Carga útil

La carga útil es el objeto o la entidad que transporta una aeronave o vehículo de lanzamiento . A veces, la carga útil también se refiere a la capacidad de carga de una aeronave o vehículo de lanzamiento, generalmente medida en términos de peso. Dependiendo de la naturaleza del vuelo o la misión, la carga útil de un vehículo puede incluir carga , pasajeros , tripulación , municiones , instrumentos o experimentos científicos u otro equipo. El combustible adicional, cuando se transporta opcionalmente, también se considera parte de la carga útil. ^{[ 1 ]}

En un contexto comercial (es decir, una aerolínea o transportista de carga aérea ), la carga útil puede referirse únicamente a la carga que genera ingresos o a los pasajeros que pagan. ^{[ 2 ]} Una carga útil de municiones transportada por un avión de combate a veces se denomina alternativamente carga de guerra del avión .

En el caso de un cohete, la carga útil puede ser un satélite , una sonda espacial o una nave espacial que transporte personas, animales o carga. En el caso de un misil balístico , la carga útil consiste en una o más ojivas y sistemas relacionados; su peso total se denomina peso de lanzamiento .

La fracción de carga útil con respecto al peso total de despegue de la aeronave o nave espacial se conoce como « fracción de carga útil ». Cuando se considera el peso de la carga útil y el combustible en conjunto, se conoce como « fracción de carga útil ». En las naves espaciales, normalmente se utiliza la «fracción de masa», que es la relación entre la carga útil y todo lo demás, incluida la estructura del cohete. ^{[ 3 ]}

Existe una relación de compromiso natural entre la carga útil y el alcance de una aeronave. Un diagrama de carga útil-alcance (también conocido como "diagrama de codo") ilustra esta relación.

La línea horizontal superior representa la carga útil máxima. Esta está limitada estructuralmente por el peso máximo sin combustible (MZFW) de la aeronave. La carga útil máxima es la diferencia entre el peso máximo sin combustible y el peso operativo en vacío (OEW). Al desplazarse de izquierda a derecha a lo largo de la línea, se observa que la carga útil máxima se mantiene constante a medida que aumenta el alcance. Para aumentar el alcance, es necesario añadir más combustible.

La línea vertical representa el rango en el que el peso combinado de la aeronave, la carga útil máxima y el combustible necesario alcanzan el peso máximo de despegue (MTOW) de la aeronave. Si el rango se incrementa más allá de ese punto, es necesario sacrificar carga útil en aras del combustible.

El peso máximo de despegue está limitado por la combinación de la potencia neta máxima de los motores y la relación sustentación/resistencia de las alas. La línea diagonal después del punto de alcance con carga útil máxima muestra cómo la reducción de la carga útil permite aumentar el combustible (y el alcance) al despegar con el peso máximo de despegue.

El segundo punto de inflexión en la curva representa el punto en el que se alcanza la capacidad máxima de combustible. Volar más allá de ese punto implica reducir aún más la carga útil, para un aumento aún menor del alcance. Por lo tanto, el alcance absoluto es el alcance al que una aeronave puede volar con la máxima cantidad de combustible posible sin transportar carga útil.

Ejemplos de capacidad de carga útil:

• de Havilland Mosquito B Mk.IV Serie 2: 920 kg (2030 lb) ^{[ 4 ]}  
• Boeing B-17 Flying Fortress : 1.800 kg (4.000 lb) (misiones típicas de largo alcance), 3.600 kg (7.900 lb) o más (misiones de corto alcance) ^{[ 5 ]}    
• Petlyakov Pe-8 4.990 kg (11.000 lb) (interno)  
• B-52H Stratofortress : 31.500 kg (69.400 lb) ^{[ 6 ]}  
• Antonov An-225 Mriya : 250.000 kg (550.000 libras)  
• Saturno V :
  • Carga útil a órbita terrestre baja : 140.000 kg (310.000 lb)  
  • Carga útil a órbita lunar: 47.000 kg (104.000 lb)  
• Transbordador espacial :
  • Carga útil a la órbita terrestre baja (sin contar el orbitador de servicio de 110.000 kg (240.000 lb) ) 27.000 kg (60.000 lb)    
  • Carga útil a órbita de transferencia geoestacionaria (sin contar el orbitador de servicio de 110 000 kg (240 000 lb) ) 3810 kg (8400 lb)    
• Trident (misil) : peso de lanzamiento de 2800 kg (6200 lb)  
• Vehículo de transferencia automatizado
  • Carga útil: ^{[ 7 ]} 7.667 kg (16.903 lb) 8 bastidores con 2 x 0,314 m ³ y 2 x 0,414 m ³  
  • Sobre: ​​cada uno de 1,146 m³ ^delante de 4 de estos 8 estantes
  • Masa de la carga: Carga seca: 1.500–5.500 kg (3.300–12.100 lb)  
  • Agua: 0 – 840 kg (1.850 lb)  
  • Gas (nitrógeno, oxígeno, aire, 2 gases/vuelo): 0 – 100 kg (220 lb)  
  • Propelente para el reabastecimiento de combustible de la ISS: 0 – 860 kg (1900 lb) ( 306 kg (675 lb) de combustible, 554 kg (1221 lb) de oxidante)      
  • Propulsor para el reimpulso y el control de actitud de la ISS: 0 - 4700 kg (10 400 lb)  
  • Capacidad total de carga: 7.667 kg (16.903 lb)  

En las aeronaves, el peso del combustible en los tanques de las alas no contribuye tanto al momento flector del ala como el peso en el fuselaje. Por lo tanto, incluso cuando el avión ha sido cargado con su carga útil máxima que las alas pueden soportar, aún puede transportar una cantidad considerable de combustible.

Los sistemas de lanzamiento y transporte difieren no solo en la carga útil que pueden transportar, sino también en las tensiones y otros factores a los que está sometida. La carga útil no solo debe ser elevada a su destino, sino que también debe llegar de forma segura, ya sea en cualquier otro lugar de la superficie de la Tierra o en una órbita específica. Para garantizar esto, la carga útil, como una ojiva o un satélite, está diseñada para soportar ciertos niveles de diversos tipos de "castigo" en el camino hacia su destino. La mayoría de las cargas útiles de los cohetes se colocan dentro de una cofia para protegerlas de la presión dinámica del viaje a alta velocidad a través de la atmósfera y para mejorar la aerodinámica general del vehículo de lanzamiento. La mayoría de las cargas útiles de las aeronaves se transportan dentro del fuselaje por razones similares. La carga de gran tamaño puede requerir un fuselaje con proporciones inusuales, como el Super Guppy .

Las diversas limitaciones impuestas al sistema de lanzamiento pueden clasificarse a grandes rasgos en aquellas que causan daños físicos a la carga útil y aquellas que pueden dañar su composición electrónica o química. Ejemplos de daños físicos incluyen aceleraciones extremas en escalas de tiempo cortas causadas por turbulencias u oscilaciones atmosféricas, aceleraciones extremas en escalas de tiempo más largas causadas por el empuje del cohete y la gravedad, y cambios repentinos en la magnitud o dirección de la aceleración causados ​​por la rapidez con que se reducen y apagan los motores, etc. Las cargas útiles eléctricas, químicas o biológicas pueden dañarse por temperaturas extremas (altas o bajas), cambios rápidos de temperatura o presión, contacto con corrientes de aire de rápido movimiento que causan ionización y exposición a la radiación de rayos cósmicos , el cinturón de van Allen o el viento solar .

• Vehículo de lanzamiento de carga pesada
• Vehículo de lanzamiento de carga media
• Masa parasitaria
• ecuación del cohete de Tsiolkovsky

• Shannon Ackert (abril de 2013). "Análisis de la relación carga útil-alcance de las aeronaves para financieros" (PDF) . Aircraft Monitor. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.
• «Uso de las tablas de carga útil/alcance y longitud de pista de despegue en las características de la aeronave para documentos de planificación aeroportuaria» (PDF) . Boeing Commercial Airplanes. 12 de febrero de 2014. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.