8.6.3: Conexiones culturales- Cohetes
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Durante milenios los cielos han fascinado a los humanos. Parecía ser un lugar inalcanzable que estaba lleno de misterio. Por último, en el corazón de la Guerra Fría finalmente la convertimos en el espacio. Los rusos fueron los primeros en hacerlo, con la nave espacial Vostok 1, pilotada por Yuri Gagarin en 1961. El refuerzo que lo llevó al espacio se llamó el Vostok-K, y tenía más de 10 mil 400 libras de combustible. Esa es una enorme cantidad de combustible para una misión sencilla que duró poco menos de 2 horas. El combustible para cohetes estaba compuesto por perclorato de amonio, polvo de aluminio y un polímero de butadieno y era un sólido. Este combustible era potente, pero no era renovable, limitando el tiempo de vuelo. El hecho de que Rusia consiguió a un hombre en el espacio primero asustó a Estados Unidos. Este era el corazón de la guerra fría, y Estados Unidos creía que si los rusos “pertenecían” al espacio, entonces podrían dispararles misiles desde cualquier lugar. Por lo tanto, Estados Unidos necesitaba ser el primero en la luna para contrarrestar las acciones soviéticas.
Estados Unidos puso la misión de llegar a la luna en manos de los astronautas del Apolo 11. Montaron el cohete Saturno V al espacio y a la luna. Este cohete sostenía 262 mil libras de combustible para despegue y otras 100 mil libras de combustible para llegar a la luna. Esa es una enorme cantidad de combustible, casi 30 veces la cantidad de combustible que estaba a bordo del cohete Vostok-K. El cohete Saturno V utiliza un combustible LOX. LOX es un combustible líquido compuesto por oxígeno líquido e hidrógeno líquido. Es extremadamente potente, y también muy inestable cuando se enciende. Es por ello que se han producido muchos accidentes al utilizar este tipo de combustible. El combustible LOX también se usa en las misiones actuales del transbordador espacial diurno.
La carrera espacial estuvo en pleno apogeo en los años 60 y 70, se ha extinguido desde entonces, pero en un futuro cercano volverá a calentarse. Esta vez sin embargo, la carrera será poner al hombre y a la máquina en planetas cada vez más alejados de nuestro alcance como Marte o incluso planetas fuera de nuestro sistema solar. Para ello se debe utilizar una fuente confiable y renovable de combustible. Esta fuente de combustible podría venir en forma del alcano metano.
El metano es una fuente fácilmente renovable en el espacio. Es común en Marte, y muy abundante en el Titán Lunar de Saturno. También se sabe que está en algunos otros planetas fuera de nuestro sistema solar. Cuando la nave espacial llega a su destino, o en algunos casos en el camino (el metano también está disponible en el espacio, no solo en los planetas), podría repostar. De esta manera la nave espacial sólo tiene que llevar suficiente combustible para llegar al destino, o hasta que se puedan hacer más. Este es un paso enorme. Los cohetes anteriormente requerían las más de 300,000 libras de combustible porque necesitaban mucho para un viaje de regreso. Con el metano como fuente de combustible, la cantidad de combustible inicial podría reducirse inmensamente. Además, el combustible LOX es muy inestable. Sin embargo, el metano es muy estable y en realidad difícil de encender a menos que se cumplan las condiciones adecuadas. Dado que el metano es tan abundante, y se elabora fácilmente a partir de la siguiente reacción llamada Proceso Sabatier:
\[{\ce {CO2{}+4H2->[{} \atop 400\ ^{\circ }{\ce {C}}][{\ce {pressure}}]CH4{}+2H2O}} \nonumber \]
También es mucho menos costoso que el combustible LOX. Esto dejaría a la NASA la capacidad de investigar muchas otras cosas con el dinero extra, en lugar de tener que gastarlo en combustible para cohetes. Otra ventaja del metano es que se puede almacenar a -161 grados Celsius. Esto es mucho más bajo que los -252 grados en los que se tiene que almacenar el hidrógeno. Por lo tanto no habría tanta necesidad de enfriar los tanques, o aislarlos, ahorrando espacio, peso y dinero. Además, el metano es más denso que el hidrógeno, por lo que se podría utilizar un espacio más pequeño para almacenar el material, ahorrando nuevamente espacio y peso. La abundancia de metano en el sistema solar exterior es crucial para su posible efectividad. El metano no es tóxico como el combustible LOX, y se llama el “combustible verde” porque también es respetuoso con el medio ambiente. Tener la capacidad de agarrar elementos para formar metano, o el metano mismo del espacio puede expandir inmensamente los reinos de los viajes espaciales en el futuro.
Figura 2. Motor de cohete de metano
Un ejemplo de un motor de metano, con empuje de 7.500 libras (necesita 3.000.000 eventualmente, pero es un arranque) que se muestra en el sitio web de la NASA science.nasa.gov/media/medial... testfiring.wmv
Una desventaja de usar metano es que es difícil de encender. El combustible LOX anterior era extremadamente fácil de encender, lo cual es bueno y malo. Para encender el metano se necesita una fuente de ignición, no solo un oxidante que pueda encender LOX. Esta fuente de ignición podría ser muy difícil de encontrar en el espacio, especialmente debido a las temperaturas extremadamente bajas del espacio. La fuente de ignición es un problema que la NASA está abordando, y puede resolverse. Con la única desventaja importante de que el metano es difícil de encender, este tipo de combustible será extremadamente útil y eficiente una vez que se resuelvan los pocos problemas.
Más sobre Metano
El metano tiene cuatro enlaces C—H dispuestos tetraédrialmente alrededor de un solo átomo de carbono. Su punto de ebullición es -161.6 °C y tiene un punto de fusión de -182.5 °C. El metano está relacionado con otros alcanos de cadena lineal como etano (2 carbonos) y propano (3 carbonos). A continuación se muestran las propiedades (tabla).
Cuadro 1. Los primeros 10 miembros de la familia de los alcanos de cadena recta o normales.
