Optimización de Motores Cohete Híbridos Impulsados por Emisiones para Lanzadores Pequeños
Autores: Casalino, Lorenzo; Ferrero, Andrea; Masseni, Filippo; Pastrone, Dario
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Optimización de Motores Cohete Híbridos Impulsados por Emisiones para Lanzadores Pequeños
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Motores de cohetes
Híbrido
Optimización
Trayectoria
Propulsores
Impacto ambiental
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
Los motores de cohetes híbridos son una alternativa ecológica a los motores de cohetes sólidos y pueden representar una alternativa de bajo costo a los cohetes alimentados con queroseno, al tiempo que ofrecen características de rendimiento y control similares a las de los motores de cohetes líquidos almacenables típicos. En este trabajo, se optimiza el diseño de un lanzador híbrido de tres etapas mediante un procedimiento acoplado: un algoritmo evolutivo optimiza el diseño del motor, mientras que un método de optimización indirecta optimiza la trayectoria de ascenso correspondiente. La integración de la trayectoria también proporciona los perfiles de emisión vertical requeridos para la evaluación del impacto ambiental del lanzamiento. Los propulsores son una cera a base de parafina y oxígeno líquido. El vehículo se lanza desde el suelo y utiliza un sistema de alimentación de bomba turboeléctrica. La masa inicial es de 5000 kg y se considera la inserción de la carga útil en una órbita circular polar de 600 km como una misión de referencia. Se emplean grupos de motores de cohetes híbridos similares, con solo algunas diferencias, en todas las etapas para reducir los costos de desarrollo y operación del lanzador. La optimización se lleva a cabo con el objetivo de maximizar la masa de la carga útil y luego minimizar el impacto ambiental general del lanzamiento. Los resultados muestran que se puede lograr un rendimiento satisfactorio considerando también las emisiones contaminantes de los cohetes: la huella de carbono del lanzamiento se puede reducir en una cuarta parte a costa de una reducción de 5 kg en la masa de la carga útil.
Descripción
Los motores de cohetes híbridos son una alternativa ecológica a los motores de cohetes sólidos y pueden representar una alternativa de bajo costo a los cohetes alimentados con queroseno, al tiempo que ofrecen características de rendimiento y control similares a las de los motores de cohetes líquidos almacenables típicos. En este trabajo, se optimiza el diseño de un lanzador híbrido de tres etapas mediante un procedimiento acoplado: un algoritmo evolutivo optimiza el diseño del motor, mientras que un método de optimización indirecta optimiza la trayectoria de ascenso correspondiente. La integración de la trayectoria también proporciona los perfiles de emisión vertical requeridos para la evaluación del impacto ambiental del lanzamiento. Los propulsores son una cera a base de parafina y oxígeno líquido. El vehículo se lanza desde el suelo y utiliza un sistema de alimentación de bomba turboeléctrica. La masa inicial es de 5000 kg y se considera la inserción de la carga útil en una órbita circular polar de 600 km como una misión de referencia. Se emplean grupos de motores de cohetes híbridos similares, con solo algunas diferencias, en todas las etapas para reducir los costos de desarrollo y operación del lanzador. La optimización se lleva a cabo con el objetivo de maximizar la masa de la carga útil y luego minimizar el impacto ambiental general del lanzamiento. Los resultados muestran que se puede lograr un rendimiento satisfactorio considerando también las emisiones contaminantes de los cohetes: la huella de carbono del lanzamiento se puede reducir en una cuarta parte a costa de una reducción de 5 kg en la masa de la carga útil.