Los nuevos desarrollos sobre un concepto de casi un siglo de antigüedad para un motor de cohete «autocombustible» capaz de volar más allá de la atmósfera terrestre podrían ayudar al Reino Unido a aprovechar más la industria espacial.
Ingenieros de la Universidad de Glasgow han construido y puesto en funcionamiento el primer motor de cohete autofago sin soporte que consume partes de su propio cuerpo como combustible. El diseño del motor autofágico (el nombre proviene de la palabra latina que significa «autocomido») tiene varias ventajas potenciales sobre los diseños de cohetes convencionales.
El motor funciona utilizando el calor residual de la combustión para derretir secuencialmente su propio fuselaje de plástico mientras se dispara. El plástico fundido se introduce en la cámara de combustión del motor como combustible adicional para quemarse junto con sus propulsores líquidos habituales.
Esto significa que un vehículo autofágico requeriría menos propulsor en los tanques a bordo y la masa liberada podría asignarse a la carga útil. El consumo del fuselaje también podría ayudar a evitar que se agrave el problema de los desechos espaciales, desechos desechados que orbitan alrededor de la Tierra y que podrían obstaculizar futuras misiones.
En general, una mayor eficiencia podría ayudar a los cohetes autofágicos a llevar una mayor carga útil al espacio en comparación con un cohete convencional de la misma masa. Podrían, por ejemplo, llevar diminutos «nanosatélites» al espacio directamente sin tener que compartir espacio en cohetes más caros con combustible convencional.
El concepto de motor de cohete autónomo se propuso y patentó por primera vez en 1938. Sin embargo, ningún diseño de motor autofágico se disparó de manera controlada hasta que una asociación de investigación entre la Universidad de Glasgow y la Universidad Nacional de Dnipro en Ucrania logró este hito en 2018.
Ahora los ingenieros de Glasgow han demostrado que se pueden utilizar propulsores líquidos más energéticos y que el fuselaje de plástico puede soportar las fuerzas necesarias para alimentarlo al motor sin pandearse. Estos son pasos esenciales para desarrollar un concepto de vuelo viable.
El artículo del equipo, titulado «Investigación de los parámetros operativos y el rendimiento de un sistema de propulsión de cohetes híbrido y autofágico», se presentó en el Foro SciTech de la AIAA el miércoles 10 de enero en Orlando, Florida.
En el artículo, el equipo describe cómo probaron con éxito su motor autofago Ouroborous-3, produciendo 100 newtons de empuje en una serie de experimentos controlados. Las pruebas de fuego se llevaron a cabo en las instalaciones de MachLab en la base aérea de Machrihanish.
El Ouroborous-3 utiliza tubos de plástico de polietileno de alta densidad como fuente de combustible autofágico, quemándolos junto con los principales propulsores del cohete: una mezcla de oxígeno gaseoso y propano líquido.
Las pruebas demostraron que el Ourobourous-3 es capaz de realizar una combustión estable (un requisito clave para cualquier motor de cohete) durante toda la etapa de autofagia, y que el fuselaje de plástico suministra hasta una quinta parte del propulsor total utilizado.
Las pruebas también demostraron que la combustión del cohete se podía controlar con éxito, y el equipo demostró su capacidad para acelerarlo, reiniciarlo y pulsarlo en un patrón de encendido/apagado. Todas estas capacidades podrían ayudar a futuros cohetes autofágicos a controlar su ascenso desde la plataforma de lanzamiento a la órbita.
El profesor Patrick Harkness, de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow, dirigió el desarrollo del motor autofago Ourouboros-3. Dijo: «Estos resultados son un paso fundamental en el camino hacia el desarrollo de un motor de cohete autofágico completamente funcional. Esos futuros cohetes podrían tener una amplia gama de aplicaciones que ayudarían a promover las ambiciones del Reino Unido de convertirse en un actor clave en el industria espacial.
«La estructura de un cohete convencional constituye entre el 5% y el 12% de su masa total. Nuestras pruebas muestran que el Ouroborous-3 puede quemar una cantidad muy similar de su propia masa estructural como propulsor. Si pudiéramos producir al menos algo de esa masa disponible para carga útil, sería una perspectiva convincente para futuros diseños de cohetes».
El investigador de posgrado Krzysztof Bzdyk, de la Escuela de Ingeniería James Watt, es el autor correspondiente del artículo. Dijo: «Llegar a esta etapa implicó superar muchos desafíos técnicos, pero estamos encantados con el desempeño del Ourouboros-3 en el laboratorio.
«A partir de aquí, comenzaremos a ver cómo podemos ampliar los sistemas de propulsión autofágica para soportar el empuje adicional necesario para que el diseño funcione como un cohete».
El motor autofágico es uno de los 23 proyectos de tecnología espacial seleccionados recientemente para compartir £4 millones de la Agencia Espacial del Reino Unido y el STFC. El equipo de Glasgow recibió 290.000 libras esterlinas para ayudar a realizar más pruebas piloto del motor prototipo.
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