 1951, un cohete LOX / goma voló a una altitud de 9 kilómetros (5,6 millas). [5]
En la década de 1950 se produjeron dos esfuerzos importantes. Uno de estos esfuerzos fue el de G. Moore y K. Berman en General Electric . El dúo utilizó un 90% de peróxido de alta prueba (HTP o H 2 O 2 ) y polietileno (PE) en un diseño de grano de varilla y tubo. Sacaron varias conclusiones importantes de su trabajo. El grano combustible tuvo una combustión uniforme. Las grietas del grano no afectaron la combustión, como ocurre con los motores de cohetes sólidos. No se observaron arranques bruscos (un arranque brusco es un pico de presión que se observa cerca del momento del encendido, típico de los motores de cohetes líquidos). La superficie del combustible actuaba como soporte de la llama, lo que favorecía una combustión estable. El oxidante se podía estrangular con una válvula y una alta relación entre oxidante y combustible ayudó a simplificar la combustión. Las observaciones negativas fueron bajas tasas de combustión y que la inestabilidad térmica del peróxido era problemática por razones de seguridad. Otro esfuerzo que se produjo en la década de 1950 fue el desarrollo de un híbrido inverso. En un motor de cohete híbrido estándar, el material sólido es el combustible. En un motor de cohete híbrido inverso, el oxidante es sólido. William Avery, del Laboratorio de Física Aplicada, utilizó combustible para aviones y nitrato de amonio , seleccionados por su bajo coste. Su relación O/F era 0,035, que era 200 veces menor que la relación utilizada por Moore y Berman. [5]
En 1953, la Pacific Rocket Society (fundada en 1943) estaba desarrollando el XDF-23, un cohete híbrido de 4 pulgadas (10 cm) × 72 pulgadas (180 cm), diseñado por Jim Nuding, utilizando LOX y un polímero de caucho llamado " Thiokol ". Ya habían probado otros combustibles en versiones anteriores, incluidos algodón, cera de parafina y madera. El nombre XDF proviene del " abeto de Douglas experimental " de una de las primeras unidades. [6]
En la década de 1960, las organizaciones europeas también comenzaron a trabajar en cohetes híbridos. ONERA , con sede en Francia, y Volvo Flygmotor , con sede en Suecia, desarrollaron cohetes de sondeo utilizando tecnología de motor de cohete híbrido. El grupo ONERA se centró en un motor de cohete hipergólico , utilizando ácido nítrico y un combustible de amina, desarrollando el cohete sonda LEX . [7] [8] [9] La compañía voló ocho cohetes: uno en abril de 1964, tres veces en junio de 1965 y cuatro veces en 1967. La altitud máxima que alcanzaron los vuelos fue de más de 100 kilómetros (62 millas). [5] El grupo Volvo Flygmotor también utilizó una combinación de propulsor hipergólico. También utilizaron ácido nítrico como oxidante, pero utilizaron Tagaform (polibutadieno con una amina aromática) como combustible. Su vuelo fue en 1969, elevando una carga útil de 20 kilogramos (44 libras) a 80 kilómetros (50 millas). [5]
Mientras tanto, en Estados Unidos, United Technologies Center (División de Sistemas Químicos) y Beech Aircraft estaban trabajando en un dron objetivo supersónico, conocido como Sandpiper. Utilizó MON-25 (mezcla de 25% NO , 75% N2O4 ) como oxidante y polimetilmetacrilato ( PMM ) y Mg como combustible. El dron voló seis veces en 1968, durante más de 300 segundos y a una altitud superior a 160 kilómetros (99 millas). La segunda iteración del cohete, conocida como HAST, tenía IRFNA -PB/ PMM como propulsor y podía estrangularse en un rango de 10/1. HAST podría transportar una carga útil más pesada que el Sandpiper. Otra iteración, que utilizó la misma combinación de propulsor que el HAST, fue desarrollada por la División de Sistemas Químicos y Teledyne Aircraft. El desarrollo de este programa terminó a mediados de la década de 1980. La División de Sistemas Químicos también trabajó en una combinación propulsora de litio y FLOx (mezcla de F 2 y O 2 ). Se trataba de un cohete hipergólico eficiente que se podía estrangular. El impulso específico de vacío fue de 380 segundos con una eficiencia de combustión del 93%. [5]
American Rocket Company (AMROC) desarrolló los cohetes híbridos más grandes jamás creados a finales de los años 1980 y principios de los 1990. La primera versión de su motor, disparada en el Laboratorio Phillips de la Fuerza Aérea , produjo 312.000 newtons (70.000 lbf) de empuje durante 70 segundos con una combinación propulsora de LOX y caucho de polibutadieno terminado en hidroxilo (HTPB). La segunda versión del motor, conocida como H-250F, produjo más de 1.000.000 de newtons (220.000 lbf) de empuje. [5]
Korey Kline de Environmental Aeroscience Corporation (eAc) disparó por primera vez un híbrido de caucho y oxígeno gaseoso en 1982 en Lucerne Dry Lake , California, después de conversaciones sobre la tecnología con Bill Wood, anteriormente con Westinghouse . [10] Kline y eAc realizaron con éxito las primeras pruebas híbridas de SpaceShipOne en Mojave, CA. [11]
En 1994, la Academia de la Fuerza Aérea de EE. UU. voló un cohete de sonda híbrido a una altitud de 5 kilómetros (3,1 millas). El cohete de 6,4 metros (21 pies) utilizó HTPB y LOX como propulsor, alcanzó un empuje máximo de 4.400 newtons (990 lbf) y tuvo una duración de empuje de 16 segundos. [5]
En su forma más simple, un cohete híbrido consta de un recipiente a presión (tanque) que contiene el oxidante líquido , la cámara de combustión que contiene el propulsor sólido y un dispositivo mecánico que los separa. Cuando se desea empuje, se introduce una fuente de ignición adecuada en la cámara de combustión y se abre la válvula. El oxidante líquido (o gas) fluye hacia la cámara de combustión donde se vaporiza y luego reacciona con el propulsor sólido. La combustión se produce en una llama de difusión de la capa límite adyacente a la superficie del propulsor sólido.
Generalmente, el propulsor líquido es el oxidante y el propulsor sólido es el combustible porque los oxidantes sólidos son extremadamente peligrosos y de menor rendimiento que los oxidantes líquidos. Además, el uso de un combustible sólido como el polibutadieno terminado en hidroxilo (HTPB) o cera de parafina permite la incorporación de aditivos de combustible de alta energía como aluminio, litio o hidruros metálicos .
La ecuación que rige la combustión de cohetes híbridos muestra que la tasa de regresión depende de la tasa de flujo másico del oxidante, lo que significa que la tasa a la que se quemará el combustible es proporcional a la cantidad de oxidante que fluye a través del puerto. Esto se diferencia de un motor de cohete sólido, en el que la tasa de regresión es proporcional a la presión de la cámara del motor. [5]
A medida que el motor arde, el aumento del diámetro del puerto de combustible da como resultado un mayor caudal másico de combustible. Este fenómeno hace que la relación oxidante-combustible (O/F) cambie durante la combustión. El aumento del caudal másico de combustible se puede compensar aumentando también el caudal másico del oxidante. Además de que la O/F varía en función del tiempo, también varía según la posición en el grano de combustible. Cuanto más cerca esté la posición de la parte superior del grano de combustible, mayor será la relación O/F. Dado que la O/F varía a lo largo del puerto, puede existir un punto llamado punto estequiométrico en algún punto a lo largo de la fibra. [5]
Los motores de cohetes híbridos exhiben algunas ventajas obvias y sutiles sobre los cohetes de combustible líquido y los cohetes de combustible sólido . A continuación se ofrece un breve resumen de algunos de ellos:
Los cohetes híbridos también presentan algunas desventajas en comparación con los cohetes líquidos y sólidos. Éstas incluyen:
En general, se ha completado mucho menos trabajo de desarrollo con híbridos que con líquidos o sólidos y es probable que algunas de estas desventajas puedan rectificarse mediante una mayor inversión en investigación y desarrollo .
Un problema en el diseño de grandes cohetes orbitales híbridos es que se necesitan turbobombas para lograr altos caudales y presurización del oxidante. Esta turbobomba debe estar impulsada por algo. En un cohete tradicional de propulsor líquido, la turbobomba utiliza el mismo combustible y oxidante que el cohete, ya que ambos son líquidos y pueden alimentarse al prequemador. Pero en un híbrido, el combustible es sólido y no puede alimentarse al motor de una turbobomba. Algunos híbridos utilizan un oxidante que también se puede utilizar como monopropulsor , como el peróxido de hidrógeno , por lo que una turbobomba puede funcionar solo con él. Sin embargo, el peróxido de hidrógeno es significativamente menos eficiente que el oxígeno líquido , que no puede usarse solo para hacer funcionar una turbobomba . Se necesitaría otro combustible, lo que requeriría su propio tanque y reduciría el rendimiento del cohete.
Un cohete híbrido inverso, que no es muy común, es aquel en el que el motor utiliza un oxidante sólido y un combustible líquido. Algunas opciones de combustible líquido son el queroseno , la hidracina y la LH2 . Los combustibles comunes para un motor de cohete híbrido típico incluyen polímeros como acrílicos , polietileno (PE), caucho reticulado , como HTPB , o combustibles licuados como la cera de parafina . El plexiglás era un combustible común, ya que la combustión podía verse a través de la cámara de combustión transparente. El caucho sintético de polibutadieno terminado en hidroxilo (HTPB) es actualmente el combustible más popular para motores de cohetes híbridos, debido a su energía y a su seguridad de manipulación. Se han realizado pruebas en las que se sumergió HTPB en oxígeno líquido y aún así no se volvió explosivo. Estos combustibles generalmente no son tan densos como los motores de cohetes sólidos, por lo que a menudo están dopados con aluminio para aumentar la densidad y, por tanto, el rendimiento del cohete. [5] : 404
Los granos de combustible híbrido para cohetes se pueden fabricar mediante técnicas de fundición, ya que normalmente son de plástico o caucho. Las geometrías complejas, impulsadas por la necesidad de mayores caudales másicos de combustible, hacen que la fundición de granos de combustible para cohetes híbridos sea costosa y requiera mucho tiempo debido en parte a los costos de los equipos. A mayor escala, los granos fundidos deben estar sostenidos por correas internas, de modo que grandes trozos de combustible no impacten o incluso bloqueen potencialmente la boquilla. Los defectos del grano también son un problema en los granos más grandes. Los combustibles tradicionales que se funden son el polibutadieno terminado en hidroxilo (HTPB) y las ceras de parafina. [13]
Actualmente se utiliza la fabricación aditiva para crear estructuras de grano que de otro modo no serían posibles de fabricar. Se ha demostrado que los puertos helicoidales aumentan las tasas de regresión del combustible y al mismo tiempo aumentan la eficiencia volumétrica. [14] Un ejemplo de material utilizado para un combustible para cohetes híbridos es el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). El material impreso también suele enriquecerse con aditivos para mejorar el rendimiento del cohete. [13] Un trabajo reciente en la Universidad de Tennessee Knoxville ha demostrado que, debido al aumento de la superficie, el uso de combustibles en polvo (es decir, grafito, carbón, aluminio) encerrados en una matriz de ABS impresa en 3D puede aumentar significativamente la tasa de consumo de combustible. y nivel de empuje en comparación con los granos de polímero tradicionales. [15] [16]
Los oxidantes comunes incluyen oxígeno gaseoso o líquido , óxido nitroso y peróxido de hidrógeno . Para un híbrido inverso, se utilizan oxidantes como oxígeno congelado y perclorato de amonio . [5] : 405–406
La vaporización adecuada del oxidante es importante para que el cohete funcione de manera eficiente. Una vaporización inadecuada puede provocar diferencias muy grandes en la tasa de regresión en el extremo de cabecera del motor en comparación con el extremo de popa. Un método consiste en utilizar un generador de gas caliente para calentar el oxidante en una cámara de precombustión. Otro método consiste en utilizar un oxidante que también puede utilizarse como monopropulsor. Un buen ejemplo es el peróxido de hidrógeno, que puede descomponerse catalíticamente sobre un lecho de plata en oxígeno caliente y vapor. Un tercer método consiste en inyectar en el flujo un propulsor que sea hipergólico con el oxidante. Parte del oxidante se descompondrá, calentando el resto del oxidante en el flujo. [5] : 406–407
Generalmente, los híbridos bien diseñados y construidos cuidadosamente son muy seguros. Los principales peligros asociados con los híbridos son:
Debido a que el combustible de un híbrido no contiene oxidante, no arderá explosivamente por sí solo. Por esta razón, los híbridos se clasifican como sin poder explosivo equivalente al TNT . Por el contrario, los cohetes sólidos suelen tener equivalencias de TNT similares en magnitud a la masa del grano propulsor. Los cohetes de combustible líquido suelen tener una equivalencia de TNT calculada en función de la cantidad de combustible y oxidante que, de manera realista, podrían combinarse íntimamente antes de encenderse explosivamente; A menudo se considera que esto representa entre el 10% y el 20% de la masa total del propulsor. En el caso de los híbridos, incluso llenar la cámara de combustión con oxidante antes del encendido generalmente no creará una explosión con el combustible sólido; la equivalencia explosiva a menudo se cita como 0%.
En 1998, SpaceDev adquirió toda la propiedad intelectual, los diseños y los resultados de las pruebas generados por más de 200 disparos de motores de cohetes híbridos realizados por la American Rocket Company durante sus ocho años de vida. SpaceShipOne , la primera nave espacial privada con tripulación, estaba propulsada por un motor de cohete híbrido de SpaceDev que quemaba HTPB con óxido nitroso . Sin embargo, el óxido nitroso fue la principal sustancia responsable de la explosión que mató a tres personas durante el desarrollo del sucesor de SpaceShipOne en Scaled Composites en 2007. [17] [18] El avión espacial suborbital comercial de seguimiento SpaceShipTwo de Virgin Galactic utiliza un motor híbrido.
SpaceDev estaba desarrollando el SpaceDev Streaker , un pequeño vehículo de lanzamiento prescindible, y el SpaceDev Dream Chaser , capaz de realizar vuelos espaciales tripulados tanto suborbitales como orbitales. Tanto el Streaker como el Dream Chaser utilizan motores de cohetes híbridos que queman óxido nitroso y caucho sintético HTPB . SpaceDev fue adquirida por Sierra Nevada Corporation en 2009, convirtiéndose en su división de Sistemas Espaciales, que continúa desarrollando Dream Chaser para el contrato de Desarrollo de Tripulación Comercial de la NASA . Sierra Nevada también desarrolló RocketMotorTwo , el motor híbrido para SpaceShipTwo . El 31 de octubre de 2014, cuando se perdió la SpaceShipTwo , las especulaciones iniciales sugirieron que su motor híbrido en realidad había explotado y matado a un piloto de pruebas e herido gravemente al otro. Sin embargo, los datos de la investigación ahora indican que un despliegue temprano del sistema de plumas SpaceShip-Two fue la causa de la rotura aerodinámica del vehículo. [19]
US Rockets [20] fabricó y desplegó híbridos utilizando óxido nitroso (N 2 O) autopresurizado y polibutadieno terminado en hidroxilo (HTPB), así como peróxido de alta prueba (HTP) y HTPB mixtos . Los híbridos de peróxido de alta prueba (H 2 O 2 ) 86% y (HTPB) y aluminio desarrollados por US Rockets produjeron un impulso específico (I sp ) a nivel del mar de 240, muy por encima de los 180 típicos de los híbridos N 2 O - HTPB. . Además de eso, eran autoencendidos, reiniciables y tenían una inestabilidad de combustión considerablemente menor, lo que los hacía adecuados para misiones frágiles o tripuladas como Bloodhound SSC, SpaceShipTwo o SpaceShipThree. La empresa había probado con éxito [21] e implementado versiones alimentadas por presión y por bomba de este último estilo HTP - HTPB . Los productos entregados hasta la fecha han oscilado entre 6 y 18 pulgadas de diámetro y se han desarrollado unidades de hasta 54 pulgadas de diámetro. El proveedor afirmó escalabilidad a más de 5 metros de diámetro con tasas de regresión cercanas a los sólidos, según la literatura distribuida en la reunión de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) de noviembre de 2013 para XS-1. US Rockets ya no fabrica cohetes a gran escala. [22] [ verificación fallida ]
Gilmour Space Technologies comenzó a probar motores de cohetes híbridos en 2015 con N 2 O y HP con mezclas de HDPE y HDPE + cera. Para 2016, las pruebas incluyen un motor de 5000 Lb HP/ PE . La empresa tiene previsto utilizar híbridos tanto para los cohetes de sondeo como para los orbitales.
Orbital Technologies Corporation (Orbitec) ha participado en algunas investigaciones financiadas por el gobierno de EE. UU. sobre cohetes híbridos, incluido el concepto "Vortex Hybrid". [23]
Environmental Aeroscience Corporation (eAc) [24] se constituyó en 1994 para desarrollar sistemas híbridos de propulsión de cohetes. Fue incluido en el concurso de diseño para el motor SpaceShipOne pero perdió el contrato ante SpaceDev. Environmental Aeroscience Corporation todavía suministró piezas a SpaceDev para el sistema de llenado, ventilación y descarga del oxidante. [25]
Rocket Lab vendía anteriormente cohetes de sondeo híbridos y tecnología relacionada.
La Reaction Research Society (RRS), aunque conocida principalmente por su trabajo con propulsión líquida de cohetes, tiene una larga historia de investigación y desarrollo con propulsión híbrida de cohetes.
Copenhagen Suborbitals , un grupo de cohetes danés, ha diseñado y probado varios híbridos utilizando N 2 O al principio y actualmente LOX . Su combustible es epoxi, parafina o poliuretano . [26] El grupo finalmente se alejó de los híbridos debido a las inestabilidades de empuje, y ahora utiliza un motor similar al del cohete V-2 .
TiSPACE es una empresa taiwanesa que está desarrollando una familia de cohetes de propulsor híbrido. [27]
bluShift Aerospace en Brunswick, Maine , ganó una subvención SBIR de la NASA para desarrollar un motor de cohete híbrido modular para su combustible patentado de origen biológico en junio de 2019. [28] Una vez completada la subvención, bluShift lanzó su primer cohete de sondeo utilizando esta tecnología. [29]
Se espera que Vaya Space, con sede en Cocoa, Florida, lance su cohete de combustible híbrido Dauntless en 2023. [30] [31]
Reaction Dynamics, con sede en Saint-Jean-sur-Richelieu, Quebec, comenzó a desarrollar un motor de cohete híbrido en 2017 capaz de producir 21,6 kN de empuje. Su cohete Aurora utilizará nueve motores en la primera etapa y un motor en la segunda etapa y será capaz de entregar una carga útil de 50 a 150 kg a LEO. [32] En mayo de 2022, Reaction Dynamics anunció que se asociaría con Maritime Launch Services para lanzar el cohete Aurora desde su sitio de lanzamiento actualmente en construcción en Canso, Nueva Escocia , comenzando con vuelos de prueba suborbitales en el verano de 2023 con un objetivo de 2024 para el primer lanzamiento orbital. [33]
Space Propulsion Group fue fundado en 1999 por Arif Karabeyoglu, Brian Cantwell y otros de la Universidad de Stanford para desarrollar combustibles híbridos licuados para cohetes con alta tasa de regresión. Han encendido con éxito motores de hasta 12,5 pulgadas de diámetro que producen 13.000 lbf. utilizando la tecnología y actualmente están desarrollando un diámetro de 24 pulgadas y 25,000 lbf. El motor se encenderá inicialmente en 2010. La Universidad de Stanford es la institución donde se desarrolló la teoría de la combustión de capa líquida para cohetes híbridos. El grupo SPaSE de Stanford está trabajando actualmente con el Centro de Investigación Ames de la NASA en el desarrollo del cohete sonda Peregrine que podrá alcanzar una altitud de 100 km. [34] Los desafíos de ingeniería incluyen varios tipos de inestabilidades de combustión. [35] Aunque el motor propuesto fue probado en 2013, el programa Peregrine finalmente cambió a un cohete sólido estándar para su debut en 2016.
La Universidad de Tennessee Knoxville ha llevado a cabo investigaciones sobre cohetes híbridos desde 1999, trabajando en colaboración con el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA y la industria privada. Este trabajo ha incluido la integración de una boquilla calorimétrica refrigerada por agua, uno de los primeros componentes de sección caliente impresos en 3D utilizados con éxito en un motor de cohete. [36] Otros trabajos en la universidad se han centrado en el uso de inyección de oxidante helicoidal, combustibles bioderivados [37] y combustibles en polvo encerrados en una matriz de ABS impresa en 3D , incluido el lanzamiento exitoso de un híbrido alimentado con carbón en el Copa América Espacial Puerto 2019. [15] [16]
En la Universidad Tecnológica de Delft , el equipo de estudiantes Delft Aerospace Rocket Engineering (DARE) participa muy activamente en el diseño y construcción de cohetes híbridos. En octubre de 2015, DARE batió el récord europeo de altitud estudiantil con el cohete sonda Stratos II+ . Stratos II+ fue propulsado por el motor cohete híbrido DHX-200, utilizando un oxidante de óxido nitroso y una mezcla de combustible de parafina, sorbitol y polvo de aluminio. El 26 de julio de 2018, DARE intentó lanzar el cohete híbrido Stratos III. Este cohete utilizó la misma combinación de combustible y oxidante que su predecesor, pero con un impulso aumentado de alrededor de 360 kN. [38] En el momento del desarrollo, este era el motor de cohete híbrido más potente jamás desarrollado por un equipo de estudiantes en términos de impulso total. Desafortunadamente, el vehículo Stratos III se perdió a los 20 segundos de vuelo. [39]
El Instituto de Tecnología de Florida ha probado y evaluado con éxito tecnologías híbridas con su Proyecto Panther. El equipo de estudiantes WARR [40] de la Universidad Técnica de Munich desarrolla motores y cohetes híbridos desde principios de los años 1970. Usar ácidos , oxígeno u óxido nitroso en combinación con polietileno o HTPB . El desarrollo incluye motores de banco de pruebas y versiones aerotransportadas, como el primer cohete híbrido alemán Barbarella . Actualmente están trabajando en un cohete híbrido con oxígeno líquido como oxidante, para batir el récord europeo de altura de los cohetes amateurs. También están trabajando con Rocket Crafters y probando sus cohetes híbridos.
El "Grupo de Propulsión de Cohetes" de la Universidad de Boston , [41] dirigido por estudiantes y que en el pasado sólo ha lanzado cohetes con motores sólidos, está intentando diseñar y construir un cohete sondeo híbrido de una sola etapa para lanzarlo al espacio suborbital en julio de 2015. [42 ]
La Universidad Brigham Young (BYU), la Universidad de Utah y la Universidad Estatal de Utah lanzaron un cohete diseñado por estudiantes llamado Unity IV en 1995 que quemaba el combustible sólido polibutadieno terminado en hidroxilo (HTPB) con un oxidante de oxígeno gaseoso , y en 2003 lo lanzaron. una versión más grande que quemaba HTPB con óxido nitroso .
El Equipo de Cohetes Híbridos de la Universidad de Brasilia (UnB) inició sus esfuerzos en 1999 dentro de la Facultad de Tecnología, convirtiéndose en la institución pionera en el hemisferio sur en trabajar con cohetes híbridos. Con el tiempo, el equipo ha logrado hitos notables, que incluyen la creación de varios cohetes sonoros y motores de cohetes híbridos. Actualmente, el equipo se conoce como Laboratorio de Propulsión Química (CPL) y está ubicado en el Campus UnB Gama. CPL ha logrado avances significativos en el avance de tecnologías críticas de motores híbridos. Esto incluye el desarrollo de un motor de cohete híbrido modular de 1 kN para la plataforma SARA, un innovador sistema de encendido de soplete de gas metano-oxígeno, un sistema eficiente de alimentación de oxidante, válvulas de control de flujo de precisión y mecanismos de control del vector de empuje diseñados para motores híbridos. Además, han logrado un gran avance con un motor de cohete híbrido refrigerado activamente impreso en 3D. Además, el Laboratorio participa activamente en diversas áreas de investigación y desarrollo, con proyectos actuales que abarcan la formulación de combustibles para motores híbridos utilizando cera de parafina y N2O, simulaciones numéricas, técnicas de optimización y diseño de cohetes. La CPL colabora ampliamente con agencias gubernamentales, inversores privados y otras instituciones educativas, incluidas FAPDF, FAPESP, CNPq y AEB. Un esfuerzo de colaboración notable incluye al Capital Rocket Team (CRT), un grupo de estudiantes de la UnB, que actualmente se asocian con CPL para desarrollar cohetes de sondeo híbridos. En un logro notable, CRT consiguió el primer puesto en el Desafío Espacial Latinoamericano (LASC) de 2022.
El "Proyecto Cohete en UCLA" de la Universidad de California en Los Ángeles, dirigido por estudiantes, lanza cohetes de propulsión híbrida utilizando óxido nitroso como oxidante y HTPB como combustible. Actualmente se encuentran en el proceso de desarrollo de su quinto motor de cohete híbrido construido por estudiantes. [43]
El "Equipo Aeroespacial de la Universidad de Toronto ", dirigido por estudiantes de la Universidad de Toronto, diseña y construye cohetes propulsados por motores híbridos. Actualmente están construyendo una nueva instalación de prueba de motores en el Instituto de Estudios Aeroespaciales de la Universidad de Toronto y están trabajando para batir el récord de altitud de los cohetes aficionados canadienses con su nuevo cohete, Defiance MKIII, actualmente bajo rigurosas pruebas. El motor del Defiance MK III, QUASAR, es un motor híbrido Nitroso - Parafina , capaz de producir 7 kN de empuje durante un período de 9 segundos. [ cita necesaria ]
En 2016, la Universidad DHA Suffa de Pakistán desarrolló con éxito [44] Raheel-1, motores de cohetes híbridos de clase 1 kN, utilizando cera de parafina y oxígeno líquido , convirtiéndose así en el primer programa de investigación de cohetes administrado por una universidad en el país. [45] En India , el Instituto de Tecnología Birla, el departamento de ingeniería espacial y cohetes de Mesra, ha estado trabajando en proyectos híbridos con diversos combustibles y oxidantes.
Pars Rocketry Group de la Universidad Técnica de Estambul ha diseñado y construido el primer motor de cohete híbrido de Turquía , el motor de cohete probado exhaustivamente en mayo de 2015. [46]
Un equipo con sede en el Reino Unido (laffin-gas) está utilizando cuatro cohetes híbridos de N 2 O en un coche estilo drag-racing. Cada cohete tiene un diámetro exterior de 150 mm y una longitud de 1,4 m. Utilizan un grano combustible de papel enrollado de alta densidad empapado en aceite de cocina. El suministro de N 2 O lo proporcionan acumuladores de pistón presurizados con nitrógeno que proporcionan una tasa de suministro mayor que el gas N 2 O solo y también amortiguan cualquier impacto inverso. [ cita necesaria ]
En Italia uno de los principales centros de investigación en cohetes propulsores híbridos es el CISAS (Centro de Estudios y Actividades Espaciales) "G. Colombo", de la Universidad de Padua . Las actividades cubren todas las etapas del desarrollo: desde el análisis teórico del proceso de combustión hasta la simulación numérica utilizando códigos CFD, pasando por la realización de pruebas en tierra de cohetes de pequeña y gran escala (hasta 20 kN, N 2 O - a base de parafina ). motores). Uno de estos motores voló con éxito en 2009. Desde 2014, el grupo de investigación se centra en el uso de peróxido de alta prueba como oxidante, en colaboración con "Technology for Propulsion and Innovation", una empresa derivada de la Universidad de Padua. [47]
En Taiwán , los desarrollos de sistemas de cohetes híbridos comenzaron en 2009 a través de proyectos de I+D de la NSPO con dos equipos universitarios. Ambos equipos emplearon un sistema propulsor de óxido nitroso / HTPB con diferentes esquemas de mejora. Hasta ahora, los equipos de NCKU y NCTU han lanzado con éxito varios cohetes híbridos, que alcanzaron altitudes de 10 a 20 km. Sus planes incluyen intentar un lanzamiento a una altitud de 100 a 200 km para probar nanosatélites y desarrollar capacidades de lanzamiento orbital para nanosatélites a largo plazo. Una prueba de combustión en caliente de un motor híbrido de flujo vórtico dual (DVF) de subescala de N2O / PE realizada en 2014 arrojó un Isp promedio de 280 segundos, lo que indica que el sistema ha alcanzado alrededor del 97% de eficiencia de combustión. [ cita necesaria ]
En (Alemania), el equipo de estudiantes de la Universidad de Stuttgart, HyEnd, posee actualmente el récord mundial del cohete híbrido de mayor vuelo construido por estudiantes con sus cohetes HEROS. [48]
El equipo aeroespacial de la TU Graz , Austria, también está desarrollando un cohete de propulsor híbrido. [49]
El equipo de estudiantes polacos PWr in Space de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Wrocław ha desarrollado tres cohetes híbridos: R2 "Setka", R3 "Dziewięćdziesiątka dziewiątka" y el más potente de todos, el R4 "Lynx", con una prueba exitosa en su banco de pruebas [ 50]
Muchas otras universidades, como la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle , la Universidad de Washington , la Universidad Purdue , la Universidad de Michigan en Ann Arbor, la Universidad de Arkansas en Little Rock , el Hendrix College , la Universidad de Illinois , la Universidad Estatal de Portland , la Universidad de KwaZulu-Natal , la Universidad Texas A&M , la Universidad de Aarhus , la Universidad Rice y la Universidad de Ciencia y Tecnología AGH tienen bancos de pruebas de motores híbridos que permiten a los estudiantes realizar investigaciones con cohetes híbridos. [ cita necesaria ]
Hay varios sistemas de motores de cohetes híbridos disponibles para uso de aficionados/aficionados en modelos de cohetes de alta potencia. Estos incluyen los populares sistemas HyperTek [51] y una serie de sistemas 'Urbanski-Colburn Valved' (U/C) como RATTWorks, [52] Contrail Rockets, [53] y Propulsion Polymers. [54] Todos estos sistemas utilizan óxido nitroso como oxidante y un combustible plástico (como el cloruro de polivinilo (PVC), polipropileno ) o un combustible a base de polímero como el HTPB . Esto reduce el costo por vuelo en comparación con los motores de cohetes sólidos, aunque generalmente se requiere más equipo de apoyo en tierra con los híbridos.
Un episodio del 26 de octubre de 2005 del programa de televisión MythBusters titulado " Confederate Rocket " [55] presentaba un motor de cohete híbrido que utilizaba óxido nitroso líquido y cera de parafina . El mito pretendía que durante la Guerra Civil estadounidense , el ejército confederado pudo construir un cohete de este tipo. El mito fue revisitado en un episodio posterior titulado Salami Rocket , utilizando salami seco ahuecado como combustible sólido.
En el episodio del 18 de febrero de 2007 de Top Gear , Richard Hammond y James May utilizaron un Reliant Robin en un intento de modificar un K-reg Robin normal en un transbordador espacial reutilizable . Steve Holland, un piloto profesional de aviones radiocontrolados , ayudó a Hammond a descubrir cómo aterrizar un Robin de forma segura. La nave fue construida por miembros de alto rango de la Asociación de Cohetes del Reino Unido (UKRA) y logró un lanzamiento exitoso, voló durante varios segundos en el aire y logró desechar con éxito los propulsores de cohetes de combustible sólido a tiempo. Este fue el cohete más grande lanzado por una organización no gubernamental en Europa. Utilizaba motores 6 × 40960 NSO de Contrail Rockets que daban un empuje máximo de 8 toneladas. Sin embargo, el automóvil no logró separarse del gran tanque de combustible externo debido a pernos explosivos defectuosos entre el Robin y el tanque externo, y posteriormente el Robin se estrelló contra el suelo y pareció haber explotado poco después. Esta explosión se agregó para lograr un efecto dramático, ya que ni los Reliant Robins ni los motores de cohetes híbridos explotan de la manera que se muestra.
