Coet

De Viquipèdia

Un coet és un grup autònom propulsat per la força de reacció creada mitjançant l'ejecció de massa en una direcció determinada. Els coets son coneguts principalment per la seva aplicació en el camp de l'astronàutica, ja que constitueixen l'únic mitjà existent per posar objectes en òrbita fora de l'atmosfera terrestre.

Taula de continguts 1 Principi de funcionament 2 Tipus 3 Aplicacions 3.1 Ús militar 3.2 Ús civil 4 Història

[edita] Principi de funcionament

Un coet adquireix velocitat gràcies a que el fet d'expulsar una part de la seva massa genera, d'acord amb la tercera llei de Newton, una força en direcció contrària a la direcció d'ejecció. Aquesta força és la que efectivament propulsa el coet. El fenomen és equivalent al d'una parella de patinadors que es recolzin l'un sobre l'altre per donar-se un impuls. El resultat serà que els dos partiran en direccions oposades a una certa velocitat.

La força de reacció es més gran quan més importants siguin la massa ejectada i la velocitat d'ejecció d'aquesta massa. Es per això que el disseny dels coets es centra en aconseguir que aquests dos paràmetres siguin el més grans possible. En els coets actuals, la massa ejectada pren la forma de gasos a alta pressió i temperatura que són canalitzats per a que siguin expulsats en la bona direcció. L'obtenció dels gasos i la seva canalització es la funció de la unitat propulsora (també anomenada motor) del coet. Els coets de gran mida en poden arribar a expulsar vàries tones de gas per segon a velocitats supersòniques.

L'energia necessària per mantenir aquest flux de gasos que propulsa el coet prové d'una reacció química exotèrmica que sol ser la combustió. L'energia alliberada calenta fortament els productes de la reacció, cosa que provoca un augment important la pressió a l'interior de la unitat propulsora i els permet de ser ejectats a gran velocitat. D'aquesta manera, el coet obté l'energia directament de la massa a ejectar i no li cal cap dispositiu especial per accelerar-la.

Els combustibles utilitzats en els coets són de naturalesa diversa, anant des de derivats del petroli com el querosè fins a productes exòtics i difícils de manejar com l'hidrogen líquid (LH₂). Com que normalment els coets han de poder funcionar en el buit de l'espai no poden comptar amb la disponibilitat de l'oxigen atmosfèric per dur a terme la combustió. Així, també han d'emportar un producte oxidant en quantitat necessària per poder cremar el combustible. Al conjunt de combustible i oxidant d'un coet s'anomena propergol. La massa del propergol acostuma a representar més del 90% de la massa total del coet en el llançament.

[edita] Tipus

El disseny d'un coet és significativament diferent segons la natura del combustible que utilitza. Els coets es poden classificar en:

• Coets de combustible sòlid: Són els de disseny més senzill. El propergol és una barreja sòlida de combustible i oxidant, de tipus plàstic o mineral (com per exemple la pólvora), que manté la seva combustió espontàniament una vegada iniciada aquesta. Tenen la característica de proporcionar una acceleració elevada, però són més ineficaços en termes de combustible necessari que els altres tipus de coet. Exemples: Coets pirotècnics, míssils balístics, coets militars.

• Coets de combustible líquid: El combustible i l'oxidant són dos líquids emmagatzemats en dipòsits separats que només es barregen en la unitat propulsora. Per mantenir la reacció cal que la combustió sigui alimentada amb un flux fort i continu dels dos propergols, cosa que complexifica enormement el disseny del motor. Proporcionen acceleracions més febles que els seus homòlegs de combustible sòlid, però la seva eficiència és significativament superior. Exemples: Coets llançadors de satèl·lits, llançadora espacial, avions-coet.

• Coets híbrids: En aquests tipus de coets el combustible i l'oxidant són de naturalesa diferent, l'un és sòlid, l'altre líquid. Constitueixen un punt mitjà entre les dues categories anteriors. Són coets mitjanament senzills, en els quals la combustió es fàcil de mantenir i regular controlant el moviment del composant líquid. Les seves eficiència i acceleració també són intermediàries. Exemple: SpaceShipOne.

Existeixen altres categories de coets amb dissenys innovadors que no s'han pogut posar en pràctica per problemes tècnics i/o econòmics. Entre els quals el més destacat:

• Coets nuclears: En aquest disseny, l'energia s'obté d'una reacció nuclear de fissió. El propergol líquid es fa passar per l'interior d'un reactor nuclear de manera a escalfar-lo i permetre la seva ejecció a gran velocitat. La reacció nuclear permet una eficiència en propergol molt superior a la dels coets basats en la combustió, però els problemes no resolts de seguretat de funcionament impedeixen per el moment de construir-los. Tanmateix, l'exèrcit nord-americà va construir i assajar amb èxit motors-coet basats en aquest principi durant la dècada de 1960-70 (projecte NERVA).

[edita] Aplicacions

La importància dels coets com a vehicles rau en dos característiques:

1. La seva capacitat d'assolir grans velocitats i acceleracions.
2. La seva capacitat de funcionar en el buit.

La primera d'aquestes característiques és la que ha promogut el seu ús històric en el el camp militar i en els espectacles pirotècnics, la segona no ha estat significativa fins a l'adveniment de l'astronàutica en la dècada de 1950.

[edita] Ús militar

El coet constitueix un mitjà capaç de transportar una càrrega útil a grans velocitats d'un punt a un altre. Com a arma, un coet pot transportar un explosiu (convencional o nuclear) a grans distàncies en un temps prou curt com per agafar l'enemic per sorpresa. El coet presenta altres avantatges respecte als projectils: té un radi d'acció més important i la seva trajectòria pot ser controlada.

Existeixen coets militars (també anomenats míssils) de molt variada mida, potència i radi d'acció. Els petits poden ser llançats directament pels soldats o des de vehicles en moviment, i solen ser utilitzats per atacar les aeronaus de l'enemic. La capacitat de controlar el seu vol també els permet ser usats per atacar objectius fixes amb força precisió.

Els míssils de gran mida poden arribar a tenir un radi d'acció de milers de kilòmetres i s'utilitzen per bombardejar les instal·lacions endinsades en territori enemic sense necessitat d'enviar-hi tropes o avions. La seva gran velocitat també en dificulta la intercepció. D'especial atenció són els míssils balístics intercontinentals (ICBM en terminologia anglesa). Aquests coets tenen un radi d'acció de desenes de milers de kilòmetres i segueixen una trajectòria balística que els porta efectivament fora de l'atmosfera terrestre. Armats amb explosius nuclears constitueixen un mitjà de dissuasió important, ja que permeten atacar el cor de la nació enemiga per lluny que estigui, sense que aquesta disposi de cap mitjà per impedir la seva arribada.

[edita] Ús civil

Fora del camp militar, l'ús més important dels coets és el de llançar objectes a l'espai exterior, normalment posant-los en òrbita al voltant de la terra. Per aquest objectiu, el coet és l'únic mitjà disponible. D'una banda, són els únics vehicles capaços d'assolir la velocitat necessària per a aquesta aplicació, i de l'altra només el coet es capaç de propulsar-se en el buit de l'espai. Els altres vehicles necessiten un medi material sobre el que desplaçar-se, o bé obtenen algun element essencial per al seu funcionament del medi.

Emperò, el coet no deixa de ser un mitjà ineficaç de llançar objectes a l'espai. Degut a la seva pròpia naturalesa el coet haurà sempre de ser molt més gran que l'objecte que ha de transportar, i això vol dir que en un llançament la major part de l'energia serà utilitzada per accelerar el propi coet i no la seva càrrega útil. Per exemple, un coet Ariane 5 carregat de combustible pesa al voltant de 750 tones, de les quals només 20 poden ser efectivament posades en òrbita. Amb tot, no existeixen alternatives al coet ni a curt ni a llarg termini per a aquesta aplicació.

Un altre ús lleugerament diferent dels coets es troba en els estudis de microgravetat. Un coet pot posar un objecte en una trajectòria balística fora de l'atmosfera, on no serà sotmès a la força de frotament de l'aire i estarà, doncs, en una situació de caiguda lliure, equivalent a la absència de gravetat per a molts fenòmens físics.

[edita] Història

L'origen del coet és probablement oriental i la primera notícia que es té del seu ús és de l'any 1232, a la Xina. Malgrat això, va ser introduït a Europa pels àrabs, que durant els segles XV i XVI el van emprar com a arma incendiària. Posteriorment, amb l'extensió de l'artilleria, el coet bèl·lic va desaparèixer fins al segle XIX, i va ser emprat novament durant les guerres napoleòniques.

Els coets del coronel anglès William Congreve van ser també usats a Espanya en el setge de Cadis (1810), en la primera guerra Carlina (1833-40) i durant la guerra del Marroc (1860).

A la fi del segle XIX i el començament del segle XX, van aparèixer els primers científics que van veure el coet com a sistema per a propulsar vehicles aeris espacials tripulats, entre els quals cal destacar el rus Konstantin Ciolkovskij, l'alemany Hermann Julius Oberth i el nord-americà Robert Hutchings Goddard, i, més tard, els russos Sergej Korolev i Valentin Gruchensko i l'alemany Wernher von Braun.

Aquest darrer va desenvolupar durant la Segona Guerra Mundial els coets V-1 i V-2 (A-4 en la terminologia alemanya), que varen constituir el nucli de les investigacions nord-americanes i soviètiques de la postguerra.

Si bé es varen desenvolupar inicialment coets destinats específicament a usos militars, els programes espacials que endegaren soviètics i nord-americans es varen basar en coets dissenyats amb finalitats pròpies de l'astronàutica, entre els quals cal destacar, per part nord-americana, l'Atlas, lAgena, el Thor 2, lAtlas-Centaur, la sèrie Delta, els Titan i Saturn (entre els quals el Saturn-V, que va fer possible el programa Apollo), i, per part soviètica, els coets designats, segons la terminologia occidental, per les lletres A, B, C, D i G (aquests dos darrers van tenir un paper equivalent als Saturn nord-americans).

D'altres països que han construït coets, en el marc d'un programa espacial propi, són França, la Gran Bretanya (que el va abandonar), el Japó, la Xina, i l'Índia, així com el consorci europeu que va constituir l'Agència Espacial Europea (ESA), que ha bastit i explotat diferents sèries de coets llançadors dins del programa Ariane.