- Motor de propelente líquido

Dentro de los motores de propelentes líquidos encontramos 3 tipos.

ICBM Atlas despegando. Se aprecia como la capa de hielo que lo cubre se desprende

Los más habituales son los criogénicos. Esta denominación se debe a que se encuentran a muy bajas temperaturas. Esto es por que son compuestos o elementos que a temperatura ambiente se encuentran en estado gaseoso, por lo que son ineficaces para ser usados en cohetes dada la baja relación entre su masa y volumen en este estado. Para remediarlo son licuados sometiéndoles a una temperatura por debajo de su punto de ebullición, que en el caso del oxígeno (uno de los oxidantes más usados) es de -183 ºC. Como principal inconveniente presentan la dificultad en su manejo.

Una curiosidad de estos cohetes es que al contener decenas de toneladas de líquidos a tan baja temperatura, tras su llenado, generan una capa de hielo en su estructura. Esta se desprende con las vibraciones del despegue y hoy día aún se puede ver a menudo en algunos cohetes.

Por otro lado se encuentran los hipergólicos, es decir, que al entrar en contacto combustible y comburente se inician por si solos sin necesidad de ayuda externa. Suelen ser líquidos a temperatura ambiente, lo que les da una ventaja sobre los criogénicos, pero suelen ser muy corrosivos por lo que su almacenamiento es problemático y además peligroso.

Finalmente están los basados en mono-propelente. Estos utilizan un solo compuesto que combina las cualidades de ambos, no obstante, esto les hace inestables por lo que se evita su uso salvo para pequeñas aplicaciones donde si resultan útiles dada su simpleza, como los cohetes Vernier.

Los motores de propelente líquido, también se basan en un combustible y un oxidante, (Salvo en los ya comentados mono-propelente). Por lo general, presentan como principal ventaja el hecho de poder ser controlada y cortada la reacción y si es necesario, volver a iniciarla. Esto les convierte en los impulsores de las fases finales donde se les dará a las ojivas el impulso final que decidirá toda su trayectoria balística. Como desventajas está el hecho de que son mucho más complicados y caros que los de combustible sólido, ya que han de incluir gran cantidad de maquinaria para impulsar el combustible hasta la cámara de reacción (Turbobombas) y otros sistemas.

Su funcionamiento es el siguiente; El combustible y el comburente se encuentran en sendos depósitos en la zona superior del cuerpo del cohete. Para generar una presión en su interior y así ofrecer cierto caudal de salida de los mismos, se inyectan en su interior gases generados por la combustión, y según el tipo de propelente, esta es generada o bien por los propios gases o bien por la gasificación parcial del propio propelente (En este último caso solía tratarse de propelentes criogénicos). Los propelentes son inyectados en una cámara de combustión a grandes presiones con un caudal considerable y esto se consigue mediante bombas accionadas por una turbina, que a su vez funciona quemando parte de los propelentes. En la cámara de combustión, se combinan en una violenta reacción que escapaba por la tobera generando el empuje. Es habitual que las superficies expuestas a mayor calor estén formadas por paredes dobles por las que circula el combustible para refrigerarlas. Despues es quemado disipándose el calor.

- Motor híbrido

Actualmente se está trabajando en un sistema de propulsión híbrido que combina a los dos anteriores. Por un lado se mantiene la estructura del cohete de combustible sólido, con el carburante en estado sólido en el interior del cilindro manteniendo el hueco central. En la punta se ubica un depósito con el comburente en estado líquido. El motor funcionará únicamente cuando se libere el comburente, y al estar éste en estado líquido, su flujo será controlable, pudiendo variar el empuje e incluso apagando y reencendiendo el motor.

Otro aspecto a destacar en este epígrafe es el de las fases o etapas del misil. Si para impulsar a la cabeza nuclear recurrimos a un único cohete, una vez que se haya consumido buena parte del propelente, el cuerpo del propulsor será un lastre inútil. Para subsanar esto se ideó el sistema de fases múltiples que ya había sido previsto un siglo antes por el escritor Julio Verne. Consiste en sustituir un solo impulsor grande por varios de menor tamaño y a medida que estos se vayan consumiendo, se van soltando liberando al misil de su peso. Cada fase supone un grupo impulsor independiente del resto. No obstante, existen algunas combinaciones poco usuales, como es el caso de la fase y media usada en motores de propelente líquido. Esta consiste en una fase normal a la que se le agrega uno o más motores (Por lo general 2) prescindiendo de los depósitos propios y alimentándose de los de la fase “huésped”. Una vez que se ha acelerado al misil a una velocidad considerable, los motores agregados se sueltan dejando la propulsión de mano del motor principal.

El sistema idóneo para tal fin es el sistema de guía inercial o INS (Siglas en inglés de Sistema de Navegación Inercial) y se compone de dos subsistemas principales. Por una parte están los giroscopios. Su funcionamiento parte de que un objeto que gira siempre tenderá a oponerse a un cambio de dirección de su eje de giro. Con esto se logra tener una referencia fija dentro del misil, el cual se moverá. Si aplicamos giroscopios a un plataforma con libertad de movimientos, concretamente tres, uno para cada eje de movimiento, lograremos hacerla estable ante movimientos de la estructura en la que se encuentra, el misil. Esto se denomina giro-estabilizar y con ello se logra controlar la posición de la plataforma independientemente de los movimientos del misil desde el lanzamiento hasta el impacto. Una vez logrado esto, en ella se montarán acelerómetros. Estos aparatos miden la aceleración, es decir, cambios en la velocidad. Nuevamente se aplicarán tres, pero en este caso dobles. Esquema de una plataforma de guiado.

Plataforma con 2 giroscopios perteneciente al sistema de guiado de una V2

Si ya tenemos un objeto fijo en el espacio (La plataforma giro-estabilizada), nos será fácil tomarlo como referencia para detectar los cambios en nuestra posición. Un cohete al ser lanzado está expuesto a diferentes influencias que le harán salirse de una trayectoria balística predecible; la forma en que se quema su combustible, el viento, la resistencia del aire, etc… El artillero de un cañón conoce las propiedades físicas del proyectil que lanza, las cuales suelen ser más o menos fijas (Velocidad de salida, peso…), o al menos las fórmulas que rigen su trayectoria. En la ecuación de la misma, teniendo los anteriores valores como fijos, solo nos queda uno variable, el ángulo de disparo. Si comenzamos con un disparo totalmente horizontal, cualquier elevación que hagamos hasta los 45 grados supondrá un aumento del alcance. El artillero variará esta con el fin de hacer blanco a una determinada distancia. No obstante, los mismos factores anteriormente comentados influirán en la trayectoria y difícilmente dos disparos harán blanco en el mismo sitio. Su variación será de algunos metros, pero no es algo de lo que preocuparse. Esto se da con los cañones, cuyo alcance es menor al centenar de kilómetros. Nada comparado con los 15.000 kilómetros de los misiles balísticos. Aquí los factores que perturban la trayectoria tienen más tiempo para actuar, por lo que se hace imprescindible un sistema que corrija las desviaciones provocadas por éstos.