El BE-4 de Blue Origin y el Raptor de SpaceX: llega la era de los cohetes de metano

La compañía Blue Origin anunció el 19 de octubre que había llevado a cabo la primera prueba de ignición de su motor estrella, el BE-4 (Blue Engine 4), en sus instalaciones de Texas. La prueba es un paso fundamental en las ambiciones espaciales de la empresa del magnate Jeff Bezos. El BE-4 es un potente motor a base de metano y oxígeno líquido que debe servir para propulsar la joya de la corona de Blue Origin: el cohete pesado New Glenn. Este lanzador, capaz de situar 45 toneladas en órbita baja (LEO) y 13 toneladas en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO), está destinado a convertirse en un rival del Falcon Heavy de la empresa SpaceX, que será capaz de colocar 64 toneladas en LEO y 27 en GTO (es casi seguro que las prestaciones del New Glenn mejorarán con el tiempo). Ambos serán los cohetes comerciales más potentes en servicio (dejando a un lado el SLS de la NASA, con una capacidad mínima de 70 toneladas en LEO en su versión Block 1). Pero sin duda la novedad es que el BE-4 usa metano como combustible. SpaceX también ha apostado por este compuesto para su motor Raptor, que debe equipar el futuro cohete gigante BFR y, quizás, futuras versiones del Falcon 9. ¿Qué tiene el metano de especial?

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Prueba del BE-4 de Blue Origin (Blue Origin).

El metano siempre se ha considerado una opción como combustible para lanzadores y a lo largo de la historia se han diseñado varios motores que usan este compuesto. Sin embargo, ninguno ha entrado en servicio. La razón es que el metano no presenta muchas ventajas en cuanto a prestaciones con respecto a los otros dos combustibles más usados en cohetes: el queroseno (normalmente del tipo RP-1) y el hidrógeno líquido. El metano es más eficiente —tiene mayor impulso específico (Isp)— que el queroseno, pero por muy poco, mientras que pierde claramente con respecto al hidrógeno en este terreno.

Pero el metano es menos denso que el queroseno (necesita tanques más grandes) y normalmente se quema con una mayor proporción de oxígeno líquido (LOX) que el queroseno, neutralizando así su escasa ventaja en Isp. Por otro lado, el metano es más denso que el hidrógeno y más fácil de manejar que este último, un compuesto que requiere complejas infraestructuras asociadas a las temperaturas extremadamente bajas necesarias para mantenerlo en estado líquido y tiene la desagradable tendencia a filtrarse por todos lados (las moléculas de hidrógeno son las más pequeñas). No obstante, la conclusión desde hace décadas es que, si no quieres o no puedes usar hidrógeno, el queroseno es una opción mucho más sencilla y menos arriesgada que el metano. Los motores de methalox no son rivales para los motores de kerolox. ¿Entonces a qué viene este renovado interés en el metano? La respuesta es la reutilización. El metano no se polimeriza durante la ignición del motor como lo hace el queroseno —o sea, deja menos residuos—, por lo que es más sencillo limpiar un motor de methalox antes de volver a usarlo, una característica muy valiosa cuando hablamos de reutilización.

Motor BE-4 (Blue Origin).
Motor BE-4 (Blue Origin).

Blue Origin comenzó a trabajar en el BE-4 en 2012 tomando como base el BE-3, un motor más pequeño a base de hidrógeno y oxígeno líquidos que propulsa el cohete suborbital New Shepard con el que Bezos quiere comerse el incipiente mercado del turismo espacial. El BE-3, a su vez basado en el mítico motor J-2 de la segunda y tercera etapas del Saturno V, también es reutilizable, pero como ya hemos visto el hidrógeno líquido no es una buena opción para reducir los costes en un lanzador orbital de gran tamaño. El salto del BE-3 al BE-4 ha sido más que considerable, lo que explica los numerosos retrasos en el programa. El BE-4 es cinco veces más potente que el BE-3 y supera en empuje al SSME/RS-25 del transbordador espacial y el SLS, aunque no llega a la potencia del RS-68 usado en el Delta IV —el motor criogénico más potente en servicio— o al elevado empuje de los motores rusos RD-171 o RD-180. Vale la pena señalar que, siendo puntillosos, el BE-4 no es exactamente un motor de methalox, ya que quemará gas natural (LNG) y no metano, pero como el LNG es en su mayor parte metano esta diferencia puede obviarse a la hora de tratar este tema a nivel genérico.

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Motores BE-4 en la planta de Blue Origin en Texas (Blue Origin).

Precisamente la primera aplicación del BE-4 iba a ser el futuro cohete Vulcan de ULA (United Launch Alliance): dos motores BE-4 generan más o menos el mismo empuje que el RD-180 usado actualmente en el Atlas V de esta empresa, eliminando así la dependencia de Rusia. Sin embargo, la fuerza aérea estadounidense ha financiado estos últimos años el desarrollo del motor de kerolox AR-1 de Aerojet Rocketdyne como alternativa al RD-180 y ha presionado políticamente para que se use en el Vulcan. ULA debe decidir antes de final de año cuál de los dos motores será finalmente el elegido.

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Futuro cohete Vulcan de ULA. Podría usar dos BE-4 en su primera fase (ULA).

Está claro que, tanto si el Vulcan usa el BE-4 como si no, este motor tiene garantizado su futuro como planta motriz del New Glenn. Hasta siete BE-4 se instalarán en la primera etapa de este lanzador, mientras que la segunda etapa usará un único BE-4. Jeff Bezos ha invertido 2.500 millones de dólares de su fortuna personal en el New Glenn (!!), que despegará desde la rampa SLC-36 de la base aérea de Cabo Cañaveral, en Florida (Bezos quería lanzarlo desde la mítica rampa 39A de la NASA, pero SpaceX se hizo con el alquiler de estas instalaciones en 2014). Blue Origin ha construido una planta de montaje de lanzadores en el cabo, curiosamente muy cerca del centro de visitantes del Centro Espacial Kennedy de la NASA. Y, por cierto, hablando del New Glenn, Blue Origin decidió hace poco reemplazar la cofia original por una estándar de siete metros de diámetro para acomodar todo tipo de cargas útiles.

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Diseño actual del New Glenn con la cofia de 7 metros de diámetro (Blue Origin).
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Instalaciones de Blue Origin en Florida para el montaje del New Glenn. Arriba a la izquierda se aprecia el centro de visitantes del KSC y, en la lejanía, el famoso edificio VAB de la NASA (Blue Origin).

Como era de esperar, construir un motor tan complejo no ha sido tarea fácil para una empresa como Blue Origin, fundada en 2000. El proyecto ha acumulado retraso tras retraso y el pasado mayo surgió un problema durante una de las pruebas preliminares de los elementos del BE-4 que hicieron temer lo peor. Afortunadamente, la reciente prueba del 19 de octubre, durante la cual un BE-4 funcionó durante tres segundos al 50% de su empuje previsto, ha despejado todas las dudas y ahora hay más posibilidades de que este sea el motor elegido para el Vulcan de ULA.

Para SpaceX el desarrollo del Raptor no ha sido tampoco un camino de rosas. Los orígenes del Raptor se remontan a 2009, tres años antes que Blue Origin comenzase a trabajar en el BE-4. Por entonces no tenía un nombre asignado y sus características se filtraron junto a otras propuestas de motores avanzados que SpaceX estaba desarrollando dentro del marco del programa Merlin 2. En 2012 se confirmó el uso de metano como combustible, ya que hasta ese momento se barajaba que el Raptor fuese, como el Merlin del Falcon 9, un motor de kerolox, aunque se suponía que debía ser un motor destinado únicamente a etapas superiores. Además de las ventajas con respecto a la reutilización, SpaceX justificó el uso del metano porque este compuesto podía producirse en Marte a partir de la atmósfera del planeta rojo.

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Diseño del Raptor de 2016, más potente que el actual (SpaceX).
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Comparativa entre los motores de SpaceX y Blue Origin.

En 2014 la empresa de Elon Musk anunció que el Raptor sería un motor muy potente, con un empuje del orden de 4.500 kN, pero ese mismo año se llegó a comentar que podría desarrollar hasta 7.000 kN, una cifra que lo situaba en la selecta liga de los motores de combustible líquido más potentes de la historia: el F-1 del Saturno V y el RD-170 del Energía/Zenit, ambos de kerolox. Al año siguiente Musk confesó que el Raptor solo desarrollaría 2.300 kN, lo que lo colocaba al mismo nivel que el BE-4 de Blue Origin. Al igual que el motor de Bezos, el Raptor es un motor de ciclo cerrado, pero mientras el BE-4 es rico en oxígeno, un diseño hasta ahora solo visto en motores rusos, el Raptor es de tipo FFSC (Full-Flow Staged Combustion Cycle). No obstante, puesto que la presión de la cámara de combustión es muy superior en el Raptor —30 MPa— que en el BE-4 —de 14 MPa—, el diseño de SpaceX es más eficiente y es fácilmente escalable si se desea fabricar versiones más potentes.

En 2016 Elon Musk presentó su grandioso plan para conquistar Marte con el supercohete ITS, capaz de colocar 300 toneladas en LEO gracias a 42 motores Raptor, que ahora se presentaba como un motor de 3.000 kN de empuje. Pero en la última iteración del plan de apenas hace un mes el ITS ha sido sustituido por el BFR, con 31 motores Raptor y una capacidad de 150 toneladas en LEO. El BFR no solo servirá para viajar a Marte, sino que también sustituirá a los Falcon 9 y Falcon Heavy para convertirse en el único lanzador de SpaceX. El nuevo Raptor ha vuelto a ver menguada sus prestaciones y ahora su empuje será de solo 1.700 kN, muy por debajo de su rival BE-4.

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El BFR, con 31 motores Raptor en la primera etapa y 6 en la segunda (BFS) (SpaceX).

A diferencia del BE-4, que ha sido desarrollado íntegramente con la fortuna de Bezos, el Raptor ha contado con la ayuda económica de la USAF, que en 2016 otorgó a SpaceX un contrato recientemente ampliado por el cual la fuerza aérea subvencionará el Raptor con más de cien millones de dólares (que, pese a todo, es una cifra muy inferior a los doscientos millones de capital público con los que la USAF está subvencionando el AR-1). Muchos analistas consideran que la reducción en empuje del Raptor podría estar orientada a la introducción de una versión del Falcon 9 o Falcon Heavy que lleve estos motores en vez de los actuales Merlin 1D de kerolox. Más persistentes son los rumores sobre una segunda etapa del Falcon 9 equipada con un Raptor. En todo caso, tanto SpaceX como Blue Origin han señalado que les resultaría muy sencillo crear versiones más potentes de sus motores. Veremos si es verdad.

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El Raptor en acción. SpaceX ha realizado más de 42 pruebas y ha acumulado más de 1200 segundos de funcionamiento con este motor (SpaceX).

Mientras, el resto del mundo asiste a esta carrera privada de los motores de methalox con cierta perplejidad. Hasta la fecha Rusia era el único país del mundo donde se habían fabricado motores de metano operativos. El RD-0162 de la empresa KBKhA es, con un empuje de 2.000 kN, un motor muy parecido en prestaciones al Raptor de SpaceX. Rusia quería emplearlo en el proyecto de lanzador reutilizable MRKN (Monogorázovaia Raketa Kosmícheskogo Naznachenia, ‘cohete espacial reutilizable’), antes conocido como MRKS. Además del RD-0162, KBKhA también ha creado los motores de methalox RD-0162SD, RD-0110MD y RD-0164. Lamentablemente, la situación de la economía rusa no ha permitido que el MRKN, financiado por los militares, avance como estaba previsto, a pesar de que oficialmente el proyecto sigue adelante. La empresa rusa RKTs Progress también estudió la posibilidad de crear un cohete de metano denominado Soyuz 5, pero ha dejado aparcados estos planes por el momento (para más confusión, el Soyuz 5 es actualmente una de las denominaciones del nuevo lanzador de kerolox que debe sustituir al Zenit y que también se conoce como Féniks o Sunkar).

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Modelo del MKRN ruso, un lanzador reutilizable a base de metano (TsAGI).
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Motor de methalox ruso RD-0162 (KBKhA).

Dejando a un lado Rusia, así como rumores no confirmados de varios proyectos chinos en esta línea, Europa no quiere quedarse atrás y ha iniciado de forma muy tímida el programa Prometheus para crear un lanzador reutilizable a base de metano. Prometheus nació como un proyecto conjunto entre el CNES francés y la empresa Airbus Safran Launchers, pero desde comienzos de este año se ha convertido en un programa bajo el paraguas de la ESA tras asignarle una financiación de cien millones de euros con el objetivo de que la primera prueba del motor tenga lugar en 2020. ¿Será entonces demasiado tarde?

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Proyecto de motor de metano europeo Prometheus (CNES).

Como vemos, no será por falta de opciones. La era de los lanzadores de metano está aquí para quedarse.


92 Comentarios

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ErickErick

La iniciativa privada sigue su camino imparable de revolucionar el sector…

Me pregunto cuántas cosas grandiosas veremos gracias al Falcon Heavy (ya no diga nada del BFR) y el New Glenn…sin duda las puertas de las estrellas se abren un poquito más…

pd: parece que BO calladita está cogiendo a SpaceX en prestaciones…el B-4 es quizás mejor que el Raptor…

AlxoAlxo

Iniciativa privada con empujón económico público … BO está en segundo plano porque no tienen ningún lanzador operativo con el que crear la expectativa de la recuperación, es una pena que no tengan una mejor estrategia publicitaria. Hace poco llevaron el New Shepard a un evento en el que la gente podía entrar a la cabina, y me sorprendió el tamaño tan descomunal que tiene, en los videos parecía mucho más pequeño.

JuanchoJuancho

BO no ha hecho nada…

No ha rentabilizado nada y puede perder su hueco en el Vulcan. Te veo un poco entusiasta de más…

BO no está comercializando el turismo espacial, es decir no tiene listo el sistema.
Sólo ha conseguido una prueba a medio gas y durante poco tiempo y tras problemas del nuevo motor.

SpaceX ha rentabilizado sus cohetes y ha hecho pruebas durante mucho más tiempo a su nuevo motor.
El FH no deja de tener problemas y retrasos y ya veremos si volará.
El BFR es una quimera, por ahora.

Jose PJose P

Alguien sabe cuando será el primer lanzamientos tripulado del New shepard??
Tenía la ilusión que fuese este año, pero no escuché ningún anuncio aún…
Saludos!

Jimmy MurdokJimmy Murdok

Que lástima que los programas públicos sean tan incapaces de tener una visión parecida. Ahora sí creo que vamos camino de abaratar la órbita. Desde el New Sheppard hasta el BFR se cubren todos los rangos de cohetes de aterrizaje vertical y hay lecciones (esperemos) aprendidas.

Un corto muy chulo https://vimeo.com/238355971

Hace unos días Musk respondía en Reddit a preguntas sobre la última presentación https://www.reddit.com/r/space/comme..._about_bfr/

NoelNoel

Lamentablemente, Jimmy, no es cuestión de falta de visión (en los organismos públicos espaciales), sino de comisionismo, negocio y trapicheo puro y duro.

Hacer las cosas bien y a un precio ajustado no llena los bolsillos de comisiones y fondos desviados a los de siempre.

fisivifisivi

“… SpaceX justificó el uso del metano porque este compuesto podía producirse en Marte a partir de la atmósfera del planeta rojo”

Puestos a utilizar recursos del lugar, como el metano de la atmósfera Marte para estos motores, ¿porqué no empezar ensayando con los recursos de la atmósfera terrestre? Haciendo ciencia ficción:

Me imagino una plataforma de lanzamiento que se mantenga indefinidamente en el aire, sobre el océano, que tuviera una gran superficie de paneles solares, puestos en globos o en alas. Usando energía solar, se recoge humedad del aire, se hace electrolísis de ese agua y se rellenan los depósitos de hidrógeno y oxígeno de un cohete reutilizable. Después de cada lanzamiento, el cohete vuelve a esa estación flotante.
Se evitaría el peligro de usar cohetes gigantes en el suelo, además del transporte de combustible. De paso, se podría destilar el aire para sacar no sólo agua, sino CO2, convirtiéndolo en sustancias orgánicas, incluso metano, mediante energía solar. Así se contribuiría a revertir el calentamiento global retirando de la atmósfera gases de efecto invernadero.

NoelNoel

Si te digo que eso mismo hace ya tiempo que me ronda por la cabeza, ¿me creerías?

Me dejaste OoO… pensaba que el único friki de retornar a los dirigibles y demás dispositivos de flotación atmosférica indefinida era yo!

Gracias, chaval!

fisivifisivi

¡Gracias por lo de chaval! ¡Qué mas quisiera yo!

Hace años publiqué en mi blog unos capítulos de una historia de ciencia ficción, ”Champi”. En uno de esos un aerostato gigante en forma de champiñon servía para generar combustible a partir del aire y como estación para lanzamiento de naves espaciales, de dos en dos, girando pendientes de cables como en un tiovivo, hasta que sus alas les permitían sustentarse en el aire. Entonces encendían sus cohetes, se soltaban y continuaban por sí mismas.

Borré casi todas las entradas del blog.

NoelNoel

¿Ves? Ahora el que tiene un blog con una historia de Ciencia Ficción por capítulos soy yo, jajajaja. Pero no los borro, sino que va aumentando poco a poco, con imagenes y demás.

Aunque tiene cosas del género clásico imprescindibles para dar dinamismo (hiperespacio, comunicaciones FTL, etc…) trato que sea lo más SciFi dura posible, dentro de las licencias que, como es lógico y por el bien de la narración, me debo tomar.

No me iría mal una crítica de físico profesional, de vez en cuando, jajajaja.

fisivifisivi

Donde dije ” metano de la atmósfera Marte” debí poner ” metano producido a partir de la atmósfera Marte”, porque como dice David b más abajo, “En Marte no hay casi metano accesible”.

GaizkaGaizka

respecto a empezar ensayando en la Tierra, ese proceso es un proceso industrial muy conocido y utilizado ya en la industria.

respecto a la base voladora, ahí tienes a un paso una colonia en Venus

Ciudadano XCiudadano X

Cual tendria que ser el volumen de los globos que sustentan esa estructura? El peso del combustible almacenado, el cohete lleno de combustible, la plataforma que lo sustenta, los sistemas auxilares, la carga del cohete… Etc etc

Ciencia ficción sin duda.

NoelNoel

No sé dónde habrán quedado aquéllos planes, pero leí en la Muy Interesante hace algunos años que una empresa alemana andaba detrás de un tipo de dirigible de barquilla rígida, tipo quilla, que, lleno de helio, permitía ascensiones netas de 500Tm, con una eslora de más de 300 metros y una velocidad máxima de hasta 225 km/h.

Con una ascensionalidad de esa magnitud, cuatro dirigibles interconectados podrían mantener perfectamente todo el peso de la estructura a unos 30/35 km de altitud, siendo otros globos (mejor también dirigibles) los que ascenderían con el equipo necesario hasta allí.

Lo del hidrógeno por electrólisis ya es más peliagudo, pero como base de lanzamiento móvil salvando ya una parte importante de la altitud, la resistencia atmosférica y demás, no sería tan descabellado.

Ciudadano XCiudadano X

No podrias usar ese tipo de globos a esa altura. Necesitarias globos de kilometros, que aparte deberian de ser mucho mas resistentes y duraderos que cualquier material que se use actualmente.

JuanchoJuancho

No tiene ningún sentido montar esa paranafernalia en la Tierra. Aquí ya sabemos como cargar cohetes y ese sistema no sirve para nada en Marte.

Un sistema que captura X en la atmósfera terrestre no sirve para capturar Y en la de Marte.

miguelmiguel

A lo que propone, hay muchas pegas … el peso de ese sistema es enorme, mejor hacer un centro de lanzamiento en el Chimborazo. Además, la electrólisis para obtener H es muy poco eficiente, tanto que un % muy alto de la producción de hidrógeno viene de la industria del refinado de petróleo. Hace ya bastantes día leí unos nuevos electrodos que facilitaban el proceso, pero eso de que lo lees en un minuto y por desgracia no me quedé con el enlace. Por no hablar del problema de almacenamiento del mismo (como dice Daniel es muy costoso); en Marte se supone que hay hielo de agua y además a poca profundidad, pero CREO que el almacenamiento es lo que lo hace no viable.

fisivifisivi

Si, supongo que no es viable, y si lo fuera no sería rentable. Sólo era ciencia ficción para reforzar mi opinión de que sería bueno desarrollar tecnologías ISRU con el incentivo de su uso en la exploración espacial, pero que se aplicasen también en la Tierra, para no dañar el medio ambiente con la actividad humana, disminuyendo el transporte de recursos. Quizá incluso sirvieran para deshacer parte del daño que le hemos hecho al planeta.

miguelmiguel

La del metano: CO2 y H2O y calor. La otra no lo recuerdo, hace demasiado tiempo, pero apostaría a que hay más (muchos) compuestos como resultado.

PigSaintPigSaint

Gracias, Daniel.

Me gustaría preguntarte algo, a ver si me podrías dar algunos datos al respecto. Es sobre contaminación. Todos sabemos que actualmente es imposible abandonar la Tierra sin usar combustible. Nuestro planeta nos quiere mucho y no quiere que nos vayamos. Es masoca. Jajajaja. De los combustibles que actualmente se usan, ¿cuál es, en la práctica, el que menos contamina?

¿De dónde sale el metano de estos motores? Explicas que en el caso del BE-4 procede de la quema de LNG (que yo creía que generaba dióxido de carbono, como en las centrales termonucleares). Sabemos que Elon Musk es un entusiasta de las energías renovables (no en vano Tesla o Solarcity son otras de sus compañías) y apuesta por el metano, como bien has comentado, porque es más limpio de cara a la reutilización, pero también porque en Marte hay metano, entiendo que en su atmósfera. ¿Es posible recoger metano de la propia atmósfera terrestre para reutilizarlo en un Raptor? En ese caso, el impacto ambiental, al menos con el metano, sería cero, ¿no? (el metano que se saca de la atmósfera se devolvería al lanzar el BFR).

Y es que hablo sin tener ni idea de química. ¿Qué productos se vierten a la atmósfera en motores kerolox y methalox?

¡¡Muchas gracias!!

REXREX

Las centrales nucleares no producen CO2 aunque los procesos de extracción y refinado del uranio.

En la atmósfera de Marte no hay metano. Se produciría a partir del CO2 de la atmósfera y los polos y el agua que también hay en los polos y en el suelo mezclada con la tierra

PigSaintPigSaint

Perdón, cuando dije termonucleares quería decir termoeléctricas. Las que queman carbón, gas natural, petróleo, biomasa, etc. Las nucleares bastante tienen con los residuos.

Leí algo de la transformación de esos compuestos mediante algo llamado “reacción de Sabatier”, a partir de lo que explicó Elon Musk en Australia hace poco. No sé cómo funciona, pero me quedo con lo de que a partir de unos compuestos, obtienes otros.

Pero me sigue quedando la duda de saber de dónde se saca el metano que se usará para los Raptor en la Tierra.

¡Gracias!

UrdixUrdix

El metano, utilizado por SpaceX, es un hidrocarburo puro compuesto únicamente de Carbono e Hidrógeno (CH4), por lo tanto al quemarse y combinarse con O2 se obtiene solo H2O y CO2. Los únicos resíduos que pudieran quedar son restos de impurezas presentes en el metano original o restos de corrosión. El metano puede obtenerse mediante una reacción química, por ejemplo mediante la reacción de Sabatier, que permite obtener CH4 puro a partir de H2 y CO2 atmosférico (que es lo que se plantea hacer en Marte), y si se hiciera así el CO2 emitido durante el lanzamiento habría sido antes retirado de la atmósfera durante la producción del metano, por lo tanto el lanzamiento sería neutro a efectos de comtaminación, sobretodo si la energía requerida para la reacción química de obtención del metano se hace con energía renovable.
Por desgracia aquí en la tierra de momento es mucho más barato obtener el metano a partir del refinado del gas natural, y por lo tanto el lanzamiento de cohetes añade CO2 a la atmósfera.
El gas natural liquado (LNG) es más a omenos lo mismo que el metano, pero con mezcla de otros hidrocarburos volátiles (otros tipos de gas inflamables). El gas natural pero no puede producirse con la reacción química de Sabatier antes comentada, aunque supongo que los motores BE-4 funcionarán igualmente bien con Metano pruo en vez de LNG.
Por otro lado el queroseno es una mezcla de hidrocarburos derivados del petróleo, pero que, a diferencia del LNG y el Metano, son líquidos a temperatura y presión ambiente terrestre. Solo se pueden obtener a partir del petróleo e incluyen más impurezas, que son las que se convierten en resíduos dentro del motor.

UrdixUrdix

Por cierto, el LNG es un recurso fósil que se saca del suelo. Por eso digo que su quema incrementa la concentración atmosférica de CO2.

David BDavid B

Hay un poco de confusión en tu comentario :) Me explico:

– Hidrocarburo + O2 = CO2 + H2O (dióxido de carbono y agua). En todos los casos, sea queroseno, metano o cualquier otro combustible orgánico: al quemarse, produce dióxido de carbono y agua.
– El gas natural licuado LNG es, como dice Daniel arriba, casi todo metano, con un poco polimerizado (etano, pentano, propano y butano). Por lo tanto, su combustión emite CO2 y agua también. Las centrales *térmicas* (no termonucleares 😀 ) emiten por tanto esto, aunque el control de las impurezas es importante al quemar tanto combustible ya que pueden dar lugar a óxidos de nitrógeno y azufre, más contaminantes.
– En Marte no hay casi metano accesible, pero se puede sintetizar de su atmósfera (casi toda CO2) a través de la reacción Sabatier: CO2+4 H2->CH4+ 2H2O. El hidrógeno gaseoso se puede obtener con hidrólisis de agua (rompiéndola eléctricamente: 2 H2O -> 2 H2 + O2), que sí existe en Marte en forma de hielo.
– Sería posible obtener metano de la atmósfera terrestre (más bien de las fuentes de metano, como los vertederos, o de fuentes naturales como los clatratos del fondo marino), y de hecho se hace actualmente… pero cualquier labor de purificación o extracción gasta a su vez recursos, no se condensa espontáneamente. Por lo tanto, estás contaminando por otra parte: hay que hacer balance de cuánto gastas, y qué emites, para condensar metano (de una pureza suficiente para tus propósitos), para saber si contaminas o no, y el impacto que tiene esa actividad (Pista: no es fácil). La mayor parte del metano en uso actualmente es de origen fósil, es decir, se extrae de depósitos subterráneos como el petróleo.
– Cuando preguntas qué combustible contamina menos: como reacción de oxidación, es decir, el proceso de quema del combustible en sí, los motores hidrolox son los que menos contaminan (sólo emiten agua 2 H2+ O2 -> 2 H2O). Pero obviamente se tiene que tener en cuenta de dónde salen los combustibles, como tú bien haces con el caso del metano. Considerando el oxígeno líquido como oxidante común a todos los motores, queda el hidrógeno líquido como combustible: hay varias reacciones posibles para obtener hidrógeno, pero todas necesitan liberarlo de alguna parte, bien por hidrólisis bien por rotura de hidrocarburos (lo que se hace hoy día predominantemente). Por esta razón las pilas de hidrógeno, vendidas como “motores limpios” hace unos años, han perdido un poco de fuelle: porque aunque eviten la contaminación en el momento de la combustión, no la evitan en su origen. Como siempre, hay que mirar el balance total, lo que puede incluir también la distribución, la extracción de materias primas… que, como indicado antes, no es fácil :)

JRGJRG

En realidad, si la combustión no se realiza de forma completa también se producen otro tipo de “desechos”. Empezando por el monóxido de carbono.
La reacción de “Hidrocarburo + O2 = CO2 + H2O” es en condiciones ideales. En la vida real nunca se realiza por completo.

José LuisJosé Luis

Y también hidrocarburos sin quemar (carbonilla) en los cohetes de kerolox y METANO, en estos casos, que es un gas que contribuye al calentamiento global 100 veces más que el CO2.
Y para los motores cohete hay que tener en cuenta que no se suele utilizar en la relación una mezcla estequiometrica, si no que el balance final suele ser rica en combustible para aumentar el ISP. Las moleculas más ligeras aceleran más a la misma temperatura y compensa perder algo de temperatura compensada por velocidad de salida de los gases y además a veces interesa bajar la temperatura de combustión para no fundir la cámara.
Por todo esto, si nos ponemos quisquillosos probablemente estos motores contaminan más que los de queroseno, pero de todas formas, teniendo en cuenta el número de lanzamientos que se hacen al año no creo que la contribución sea muy determinante.

AnaMSanPerAnaMSanPer

Tal vez el desarrollo de estos motores esté pensado para poder usar el metano de la luna Europa en los viajes interplanetarios. La obtención de agua tb es importante.

PigSaintPigSaint

Nunca había contemplado que además de la contaminación de la reacción final, también hay que tener en cuenta la del proceso de extracción y realización del combustible. Realmente parece algo bastante complejo. ¡Gracias!

miguelmiguel

El CO2 no es malo para la vida basada en la química que usamos, al contrario es bueno pues permite tener una temperatura adecuada en la Tierra y las plantas lo necesitan para recoger el C y liberar oxígeneo. De hecho si la tectónica de placas se parase y los volcanes dejasen de liberar el CO2 del subsuelo la vida en la Tierra sería muy complicada (al menos como la conocemos). Un incremento de CO2 por ejemplo hace que las plantas necesiten menos agua.
Por supuesto el problema al que vamos es que estamos liberando demasiado CO2 y una de las desagradables consecuencias es el calentamiento global.

PedroSPedroS

Una puntualización Daniel, por lo que he visto en la presentación el Raptor no es exactamente un motor de ciclo cerrado rico en oxígeno si no lo que se llama full-flow staged combustión, que al parecer utiliza dos turbo-bombas una rica en oxígeno y otra rica en combustible. Lo de flujo total es porque la totalidad del oxígeno y del metano pasa por las turbo-bombas, y lo de combustión por etapas porque parte del oxígeno se usa en la de metano y viceversa. Obviamente sí que es de ciclo cerrado y la turbo-bomba de oxígeno si que es rica en él.

PedroSPedroS

Contestando a Falcón y PigSaint, la combustión ideal tanto de metano como de queroseno sería en ambos casos de CO2 y agua, le diferencia es que las moléculas de de queroseno son mucho mayores y más complejas y en la práctica, como apunta Daniel en el artículo, se produce carbonilla que de cara a la reutilización es un inconveniente. Es parecido a lo que pasa con los motores diésel, de hecho el queroseno y él gas-oil son casi lo mismo, casi.
En cuanto al metano, se extrae del gas natural pero no por combustión sino que se separa. En el BE 4 se quema directamente el gas natural del cual la mayor parte es metano, no es que se queme y produzca metano.
La centrales termonucleares no tienen nada que ver con esto ni con el metano.
Respecto a la síntesis de metano se necesita CO2, agua y energía.

Se me olvidaba, me encanta este blog, es lo mejor en esta temática con diferencia.
Perdona Daniel el peloteo pero estas cosas hay que decirlas.

NoelNoel

Sin dejar de lado un detalle de purista… A día de hoy, NO EXISTEN centrales Termonucleares, sino nucleares térmicas. Termonucleares sólo lo son las bombas de hidrógeno y el corazón de las estrellas (a la espera de qué tenga que decir ITER al respecto, si es que llega a decir algo).

Toda las centrales nucleares existentes son de FISIÓN, por tanto son centrales térmicas convencionales, activadas por fisión nuclear. Una termonuclear sería una central de FUSIÓN… y hasta dónde yo sé (Annunakis y Área 51 aparte, jajajaja), todavía no existe ninguna operativa.

PigSaintPigSaint

Muchas gracias. He aprendido mucho entre el artículo y las contestaciones que me habéis dado. Realmente tengo las cosas mucho más claras ahora. De hecho, hasta en lo más básico, pensaba que el metano era NH4 (que es amonio) en lugar de CH4, así que imagínate lo perdido que andaba.

Lo de termonucleares es que lo confundí con termoeléctricas. Lo peor es que no es la primera vez que me pasa. Me lío con esas dos palabras. Lo siento. Soy consciente de que las centrales nucleares no arrojan gases de efecto invernadero a la atmósfera.

Raúl NebotRaúl Nebot

Buen trabajo Daniel, tan brillante como siempre.
Iba a plantear la misma duda presentada por PigSaint. Desconozco qué gases resultan de la combustión del Metalox; supongo que en cualquier caso la tecnología del hidrógeno es más respetuosa con el medio ambiente que éste y por supuesto mucho más que el Kerolox, al menos durante la combustión; en cuanto a su producción, con el método adecuado también podría ser un recurso más limpio, aunque supongo que éste no es un tema que importe demasiado a las empresas implicadas.
Saludos.

UrdixUrdix

A mi me desconcierta bastante el baile de cifras que SPACEX ha dado en relación con el motor Raptor. No me preocupa tanto la potencia nominal del motor, porque entiendo que al cambiar el ITS a BFR los motores no solo han reducido su número, sino que también se han escalado en tamaño y por lo tanto en potencia.
Sin embargo lo que no comprendo es que se anunció que funcionarían con una presión de 300bars (muy optimista) superando los míticos motores rusos (250bars). Sin embargo ahora nos viene diciendo que los motores Raptor funcionarán a 170bars. ¿No ha logrado ni siquiera acercarse a lo prometido y se ha quedado literalmetne a medio camino? ¿En futuras evoluciones irá incrementando la presión y por lo tanto las prestaciones del motor Raptor? ¿Los motores Raptor si que pueden alcanzar presiones del orden de 250bares, pero lo reduce a 170bares para no dañar el motor y permitir la reutilización? o acaso hay otros motivos que justifiquen esta bajada de presión que se me escapan?
Si alguien tiene una respuesta o una hipótesis se la agradecería

RuneRune

Ese es el tema, en efecto. Leyendo entre líneas y elucubrando un poco, 300bares debe de ser el ‘objetivo aspiracional’ que puso Musk. Ya sabes, como lo de lanzar un Heavy en 2013.

250 bares, entonces, será la cifra que Tom Mueller l ha dicho que es alcanzable en la vida real (Mueller es el cerebro detras de los motores de SpaceX, q se formo en TWR con el programa Integrated powerhead demonstrator, un demostrador para ciclos Full Flow como en del Raptor).

Y 200, o 170 (no tengo muy claro de dónde sacas el número), será la presión operativa del demostrador que está en pruebas ahora mismo. Que lógicamente, se empieza a probar a una presión de cámara inferior a la de diseño, igual que el BE-4 ha hecho su prueba al 50% de empuje, que viene a decir a presión reducida. Por aquello de empezar a validar el modelo de diseño con buenas probabilidades de que el motor acabe el ensayo de una pieza, y luego ya vas subiendo la presión hasta que averiguas a qué presión peta.

Resumiendo, nadie se creía los 300bares, y por buenas razones. 250 suenan mucho más creíbles, y mucho menos novedosos.

Daniel Marín

Efectivamente, 300 bares es una cifra claramente exagerada, pero a día de hoy son las especificaciones oficiales del Raptor, así que por eso la he incluido.

PSPS

En la presentación de septiembre Musk dijo que el demostrador funcionaba a 200 bares y 1.000 kN y la versión definitiva sería a 250 bares y 1.700 kN con la previsión de evolucionar hasta los 300 bares.

UrdixUrdix

Muchas gracias !
Todo aclarado. He estado rebuscando de donde saqué los 170 bares, y creo que me quedó del reddit\spaceX en el que Elon contestaba preguntas del BFR. Hablaban del empuje del Raptor que cifraba en 170 toneladas (los 1700 kN que tu mencionas), no de la presión de la cámara de combustión.
Por lo tanto entieno que podemos dar los 250bares como reto desbloqueado (a falta de pruebas que lo demuestren), y los 300bares como promesa de futuro (optimismo Musk(R))

enerener

Según leo en el artículo, sale más barato usar queroseno que metano, y la única razón para usar metano es que se ensucian menos los elementos reutilizables (seguramente de la primera etapa).
Pero me pregunto: ¿Cuánto cuesta limpiar elementos de acero (o el material que utilicen)? ¿Realmente la mugre que queda los arruina? Al menos al grado de que sólo limpiarlos cueste más que lo que se ahorra al usar queroseno en lugar de metano.

UrdixUrdix

Lo caro no es la limpieza, sino tener que desmontar todo el motor pieza a pieza para poder acceder a su interior, y luego volver a montarlo asegurandose que todas las juntas vuelven a quedar correctamente selladas y estancas. Es un proceso lento y caro que requiere de nuevas pruebas al motor para garantizar que está en condiciones

enerener

Entonces intuyo que lo principal del asunto es que si se usa metano, para reusar un motor, no haría falta deamontarlo pieza a pieza. Supongo que los creadores de estos motores lo prevén así. ..

UrdixUrdix

Exactamente. El plan es necesitar solo una inspección y limpieza general y superficial entre vuelos, y solo cada X vuelos hacer una inspección a fondo. Exactamente igual que las actuales compañias aereas. Para lograrlo la fiabilidad y robustez de los motores és esencial, cosa que SpaceX esta aprendiendo ahora estudiando como quedan los motores Merlin del Falcon 9 tras cada vuelo.

Jimmy MurdokJimmy Murdok

El metano es de largo más barato que el queroseno para cohetes. Siempre ha sido un coste residual, pero con reutilización y las cantidades usadas en estos cohetes que vienen, es menos despreciable.

AlxoAlxo

Y mientras la ESA financiando con su programa LPSR (Liquid Propulsion Stage Recovery) a PLD con 750.000 € para desarrollar su Arion con el que realizar lanzamiento suborbitales de nanosats, años luz de los americanos.

Hilario GómezHilario Gómez

Todo esto me parece fascinante y el artículo de Daniel, memorable.
Y que un tío se gaste 2.500 millones de su bolsillo en un sueño tecnológico, una pasada.

RuneRune

De hecho, al parecer hoy en día es del orden de 1,000 millones/año, financiado vendiendo acciones de Amazon, en palabras del propio Bezos. Da escalofríos pensar en que alguien se pueda permitir ese gasto durante décadas, poco más que como hobby.

Y también te viene a decir que el Falcon 9 fue un milagro de desarrollo barato (las estimaciones q manejo son del orden del millardo para llegar al F9 v1.2).

ErickErick

Pero también el camino ha sido diferente…mientras Elon ha logrado ir ganando dinero desde el Falcon 9, gracias a la Nasa y los lanzamientos comerciales…Bezos, hasta ahora no ha ganado un duro…y eso pesa mucho…claro que puede cambiar si triunfa su turismo espacial…

RedRed

Hay algo que no entendí, la capacidad del New Glenn de 40 ton es en versión reutilizable o no?
Entonces un F9 de metano no pondría más carga en órbita baja… Vaya, yo creí que si
Alguien tiene los ISP de motores de metano?

Jose Manuel CeleminJose Manuel Celemin

Aqui blue origin le puede ganar la partida a elon musk
Es mucho mas sencillo un cohete como el new glenn que el falcon heavy para coloar aproximadamente 50 tm en LEO
O space x vuelve a reduir el tamaño del BFR o tendra que ver como sigue poniendo satelites con el BFR para poderle dar versatilidad

UrdixUrdix

Elon Musk lanzará este noviembre el primer Falcon Heavy, que en esencia son tres Falcon 9 pegados. Tendra una capacidad igual a la del prometido New Glenn y estará operativo 2 o 3 años antes que el New Glenn. Por lo tanto quien lleva ventaja es Elon. El BFR podria estar operativo aprox en las mismas fechas que el New Glenn, pero sera el triple de potente. Por lo que SpaceX va una generacion de lanzador por delante.

AsierAsier

Según tengo entendido se había vuelto a atrasar el lanzamiento del Falcon Heavy hasta el 2018, a ver si alguien me lo puede confirmar.

RuneRune

No es oficial el retraso, pero el calendario está muy, muy ajustado. Si todo va perfecto todavía hay tiempo de lanzarlo antes del parón navideño, pero a cualquier cosa que tarde un poco de más, se van a Enero del año que viene. Pero vamos, que en términos de estas cosas, el lanzamiento es inminente. Tampoco nos vamos a sublevar por un mes más a estas alturas, no?

YAGYAG

La fecha oficial es para finales de este año, como comenta Rune. Pero seamos realistas: la fecha oficial también fue en 2013. A SpaceX le quedan etapas de mucha importancia por superar (salvo que se me haya pasado por alto), que bien pueden retrasar uno o dos años más el lanzamiento si no fuese como desean. Tienen pendiente, por ejemplo, una prueba de encendido con los motores en su configuración final. Quizás vaya bien. Ojalá. Pero como tengan que rediseñar algo, van a tardar más de lo que nos gustaría.

JuanchoJuancho

En 2 o 3 años lo que habrá será un nuevo power point con el BFR.

En 3 años eso no está en la rampa de lanzamiento ni de coña. Ojalá me equivoque, pero… No es realista lo que dices.

Martínez el FachaMartínez el Facha

El Prometheus podría integrarse en el Ariane 6 en 2025, pero sin recuperar la etapa. Un sistema recuperable para el … 2030!

Igualmente Rusia proyecta un pequeño cohete reutilizable de metano para el… 2030!

Señores de ArianeSpace y Roscosmos:
2030 queda muy lejos. Espabílense.

Por cierto, el Raptor fue concebido como HidroLox, no como KeroLox..
El BE4 también ha recibido dinero del gobierno, directamente y a través de ULA.

@Red:
Aquí tienes datos de ISP, etc.
http://www.b14643.de/Spacerockets/Sp...engines.htm

Daniel Marín

Sí, es cierto que se suele decir que Raptor empezó como hydrolox y de hecho en la presentación IAC 2009 así es como apareció, pero lo cierto es que por entonces no se llamaba así y a Musk el hidrógeno nunca le ha gustado un pelo por sus complejidades inherentes, así que por eso no lo he indicado. Entre 2009 y 2012 hubo muchos estudios de varios tipo de motores dentro de los programas Merlin 2 y Raptor, la mayoría de los cuales no se han hecho públicos. En cuanto a las ayudas de BO, todas las empresas aeroespaciales reciben con el tiempo algún tipo de subvención directa o indirecta, pero hasta donde recuerdo el BE-4 no ha recibido ayudas tan cuantiosas y directas como el AR-1 y el Raptor. Por ejemplo, ULA recibió casi 50 millones de dólares de la USAF para desarrollar el Vulcan con motores BE-4, pero no era una ayuda directa a BO (aunque obviamente BO se benefició igualmente). Pero a lo mejor me he dejado en el tintero algún tipo de ayuda más directa. Si la conoces, avisa 😉

Martínez el FachaMartínez el Facha

Gracias por tu comentario, Daniel.

*****
Me había olvidado del motivo de mi post:

Felicidades a Blue Origin!
Ya tenéis a ULA en el bolsillo!
Adelante con el New Glenn, la competencia es básica para sacar lo mejor de cada proyecto.

La guerra de los lanzadores promete ser apasionante y despiadada (y la dan gratis por internet!)
Ingenieros contra ingenieros, ejecutivos contra ejecutivos, fans contra fans y SpaceX contra todos.

AlfonsoAlfonso

Elon Man…y Jeff Luthor….Lo siento; no me he podido resistir

José LuisJosé Luis

Daniel, dices que el raptor usa un un ciclo cerrado rico en oxigeno, pero creo recordar que es el new BE-3 el que lo usa. ¿El Raptor se supone que era Full Flow, o es que también han modificado eso?

DARK PORG 17DARK PORG 17

un saludo de chile ¿eres español verdad?
pregunta: ¿porque naiden a usado cohetes termicos calentados por laser ?

miguelmiguel

Muchas gracias Daniel.
Entiendo que SpaceX piensa más en hacer crecer el motor que BlueOrigin. No me parece mala política, lo que no había considerado es que han empezado por hacer un motor para el Falcon9 y Falcon Heavy. Tiene sentido, pero ahora tienen un sistema que funciona, lo que no entiendo es que quieran cambiarlo ¿tanto ahorro le supondrá?.
Lo que no encuentro es el peso de los motores.

Martínez el FachaMartínez el Facha

Sobre el peso del BE-4 no sé nada: nunca he podido encontrar ningún dato.

Sobre el Raptor, calculo que unos 870 Kg como mucho.

Elon Musk dijo que tendría mayor T/W que cualquier otro motor. Para superar al Merlin (T/W: 198) tiene que ser de 200 como mínimo:
Empuje: 174 ton
Peso (supuesto): 870 Kg
T/W: 174 / 0.87 = 200

miguelmiguel

Pues démonos por j.didos!!! si SpaceX era un pozo negro, estos un agujero negro.
Creo que es lo que dice Martinez, este se irá al doble del peso del Merlin 1D. Lo que no me acaba de cuadrar es que un Raptor sean dos Merlin 1D, 9/2=4.5. O lo suben un poco y ponen 4 (un triángulo y el de frenado en el centro) o le ponen 5 (cuadrado con el de frenado en el centro); si lo usan para el F9 apuesto a 5 y aumentar la capacidad, es lo único a lo que le veo lógica … pero me sigue pareciendo demasidas modificaciones para cambiar algo que ya les funciona, salvo que el ahorro lo pague. Veremos. Por supuesto si se para un motor, aquí lo tienen más complicado alcanzar órbita (supongo que dependerá de la carga).

ErickErick

Quizás el cambio se deba a que los nuevos Falcon 9 y Heavy, usarían también metano, y ello ayudaría a la reutilización…

Martínez el FachaMartínez el Facha

Miguel, creo que sufres una ligera confusión.
No van a sustituir los Merlin por los Raptor en el F9. Sólo si el BFR fuera un fracaso harían algo parecido (quizás).
Existe una ínfima posibilidad de una etapa superior, pero sería perder tiempo y recursos.
Como dice Rune, el objetivo es congelar el diseño y olvidarse de él (excepto en caso de fuerza mayor)

miguelmiguel

Upps, gracias Martinez.
Estaba convencido que también iban a aplicarlos al F9 y lo que me estrañaba era las implicaciones de remodelación que implicaba. Muchas gracias; la sensación es curiosa, ver los datos e intentar cuadrarlos con lo que hay …

RuneRune

No sé si veo a SpaceX cambiando la infraestructura en el cabo para permitir cargar metano en las rampas del Falcon… Sería una disrupción de operaciones considerable, y reconvertir una rampa de esa manera debe de ser muy parecido en precio a construirla desde cero.

Al contrario, opino que la familia Falcon va a ser por fin ‘congelada’ en diseño (con el bloque 4 o 5), y los recursos de I+D dedicados al BFR o su sucesor. Y lo que salga de ese programa de diseño probablemente esté destinado a hacer sus vuelos de prueba desde Boca Chica, mientras las rampas de Florida mantienen a la compañía solvente.

VorteXVorteX

Viendo que hablais del Falcon Heavy y sin que moleste mucho el Off Topic,
Alguien sabe la fecha en la que esta previsto que despegue el FH? Se que es en Noviembre pero creo que todavia no hay una fecha fijada,
Estoy trabajando cerca de Cabo Cañaveral y estoy buscando el momento idoneo para visitar el museo y si lo consigo cuadrar con un lanzamiento seria sublime,

Sigo este blog Dani, desde hace eones, casi el principio, comento poco pero leo todo, increible trabajo!

JxJx

Según tres fuentes : Wikipedia, el calendario de lanzamientos de Space.com y por supuesto la pagina de SpaceX. Encontré que:
1.. NO HAY UNA FECHA DEFINIDA para el primer lanzamiento pero sera a finales de 2017, y no antes de noviembre 28. Sera un lanzamiento de prueba y demostración, y no se ha anunciado que lleve alguna carga útil, sin embargo Elon Musk declaro que meterá alguna cosa ahí en la cofia para que no se lance sin nada, y las palabras exactas de él fueron: “así sea la cosa mas tonta”.
2.. El segundo lanzamiento del FH sera a principios de 2018 de un satélite de Arabia Saudita.
3.. y el tercer lanzamiento esta programado para abril 30, varios satélites de la USAF.

RedRed

Vigas para… ¿qué?

La carga bien podría ser un prototipo del famoso satélite de Space X que conformará su mounstruosa constelación

Sergio CostasSergio Costas

Cuando vi el dibujo del BE-4 me llamó la atención la forma y posición de las bombas de combustible, muy similar a las del nk-33. Y luego se añade que es un motor rico en oxidante, igual que el nk-33, por lo que no puedo evitar pensar que no es casual… ¿Esa colocación es, tal vez, para que la longitud de la conexión de la salida de la bomba sea lo más corta posible y, así, reducir los problemas de un oxidante a muy alta temperatura? ¿Es otro el motivo? ¿O no es más que una casualidad?

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