Motor de cohete criogénico

Un motor de cohete criogénico es un motor de cohete que utiliza combustible y oxidante criogénicos ; es decir, tanto su combustible como su oxidante son gases que han sido licuados y almacenados a temperaturas muy bajas . ^{[ 1 ]} Estos motores de alta eficiencia se probaron por primera vez en el Atlas-Centaur de EE. UU. y fueron uno de los principales factores del éxito de la NASA al llegar a la Luna con el cohete Saturno V. ^{[ 1 ]}

Los motores de cohete que utilizan propelentes criogénicos se siguen empleando hoy en día en etapas superiores y propulsores de alto rendimiento . Existen numerosos ejemplos de etapas superiores. Entre los propulsores se incluyen el Ariane 6 de la ESA , el GSLV y el LVM3 de la ISRO , el H-II de la JAXA y el Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA . Estados Unidos, Rusia, India, Japón, Francia y China son los únicos países que cuentan con motores de cohete criogénicos operativos.

Los motores de cohete necesitan caudales másicos elevados tanto de oxidante como de combustible para generar un empuje útil. El oxígeno, el oxidante más simple y común, se encuentra en fase gaseosa a temperatura y presión estándar , al igual que el hidrógeno, el combustible más simple. Si bien es posible almacenar propelentes como gases presurizados, esto requeriría tanques grandes y pesados ​​que dificultarían, si no imposibilitarían, el logro de vuelos espaciales orbitales . Por otro lado, si los propelentes se enfrían lo suficiente, existen en fase líquida a mayor densidad y menor presión, lo que simplifica el almacenamiento. Estas temperaturas criogénicas varían según el propelente: el oxígeno líquido se encuentra por debajo de -183 °C (-297,4 °F; 90,1 K) y el hidrógeno líquido por debajo de -253 °C (-423,4 °F; 20,1 K) . Dado que uno o más de los propelentes se encuentran en fase líquida, todos los motores de cohete criogénicos son, por definición, motores de cohete de propelente líquido . ^{[ 2 ]}      

Se han probado varias combinaciones criogénicas de combustible y oxidante, pero la combinación de hidrógeno líquido ( LH2 ) como combustible y oxígeno líquido ( LOX ) como oxidante es una de las más utilizadas. ^{[ 1 ] [ 3 ]} Ambos componentes son fáciles y económicos de conseguir y, al quemarse, tienen una de las mayores liberaciones de entalpía en la combustión , ^{[ 4 ]} produciendo un impulso específico de hasta 450  s a una velocidad de escape efectiva de 4,4 kilómetros por segundo (2,7 mi/s; Mach 13) .  

Los componentes principales de un motor de cohete criogénico son la cámara de combustión , el iniciador pirotécnico , el inyector de combustible, las turbobombas de combustible y oxidante , las válvulas criogénicas, los reguladores, los tanques de combustible y la tobera del motor del cohete . En cuanto a la alimentación de propelentes a la cámara de combustión, los motores de cohete criogénicos se alimentan casi exclusivamente mediante bombeo . Los motores alimentados por bombeo funcionan en un ciclo de generador de gas , un ciclo de combustión por etapas o un ciclo de expansión . Los motores de generador de gas tienden a usarse en motores de refuerzo debido a su menor eficiencia, los motores de combustión por etapas pueden cumplir ambas funciones a costa de una mayor complejidad, y los motores de expansión se usan exclusivamente en las etapas superiores debido a su bajo empuje.

Actualmente, seis países han desarrollado y desplegado con éxito motores de cohete criogénicos:

• Motor de cohete criogénico RL10B-2 de EE. UU.
• Motores de cohetes criogénicos rusos