¿Cómo aterrizan los cohetes en la Tierra? La increíble tecnología involucrada

El océano es un cementerio de cohetes. Los escombros de miles de cohetes, satélites y lanzaderas quemados ensucian el fondo del océano. Reutilizar cohetes significa menos desperdicio, menos costo y la capacidad de regresar de un destino mucho más fácil.

Ver la tierra de una nave espacial y volver a despegar fácilmente es algo que hemos visto miles de veces en las películas. Ahora también lo vemos en la vida real. SpaceX ha lanzado y aterrizado con éxito más de 50 cohetes desde que comenzaron a intentarlo en 2015.

Entonces, ¿cómo pueden los cohetes aterrizar en la Tierra? Este artículo cubrirá la increíble tecnología que hay detrás de los cohetes reutilizables.

Los desafíos del aterrizaje de cohetes

Hay varios desafíos con el aterrizaje de cohetes, incluso cuando solo son parcialmente reutilizables.

• Combustible: Para escapar de la atmósfera de la Tierra, se requiere que un cohete alcance una increíble velocidad de 27.500 millas por hora, también conocida como velocidad de escape. Esto requiere una enorme cantidad de combustible. El combustible suele ser oxígeno líquido increíblemente caro. Para aterrizar un cohete con éxito, se necesita combustible de reserva.
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• Protección térmica: Para una verdadera reutilización, todo el cohete debe estar equipado con protección térmica, algo que generalmente se deja solo para la parte que caerá de regreso a la Tierra. Esto evita que partes del cohete se dañen o destruyan al volver a entrar en la atmósfera de la Tierra. Esto también es cierto para cohetes apuntados hacia Marte.
• Tren de aterrizaje: El cohete también requiere tren de aterrizaje. Esto debe hacerse lo más liviano posible mientras se mantiene la fuerza requerida para soportar el cohete masivo (el Falcon 9, uno de los cohetes de SpaceX, pesa 550 toneladas).
• Peso: Cuanto más pesada es una nave espacial, más combustible se necesita y más difícil será el reingreso. Los tanques de combustible vacíos agregan resistencia y peso al cohete, razón por la cual los tanques de combustible generalmente se dejan caer y se dejan quemar en la atmósfera. Además, la protección térmica y el tren de aterrizaje agregarán un peso significativo.

Como hemos mencionado, SpaceX ha logrado esta increíble hazaña muchas veces ahora. Entonces, ¿cuál es la increíble tecnología detrás de los cohetes reutilizables?

Impresión 3d

La impresión 3D es revolucionando industrias en todo el mundo, sin olvidar la tecnología detrás de los cohetes. De hecho, algunos cohetes ahora se imprimen casi en su totalidad en 3D.

Una ventaja de la impresión 3D es que los ingenieros pueden producir menos piezas en general. Las piezas impresas pueden ser mucho más complejas y no necesitan herramientas de fabricación únicas y costosas para cada pieza. Esto reduce el costo de construcción de cohetes y aumenta la eficiencia del proceso de fabricación.

Los tanques de combustible de impresión 3D significan que no necesita costuras en el metal, un punto débil típico que puede causar problemas en los cohetes. Otra gran ventaja de la impresión 3D es la capacidad de producir piezas ópticas a partir de materiales ligeros, lo que reduce el peso total de los cohetes.

Retropropulsión y orientación

Para que un cohete aterrice, el empuje retrógrado debe ser mayor que el peso del cohete. También necesita ser vectorizado, lo que significa que el empuje es direccional y puede usarse para estabilizar el descenso del cohete.

Para que la retropropulsión estabilice el cohete, debe tener información muy precisa sobre la posición, la altitud y el ángulo del cohete. Esto requiere sistemas de alta tecnología que proporcionen mediciones precisas en tiempo real con retroalimentación directa a los propulsores. Estos se denominan sistemas de control de reacciones (RCS).

Sistemas de control de reacciones

Un RCS proporciona pequeñas cantidades de empuje en varias direcciones para controlar la altitud y la rotación del cohete. Tenga en cuenta el hecho de que la rotación puede incluir balanceo, cabeceo y guiñada, y que el RCS tendrá que evitar todo esto simultáneamente y al mismo tiempo controlar el descenso del cohete.

El RCS utiliza varios propulsores colocados en una configuración óptima alrededor del cohete. El principal desafío con los propulsores es garantizar que se conserve el combustible.

Un ejemplo es el sistema de cohetes Merlin de SpaceX. Este es un conjunto de 10 motores separados controlados por un sistema de control de triple redundancia. Cada uno de los 10 motores tiene una unidad de procesamiento, y cada unidad de procesamiento utiliza tres computadoras que se monitorean constantemente entre sí para reducir drásticamente la posibilidad de errores.

El motor Merlin utiliza RP-1 (queroseno altamente refinado) y oxígeno líquido como propulsores. La versión más reciente del motor puede acelerar (controlando la cantidad de energía que usa) hasta el 39% de su empuje máximo, que es esencial para un control de alto nivel al aterrizar el cohete.

Aletas de rejilla

Las aletas de rejilla se utilizan para guiar cohetes reutilizables como el Falcon 9 a su posición de aterrizaje. Inventado en los años 50, las aletas de rejilla se han utilizado en varios misiles.

Las aletas de rejilla tienen la apariencia de trituradoras de papas que sobresalen en un ángulo perpendicular del cohete. Se utilizan porque permiten un alto nivel de control sobre el vuelo del cohete a velocidades hipersónicas y supersónicas. Por el contrario, las alas tradicionales provocan ondas de choque y aumentan la resistencia a estas velocidades mucho más altas.

Debido a que las aletas de rejilla permiten el flujo de aire a través de la aleta en sí, tiene mucho menos arrastre, mientras que el cohete se puede rotar o estabilizar girando o inclinando la aleta como un ala, pero de manera más eficiente.

Otra razón por la que se utilizan los finos de la red es que, con los cohetes reutilizables, técnicamente vuelan hacia atrás cuando aterrizan. Esto significa que los extremos delantero y trasero del cohete deben ser bastante similares para que puedan controlarse en cualquier dirección.

Tren de aterrizaje

Obviamente, un cohete reutilizable necesitará algún tipo de tren de aterrizaje. Estos deben ser lo suficientemente livianos como para no aumentar drásticamente la cantidad de combustible requerido para el vuelo y el reingreso, pero también lo suficientemente fuertes como para sostener el peso del cohete.

Actualmente, los cohetes SpaceX utilizan 4 patas de aterrizaje que se doblan contra el cuerpo del cohete durante el vuelo. Estos luego se despliegan usando la gravedad antes de aterrizar.

Pero, Elon Musk declaró en enero de 2021 que para el cohete más grande de SpaceX, el propulsor Super Heavy, apuntarían a "atrapar" el cohete usando el brazo de la torre de lanzamiento. Esto reducirá el peso del cohete porque ya no necesitará patas de aterrizaje.

Aterrizar en la torre de lanzamiento también significa que no será necesario transportar el cohete para su reutilización. En cambio, solo tendrá que reacondicionarse y alimentarse donde está.

Eso no es todo

Los cohetes han estado despegando y volando hacia el espacio durante décadas, pero hacer que regresen de manera segura a la Tierra para su reutilización ha requerido muchos avances tecnológicos.

No pudimos cubrir toda la asombrosa tecnología utilizada en los cohetes que pueden aterrizar en la Tierra, ¡pero esperamos que haya aprendido algo nuevo en este artículo! La tecnología de vuelos espaciales se está expandiendo rápidamente y es emocionante considerar lo que podría ser posible en unos pocos años.

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