dissabte, 2 de maig del 2020

El combustible dels coets

Segons la 1ª llei de Newton nosaltres estem enganxats al terra perquè la Terra ens atrau per la força de la gravetat. Per aquest motiu quan volem llançar un coet enlaire li hem de donar prou empenta com per vèncer aquest força que el reté. Per posar un coet en òrbita aquest ha d’assolir com a mínim la velocitat d’11,2 km/s, sinó torna a caure cap el terra.

Si el coet s’enlairés des de Júpiter, si fos possible, li caldria una velocitat de 59,5 km/ i si fos des del Sol li caldria arribar fins a 617,5 km/s.

El funcionament d’un coet es basa en la 3ª llei de Newton, que vol dir que quan s’aplica una força en un sentit apareix una altra en sentit contrari. Veiem un cas vulgar, tenim un globus inflat i el deixem anar, començarà a volar empès per l’aire que se li escapa de dintre fins que se li acabi aquest i caigui al terra.

A un coet li passa quelcom similar, tenim una cambra de combustió on cremem uns productes i els gasos que es creen els fem sortir per un forat (la tovera) i provoquen una força en sentit contrari que fa pujar el coet enlaire. Aquesta força cal aplicar-la durant un temps per aconseguir que el coet, i tota la seva massa, accelerin, fins obtenir la velocitat necessària. Normalment s’utilitzen combustibles químics, coneguts com propergols, poden ser en forma sòlida o líquida, com la nitrocel·lulosa o la hidrazina.

La diferència bàsica entre ells és la seva facilitat de manipulació i la forma de fer-los cremar per a obtenir la força per enlairar el coet. Cal recordar que a l’espai no tenim oxigen per utilitzar com comburent, la part que oxida el combustible i el fa cremar.
Parts d'un coet. (Enciclopèdia Catalana)

Així el propergol sòlid crema de forma espontània un cop iniciada la combustió, dóna una major acceleració però no és tan eficaç en termes energètics. S’utilitza per coets militars. El propergol líquid proporciona acceleracions més febles però amb un major rendiment. Recordem que entre el 80-90% del pes del coets correspon als combustibles. Per aquest motiu la major part dels coets tenen fases, per anar-se’n desprenent, deixant pes, conforme cremen el combustible d’un dipòsit. Els coets Saturn dels Apolo tenien 3 fases. Aquests combustibles no són aptes per a naus en viatges interestel·lars.

Altres models de coets utilitzen motors de fusió, com el projecte Daedalus, o fissió nuclear,  com el projecte Orió de la NASA. El problema greu que generen és la greu contaminació que provoquen per l’ús de material radioactius. No van passar de models teòrics.

L’únic combustible alternatiu al químic ha estat el de motor iònic. El combustible és un gas ionitzat accelerat electroestàticament. Produeix acceleracions molt baixes però es poden aplicar durant molt de temps, consumint molt poc combustible. Es va aplicar a la nau Deep Space I.

Tots els coets es llencen en la direcció de la rotació de la Terra i, si es pot, la base de llançament ben a prop de l’equador terrestre, per aprofitar-la al màxim i estalviar combustible.


Publicat a la revista "Els Colors del Pla de l'Estany" en el seu nº 245 de maig de 2020