Por: Nelson Hernández
- Cada lanzamiento del
Super Heavy SpaceX tiene un consumo de 22 toneladas de GNL, equivalente a
la producción diaria de una planta de GNL con capacidad de 800 MPCD.
El
16 - 01- 25, SpaceX[1]
se anoto otro éxito (aunque la nave espacial Starship exploto), al capturar de
regreso, por 2da vez, del cohete Super Heavy SpaceX en la
torre de lanzamiento de la cual salió.
Toda
esta tecnología de punta, está basada en el uso de combustibles tradicionales para
darle potencia a los motores y poder así elevar el cohete. Sin embargo, ya se
menciona que el uso de estos combustibles es obsoleto, y se comienza a buscar
sustitutos como nuclear, el electromagnetismo, entre otros.
Pero
mientras llega ese cambio, hoy en día se utiliza la mezcla liquida kerosene –
oxigeno y la mezcla liquida metano – oxigeno (CH4 – O2).
- La
kerosina (RP-1), es un hidrocarburo líquido que se utiliza principalmente
como combustible para aviones a reacción, lámparas de queroseno,
calefacción y motores de cohetes.
- El
metano líquido (GNL o LNG), es el hidrocarburo más simple llevado a su
forma líquida mediante temperaturas
criogénicas (-260 °C). Tiene distintos usos, una vez regasificado. Pero en
los últimos años, ha comenzado a sustituir a la kerosina en el lanzamiento
de cohetes, sobre todo en la empresa SpaceX.
El
uso de la mezcla CH4 – O2, también conocida como Methalox ha sido seleccionada por SpaceX para sus motores Raptor por varias razones claves:
- Mayor
Eficiencia Específica: El metano
proporciona un impulso específico (Isp) más alto que el keroseno, lo que
significa que los motores pueden generar más empuje por unidad de
combustible. Esto es crucial para misiones espaciales que requieren alta
eficiencia y autonomía.
- Menor
Contaminación de Motores: La
combustión de metano no deja residuos sólidos, como hollín, en los
motores, lo que facilita la reutilización de los componentes y reduce la
necesidad de mantenimiento entre lanzamientos.
- Disponibilidad
de Recursos en Marte: Uno de los
objetivos a largo plazo de SpaceX es la colonización de Marte. El metano
puede ser producido en Marte mediante el proceso Sabatier[2],
utilizando dióxido de carbono (abundante en la atmósfera marciana) e
hidrógeno. Esto permitiría la producción de combustible in situ para
misiones de regreso.
- Temperaturas
Criogénicas: Tanto el metano
líquido como el oxígeno líquido requieren temperaturas criogénicas para su
almacenamiento, lo que simplifica el diseño del sistema de almacenamiento
y manejo de propulsores.
- Mayor
Densidad de Energía: El metano tiene
una mayor densidad de energía en comparación con el hidrógeno líquido,
otro combustible comúnmente usado en cohetes, lo que permite un
almacenamiento más compacto y eficiente de combustible.
En
resumen, SpaceX optó por la mezcla de metano-oxígeno para sus motores Raptor
debido a su mayor eficiencia específica, menor contaminación de motores,
potencial de producción de combustible en Marte y otros beneficios prácticos
que se alinean con sus objetivos a largo plazo de exploración espacial y
reutilización de cohetes.
Por
otra parte, desde el punto de vista económico, el CH4 – O2 el costo de producción
es más alto que el RP-1 debido a la necesidad de mantenerlo a temperaturas criogénicas;
Sin embargo, el costo de producir el RP-1 es tambien elevado por los procesos
de refinación. En el aspecto ambiental, el RP-1 es más contaminante que el
Methalox.
Aunque
el metano-oxígeno ofrece ventajas en términos de eficiencia y menor
contaminación, su costo y la complejidad de manejo pueden ser desafíos a vencer.
El
keroseno, por otro lado, es más fácil de manejar y almacenar, pero produce más
contaminación y tiene un rendimiento específico menor.
En
lo atinente a los volúmenes de las mezclas tenemos:
- Metano-oxígeno
(Motor Raptor)
- Proporción
de Mezcla: La proporción típica es de
aproximadamente 3.6:1 (78% de oxígeno líquido y 22% de metano).
- Volumen de
Combustible[3]:
El motor Raptor utiliza alrededor de 650
kg/s de flujo de masa, lo que equivale a aproximadamente 510 kg/s de oxígeno líquido y 140
kg/s de metano (equivale a 6.7
MPC/s de metano gaseoso).
- Keroseno (RP-1) - oxígeno (Motor Merlin)
- Proporción
de Mezcla: La proporción típica es de
aproximadamente 2.56:1 (72 % de oxigeno y 28 % de RP-1).
- Volumen de
Combustible: El motor Merlín utiliza
aproximadamente 340 kg/s de
flujo de masa, lo que equivale a aproximadamente 245 kg/s de oxigeno y 95
kg/s de RP-1.
Finalmente,
el Gas Natural Licuado (GNL) ha emergido como un combustible crucial en la
carrera espacial actual y del futuro. Su capacidad para proporcionar un impulso
específico más alto, junto con menores emisiones contaminantes y la posibilidad
de producción in situ en planetas como Marte, lo convierten en una opción ideal
para misiones espaciales avanzadas. Empresas pioneras como SpaceX están
liderando el camino hacia una nueva era de exploración espacial, donde la
eficiencia y la sostenibilidad van de la mano. A medida que la tecnología
continúa evolucionando, el GNL promete ser un pilar fundamental en la búsqueda
de destinos más lejanos y en el establecimiento de colonias fuera de la Tierra.
La Meta: Hacer que la especie humana sea
multiplanetaria.
[1] SpaceX, o
Space Exploration Technologies Corp., es una empresa estadounidense de
fabricación aeroespacial y transporte espacial fundada en 2002 por Elon Musk.
La empresa tiene su sede en el sitio de desarrollo Starbase cerca de
Brownsville, Texas. SpaceX es reconocida por sus innovaciones en propulsión de
cohetes y el desarrollo de sistemas de lanzamiento reutilizables, que han
reducido significativamente el costo de acceso al espacio.
[2] Reacción Sabatier: Es un proceso químico que convierte dióxido de carbono
(CO₂) e hidrógeno (H₂) en metano (CH₄) y agua (H₂O).
Aplicaciones en Misiones Espaciales:
· Colonización de Marte: La reacción de Sabatier es especialmente interesante para misiones a Marte, donde el CO₂ es abundante en la atmósfera marciana y el hidrógeno puede ser traído de la Tierra o producido localmente.
· Producción de Combustible In Situ: Permite la producción de metano y agua en el lugar, lo que reduce la necesidad de transportar grandes cantidades de combustible desde la Tierra.
[3] Los motores del Super Heavy
Booster de SpaceX generalmente se encienden durante aproximadamente 2.5
a 3 minutos antes de desprenderse de la Starship, con un consumo
estimado de 21 a 25 toneladas de GNL (equivale a la producción diaria de una planta
de GNL con capacidad de 800 MPCD). Durante este tiempo, los 33
motores Raptor del Super Heavy proporcionan el empuje necesario para elevar el
cohete y alcanzar una altitud de alrededor de 70 km antes de la separación.
