Propelente sólido

Un motor Castor 120 de Thiokol propulsado por propelente sólido.

Os propelentes sólidos para foguetes son aqueles nos que o combustible e o oxidante están embebidos nunha matriz sólida.

Algunhas das súas vantaxes son:

• A súa alta densidade e baixo volume.
• Se poden almacenar por longos períodos de tempo.
• Ignición inmediata sen necesidade de operacións de enchido de propelente.
• Alta fiabilidade.

E algunhas das súas desavantaxes son:

• A masa dos foguetes que os conteñen é lixeiramente maior que nas súas contrapartidas líquidas.
• Menor rendemento que os propelentes líquidos.
• Problemas de transportabilidade ao tratarse dun tipo de propelente que se inserta no foguete en fábrica: o foguete necesítase transportar ou completo ou en segmentos.
• Despois de ser acendidos é moi difícil apagalos ou regular o pulo.
• Os fallos de foguetes de propelente sólido adoitan ser catastróficos.

As súas vantaxes fanno o propelente ideal para aplicacións militares.

Historia

Pódese considerar a pólvora, usada xa polos chineses no século XIII, como o primeiro propelente sólido da Historia. A finais dos séxulos XVII e XVIII tiveron lugar avances en química que diron lugar á nitrocelulosa, a nitroglicerina, a cordita e a dinamita, que foron a base para os propelentes sólidos posteriores. A nitrocelulosa foi empregada como propelente para pezas de artillaría xusto antes da primeira guerra mundial.

Considérase o traballo de Theodore von Karman en 1936 usando alcatrán xunto con perclorato de potasio como o punto de arranque dos propelentes sólidos compostos modernos. O seu traballo incluía o estudo e comprensión de como actúa o propelente, a súa combustión, ignición e a interacción entre propelente e contedor. Os propelentes sólidos compostos substituíron na súa época aos propelentes sólidos de dobre base, feitos con mesturas de nitrocelulosa e nitroglicerina.

Despois da segunda guerra mundial o desenvolvemento de propelentes sólidos enfocouse a mellorar o seu impulso específico, que da unha medida da súa eficiencia e que en xeral é peor que nos propelentes líquidos. A industria militar dos Estados Unidos estaba especialmente interesada no desenvolvemento deste tipo de propelente dadas as súas características, que as facían apropiadas para ter os seus mísiles listos para o lanzamento nun curto período de tempo.

A principios da década de 1950 a empresa Atlantic Research descubriu que o uso de ata un 15% de aluminio pulverizado na mestura de propelente facía aumentar o seu rendemento ata un 15%. Ao mesmo tempo comezou a comprenderse mellor a química dos propelentes sólidos e a interacción entre as substancias ligantes no propelente e o comburente e o oxidante. Desenvolvéronse substancias ligantes como parte do propelente, mellorando as súas características mecánicas e de resistencia ao desgaste, a humidade e á tempatura.

Pola época apareceron dúas grandes familias de propelentes compostos: os baseados en poliuretano (usados inicialmente pola empresa Aerojet) e os baseados en polibutadieno (favorecidos por Thiokol). Ao mesmo tempo os propelentes de dobre base recibiron un empurrón, superando en impulso específico aos compostos. Posteriormente desenvoluse o HTBD (Hydroxyl Terminated Butadiene, butadieno finalizado en hidroxilo), que comezou a ser usado con preferencia cara aos anos 1990.

O deseño da combustión

Na maior parte de foguetes de propelente sólido baseado en alcatrán a combustión prodúcese na parte posterior exposta á atmosfera, producindo un pulo constante. Noutra clase de arranxo do propelente prodúcese unha combustión ó longo do cilindro de propelente, tanto no diámetro externo como no interno, resultando tamén nun pulo constante. Outro caso son os propelentes adheridos ao casco interno do foguete: a combustión prodúcese ó longo dunha perforación cilíndrica a través do centro do propelente, o que causa un pulo inicial baixo ata un moi alto cara ao final da combustión. Dado que este perfil de pulo non é xeralmente o desexado a solución que se atopou para que este arranxo produca un pulo máis ou menos constante foi que a perforación teña sección de estrela, onde nas puntas se produce unha combustión rápida que se vai volvendo máis lenta cada o centro. Para necesidades concretas de aceleración e cambios de pulo modifícase a xeometría do propelente durante a súa fabricación acorde as especificacións. Tamén é posible engadir capas intermedias de propelente con diferentes características ou alterar o tamaño e forma lonxitudinalmente para conseguir os obxectivos buscados.

Véxase tamén

Bibliografía

• Mark Wade (2011). "Solid" (en inglés). Consultado o 27 de agosto de 2017.