Presurización autógena

La presurización autógena es el uso de propulsor gaseoso autogenerado para presurizar propulsor líquido en cohetes . Los cohetes tradicionales de propulsor líquido se han presurizado con mayor frecuencia con otros gases, como el helio , lo que requiere transportar los tanques de presurización junto con el sistema de tuberías y control para su uso. La presurización autógena se ha utilizado operativamente en el Titan 34D , ^{[ 1 ]} el Transbordador Espacial , ^{[ 2 ]} el Sistema de Lanzamiento Espacial , ^{[ 3 ]} Starship , ^{[ 4 ]} Terran 1 , ^{[ 5 ]} y New Glenn . ^{[ 6 ]} Se planea utilizar la presurización autógena en el cohete Neutron de Rocket Lab . ^{[ 7 ]}

A medida que se vacía el propulsor del tanque, es necesario llenar el espacio vacío para mantener la presión en su interior. Esto se debe a dos razones: primero, los motores de cohete requieren una presión mínima de entrada para evitar la cavitación en sus turbobombas; y segundo, los cohetes suelen requerir que sus tanques estén presurizados para garantizar su resistencia estructural.

En la presurización autógena, una pequeña cantidad de propelente se calienta hasta que se convierte en gas. Ese gas se reintroduce en el tanque de propelente líquido del que se extrajo. Esto ayuda a mantener el propelente líquido a la presión necesaria para alimentar los motores de un cohete. ^{[ 8 ]} Esto se logra mediante generadores de gas en los sistemas de motores de un cohete : tomado de un generador de gas ; alimentado a través de un intercambiador de calor ; o mediante calentadores eléctricos. ^{[ 9 ]} La presurización autógena ya se utilizaba en el propulsor Titán en 1968 y se había probado con el motor RL10 , demostrando su idoneidad para los motores de la etapa superior . ^{[ 10 ]}

Tradicionalmente, la presurización de los tanques se ha realizado mediante un gas inerte a alta presión, como helio o nitrógeno . La presurización autógena se ha descrito como menos compleja y a la vez más compleja que el uso de helio o nitrógeno, pero ofrece ventajas significativas. La primera es para vuelos espaciales de larga duración y misiones interplanetarias, como el viaje y el aterrizaje en Marte . La eliminación de los gases inertes permite el encendido del motor en modo sin bombeo. Los mismos gases vaporizados pueden utilizarse para el control de actitud con uno o dos propelentes . La reutilización del oxidante y el combustible a bordo también reduce la contaminación de los combustibles por gases inertes. ^{[ 10 ]}

Los beneficios de la reducción de riesgos provienen de la disminución de la necesidad de recipientes de almacenamiento de alta presión y del aislamiento completo de los sistemas de combustible y oxidante, eliminando una posible vía de fallo a través del subsistema de presurización (por ejemplo, SpaceX CRS-7 ). Este sistema también aumenta la capacidad de carga útil al reducir el peso de los componentes y del propulsor, y al aumentar la presión de la cámara . ^{[ 10 ]}

Un riesgo importante de la presurización autógena es su propensión al colapso del espacio libre si el propulsor se agita . Si el gas del espacio libre se mezcla con el propulsor líquido, como ocurre durante las maniobras de la nave espacial, se enfriará y puede condensarse en líquido, provocando una pérdida repentina de presión. ^{[ 11 ]} Por lo tanto, la presurización autógena es adecuada para motores de propulsión que operarán bajo aceleración constante en una sola dirección, pero es difícil de usar cuando hay múltiples encendidos de motor separados por maniobras de gravedad cero.

Los motores RS-25 utilizaban presurización autógena para mantener la presión del combustible en el tanque externo del transbordador espacial . ^{[ 12 ]}