PREGUNTA SOBRE EL PORQUÉ DE LOS DESPEGUES VERTICALES

[Da_Vinci]

Gracias ducati.

Empezaré a hacer deporte, no sea que me rechacen por falta de físico.
(ahora tengo que convencer a esposa para poder irnos juntos)

saludos.

[migomez]

También en su momento se me ocurrió esa cuestión. ¿Por qué no despegamos apoyandonos en el aire (como los aviones) y cuando alcanzamos la altura posible con ayuda del aire y este deja de existir ponemos los propulsores en marcha para salir de la atmosfera al espacio?

Te voy a dar algunos datos que te aclararán la imposibilidad de hacerlo:

El Transbordador en orden de salida pesa 2000 Tm. El famoso Airbus 380, el avión mas grande construido hasta la fecha pesa 540 Tm.
La envergadura de alas del AIRBUS es de 80 m.¿Te imaginas las alas que habría que poner al transbordador que pesa en las salida 4 veces mas?¿que hacemos con esas alas una vez en el espacio?¿como las diseñamos para que en vez de a match 0,7 o 0,8 vaya 10 veces mas rápido? las alas se diseñan según la velocidad a la que va a ir el avión.
En el espacio el combustible (queroxeno) y el comburente (oxígeno) debemos llevarlo con nosotros. En el avión solo llevamos el combustible y por tanto nos ahorramos la mitad del peso a transportar.

Grosso modo así acabé explicándome el tema a mí mismo. Te sirve de algo a ti?

[HEAVYMETAL]

Da_Vinci, creo que ha llegado a una conclusión erronea. Si hay una limitación fisica.

Excelente explicación

[Da_Vinci]

migomez..., me has convencido

gracias

[Telescopio]

También en su momento se me ocurrió esa cuestión. ¿Por qué no despegamos apoyandonos en el aire (como los aviones) y cuando alcanzamos la altura posible con ayuda del aire y este deja de existir ponemos los propulsores en marcha para salir de la atmosfera al espacio?

Te voy a dar algunos datos que te aclararán la imposibilidad de hacerlo:

El Transbordador en orden de salida pesa 2000 Tm. El famoso Airbus 380, el avión mas grande construido hasta la fecha pesa 540 Tm.
La envergadura de alas del AIRBUS es de 80 m.¿Te imaginas las alas que habría que poner al transbordador que pesa en las salida 4 veces mas?¿que hacemos con esas alas una vez en el espacio?¿como las diseñamos para que en vez de a match 0,7 o 0,8 vaya 10 veces mas rápido? las alas se diseñan según la velocidad a la que va a ir el avión.
En el espacio el combustible (queroxeno) y el comburente (oxígeno) debemos llevarlo con nosotros. En el avión solo llevamos el combustible y por tanto nos ahorramos la mitad del peso a transportar...

Ojo, señores: la gran masa del transbordador o de cualquiera de los cohetes que actualmente se emplean para poner cargas en el espacio está directamente relacionada con la (baja) cantidad de energía que acumulan los actuales combustibles químicos (oxígeno + hidrógeno líquidos; queroseno + oxígeno líquido; monopropulsantes sólidos; sistemas mixtos, etc.). La razón de masas (cantidad de combustible+estructuras / carga útil) es muy alta.

Ahora bien, esto no tiene por qué ser siempre así: es un problema tecnológico. No hay ningún impedimento físico para que en el futuro seamos capaces de fabricar sistemas de propulsión muchísimo más eficientes y mucho más energéticos. Por ejemplo, podrían emplearse pequeñas cantidades de antipartículas (en concreto, positrones o antielectrones, antipartícula que evita muchos de los problemas derivados de la radiación resultante de la aniquilación de materia/antimateria) para inyectarlas en la cámara de combustión y hacerlas reaccionar con hidrógeno. El resultado: que con la misma cantidad de hidrógeno podrían conseguirse empujes muy energéticos variables (en función de la cantidad de antipartículas inyectadas), lo que resulta en razones de masa muy bajas.

Es perfectamente posible así imaginarse este escenario en el último tercio del siglo XXI: una aeronave del tamaño de un Shuttle o incluso mayor, aunque más estilizada, despega de un aeropuerto cualquiera y asciende de forma convencional empleando motores a reacción supersónicos. En un determinado momento, a gran altitud, sus motores pasan a un modo "espacial" (o bien dispone de un motor-cohete secundario) en el que el hidrógeno líquido es mezclado con antipartículas. La potentísima reacción catapulta al avión hasta el espacio y permite que decenas de personas o toneladas de carga sean puestas en órbita con un vehículo de una sola fase.

Pero para que este escenario (estudiado por diversos autores) pueda llegar a ser real, hay que investigar mucho todavía, sobre todo en temas como la producción de antimateria y almacenamiento, inyección y, sobre todo, resistencia mecánica y térmica de los motores-cohete (la temperatura alcanzada en la cámara de combustión sería altísima).

Así pues, estamos ante un problema tecnológico, pero no ante una imposibilidad física.

[HEAVYMETAL]

[Pero para que este escenario (estudiado por diversos autores) pueda llegar a ser real, hay que investigar mucho todavía, sobre todo en temas como la producción de antimateria y almacenamiento, inyección y, sobre todo, resistencia mecánica y térmica de los motores-cohete (la temperatura alcanzada en la cámara de combustión sería altísima).

Madre mía, ya me explicarás.... Fabricar antimateria???????$$$·$$"·&&/&%¡¡¡¡¡

ENLACE: http://www.genciencia.com/2006/03/06-atrapando-la-antimateria

SALUDOS Y BUENOS CIELOS¡¡¡

[migomez]

Alguién pregunta sobre el despegue vertical de los transbordadores interrogándose el por qué no lo hace suavemente como un avión. Le contesto sin formulismos lo que la intuición me dicta sobre el tema y sale poco menos que la ciencia-ficción a rebatir mis argumentos.
En primer lugar sé que la eficiencia energética de los motores actuales no es buena pero la mejor de las transformaciones actualmente conocidas y que somos capaces de controlar, reacciones de fisión nuclear, tampoco somos capaces de usarla en el espacio, lo hacemos en el mar (submarinos nucleares) pero no en el espacio. Sé que alguna sonda no tripulada lo ha hecho también en el espacio pero en el actual estado de la tecnología no es lo normal y desde luego nunca se ha utilizado en el despegue de los “cacharros” desde tierra.
Conocemos otra aun mas energética (Fusión nuclear), la sabemos utilizar para matar (bomba H), pero, hoy por hoy no somos capaces de utilizarla con fines pacíficos. No sabemos recluir y mantener controlada este tipo de reacción para usar su gran poder energético.
El tipo de energía provocada por la interacción materia-antimateria, aunque detectada actualmente en un acelerador de partículas de manera infinitesimal e instantanea, es poco mas que ciencia-ficción usada en novelas modernas para hacer volar el Vaticano y desde luego mucho mas lejos que las anteriores de ser usada en cohetes de propulsión de forma controlada.
Creo que en un tema como este debiamos saber conjugar ciencia y tecnología. La una sin la otra no nos permitiría ir al espacio hoy, ya, ahora, en este momento….el resto vale para STAR-TREK.

[Telescopio]

Alguién pregunta sobre el despegue vertical de los transbordadores interrogándose el por qué no lo hace suavemente como un avión. Le contesto sin formulismos lo que la intuición me dicta sobre el tema y sale poco menos que la ciencia-ficción a rebatir mis argumentos.

No entiendo a qué viene este pique, migomez.

Lo primero, no estoy rebatiendo ningún argumento que puedas dar, sino ampliando una información, pues de tu post parecía deducirse que era imposible que un "avión aeroespacial" pudiera llegar a existir. Y para ilustrar esa ampliación no he empleado ningún "texto de ciencia-ficción", sino una extrapolación basada en datos aportados por investigadores que están tratando de encontrar nuevas vías para reducir la razón de masas y aumentar la eficiencia energética de los actuales sistemas de propulsión. He optado por la antimateria por ser la reacción más enegética conocida, pero también podría haber hablado de los programas de estatoreactores de combustión hipersónica (ScramJets), aunque estos motores, si bien servirán para subir astronautas a la órbita terrestre, no podrán satelizar los cientos de toneladas necesarios para expandir las actividades humanas en el espacio.

Lo segundo, Tienes montones de páginas, tanto de la NASA como de centros de investigación y universidades, sobre las posibles aplicaciones de la antimateria a la propulsión espacial en un futuro. Recomiendo al respecto el documento de la NASA Comparison of Fusion/Antiproton Propulsion Systems for Interplanetary Travel en:

http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/1996/TM-107030.pdf

Una de las propuestas más estudiadas es la del motor de núcleo de tugseno y otra (mucho más avanzada) la de la propulsión en base a la fisión/fusion catalizada por antipartículas.

En primer lugar sé que la eficiencia energética de los motores actuales no es buena pero la mejor de las transformaciones actualmente conocidas y que somos capaces de controlar, reacciones de fisión nuclear, tampoco somos capaces de usarla en el espacio

¿Quién ha dicho que no podemos controlar las reacciones de fisión nuclear en el espacio? Lo que no controlamos del todo (todavía) es la fusión nuclear.

Ya en los años 50, 60 y primeros 70 se llevaron a cabo programas y experimentos con motores térmicos de fisión, del que el más avanzado era el programa NERVA para dotar de un motor térmico de fisión a las naves de una expedición marciana tripulada. En general, un motor térmico de fisión permite alcanzar un empuje específico dos veces mayor que los actuales motores criogénicos. Hay problemas derivados de la radiación y del peso del motor que tratan de soslayarse con diferentes diseños y alternativas (propuesta MITEE), pero estamos ante el caso típico de falta de respaldo político y económico a una tecnología perfectamente probada desde hace más de treinta años.

... lo hacemos en el mar (submarinos nucleares) pero no en el espacio. Sé que alguna sonda no tripulada lo ha hecho también en el espacio pero en el actual estado de la tecnología no es lo normal y desde luego nunca se ha utilizado en el despegue de los “cacharros” desde tierra.

Los submarinos, portaaviones y cruceros movidos por energía nuclear emplean reactores para generar energía eléctrica y no tiene que ver con la propulsión nuclear térmica. En cuanto a la tecnología empleada en diversas sondas espaciales es distinta, pues se trata de tecnología RTG o Radioisotope Thermoelectric Generators (Generadores Termoeléctricos de Radioisótopos), en los que el calor generado por la radiación del isótopo plutonio-238 es convertido en electricidad gracias a termoacopladores de germanio. El calor sobrante es radiado al espacio.

Así pues, los RTG no tienen nada que ver con los motores térmicos de fisión. Estos producen empuje y los RTG electricidad. En cuanto a lo que dices de que:

... Sé que alguna sonda no tripulada lo ha hecho también en el espacio pero en el actual estado de la tecnología no es lo normal...

Los RTG se emplean en todas las misiones más allá de la órbita de Marte, donde los paneles solares dejan de ser eficientes. Las sondas Piooner, Voyager, Galileo, Cassini, New Horizons... las usan pese a las propuestas de unos cuantos ecologistas ignorantes que desconcen cómo funcionan y en qué consisten.

En cuanto al despegue desde la Tierra de cohetes dotados de motores térmicos de fisión, de nuevo no hay ningún obstáculo técnico. No se hace por obvios motivos medioambientales. Sin embargo, sí que se ha estudiado (tanto por la NASA como por la Agencia Espacial Rusa) el empleo de estos motores atómicos como segunda o tercera fase de cohetes para satelizar cargas del orden de cientos de toneladas. Sin embargo, en general se considera que su uso más adecuado es como propulsión para naves interplanetarias.

Conocemos otra aun mas energética (Fusión nuclear), la sabemos utilizar para matar (bomba H), pero, hoy por hoy no somos capaces de utilizarla con fines pacíficos. No sabemos recluir y mantener controlada este tipo de reacción para usar su gran poder energético

¿Y eso quién lo ha dicho? En 1997 el reactor experimental europeo JET logró generar 16 MW de energía de fusión nuclear durante menos de un segundo empleando la reacción de deuterio-tritio. Ya sabemos cómo hacer una reacción de fusión controlada; ahora lo que resta (proyecto ITER, acrónimo de International Thermonuclear Experimental Reactor) es mejorar los procesos para conseguir una reacción autosostenible y probar todos los elementos necesarios para la construcción y funcionamiento de un reactor de fusión nuclear que serviría de demostración comercial. Pero no se espera que se disponga de reactores comerciales antes de (más o menos) treinta años.

El tipo de energía provocada por la interacción materia-antimateria, aunque detectada actualmente en un acelerador de partículas de manera infinitesimal e instantanea, es poco mas que ciencia-ficción usada en novelas modernas para hacer volar el Vaticano

Cualquier estudiante de física sabe que una bomba de antimateria es una solemne tontería que sólo sirve para generar radiación gamma. Para volar el Vaticano es mucho más barata y eficiente una bomba de fisión de un kilotón que puede construirse en un garaje, sin necesidad de robar antimateria en el CERN.

y desde luego mucho mas lejos que las anteriores de ser usada en cohetes de propulsión de forma controlada.

Ya a mediados de los 80 la RAND Corporation propuso un plan que en diez años permitiría realizar experimentos con pequeñas sondas espaciales propulsadas por antimateria. Los generadores de antimateria estarían diseñados para ser bastante más eficientes que los actuales aceleradores, que no están pensados para ese fin. Eso sí, sería carísimo.

Madre mía, ya me explicarás.... Fabricar antimateria???????$$$·$$"·&&/&%¡¡¡¡¡

La antimateria se "fabrica" de forma rutinaria en los aceleradores de partículas como el CERN europeo. El 4 de enero de 1996, los científicos del CERN anunciaron el éxito de haber obtenido en un proceso de experimentación, no uno, sino nueve antiátomos de hidrógeno.

Para almacenar las antipartículas se emplean las llamadas "trampas electro-magnéticas de Penning":


Trampa de Penning

Aunque el proceso es muy ineficiente, en un futuro no demasiado lejano mejorará la producción: actualmente, la producción mundial de antimateria (CERN, FERMILAB) es de entre 1 y 10 nanogramos por año, y se espera incrementar esa producción a entre 3 y 30 nanogramos por año entre los años 2015 y 2020 gracias a los nuevos aceleradores lineales superconductores. A este respecto, ver:

http://en.wikipedia.org/wiki/Antimatter

y también:

http://ad-startup.web.cern.ch/ad%2Dstartup/

De todas formas, repito, el problema es el coste. Unos pocos picogramos salen por cerca de 20 millones de euros, así que si se piensa emplear antipartículas en propulsión espacial habrá que diseñar "fábricas" bastante más eficientes. Dejo a un lado propuestas rompedoras como una reciente para aprovechar el efecto Casimir en la generación de grandes cantidades de antimateria; es un estudio puramente teórico. Pero los interesados pueden descargarse el documento en cuestión (Antimatter Production at a Potential Boundary ) disponible en:

http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/2001/ ... casimir%22

Creo que en un tema como este debiamos saber conjugar ciencia y tecnología. La una sin la otra no nos permitiría ir al espacio hoy, ya, ahora, en este momento….el resto vale para STAR-TREK.

Si vamos a limitarnos a hablar de lo que existe ya, ahora, en este momento... y consideramos todo lo demás ciencia-ficción, nuestros conceptos e ideas se quedarán anquilosados en una tecnología (la de los motores cohete de combustible líquido) cuyos principios fueron establecidos en los años 20 del pasado siglo. Por fortuna, la ciencia y la tecnología avanzan sin parar y nos permiten asomarnos mediante una extrapolación seria a un futuro posible (aunque no seguro). Menos mal que los ingenieros de la NASA, la ESA o la Agencia Espacial Federal Rusa, los investigadores militares y de centros de investigación de vanguardia no comparten tu punto de vista.

Y ahora, vamos a relajarnos, ¿vale?

[HEAVYMETAL]

Telescopio:



Con explicaciones así, me levantáis el ánimo de hacer Físicas poco a poco en la UNED...

... a lo mejor no te replicaba a tí, sino al enlace que yo he dejado..., pero vamos, lo mismo da que da lo mismo, gran aclaración la tuya.

SALUDOS Y BUENOS CIELOS¡¡¡

[ducati]

La potentísima reacción catapulta al avión hasta el espacio y permite que decenas de personas o toneladas de carga sean puestas en órbita con un vehículo de una sola fase.

Entedía que la pregunta de Da_Vinci es si se podría poner en orbita de forma SUAVE.

Creo que la "potentisima reacción" es la necesaria para alcanzar la velocidad de escape del campo gravitacinal y siempre va a ser algo "duro".

Yo sigo pensando que habrá que estar "cachas", si no es así mejor, pues a final del S XXI estaré hecho una "pasa" y si no es algo suavito... mejor me quedo en la tierra...