SpaceX y el motor cohete más eficiente de la historia

Por Daniel Marín, el 26 junio, 2012. Categoría(s): Astronáutica • Cohetes • NASA • sondasesp ✎ 36
Luego dirán que me meto con ellos, pero es que la gente de SpaceX me lo ha dejado a huevo, como quien dice. Resulta que la compañía aeroespacial favorita de todo el mundo ha completado una prueba de encendido de su nuevo motor Merlin 1D. Este motor es clave para las aspiraciones de futuro de la rutilante empresa, ya que debe equipar al cohete Falcon 9 v1.1, la última versión del Falcon 9 que debe hacer su debut el año que viene durante el sexto vuelo de la criatura y que servirá además de base para el lanzador gigante Falcon Heavy. Este cohete llevará nada más y nada menos que 27 Merlin 1D en la primera etapa.

El Merlin 1D es una versión mejorada del Merlin 1C actualmente en servicio. Presenta capacidad para varios encendidos y un mayor empuje al nivel del mar, 650 kN frente a 423 kN. Además es capaz de reducir el empuje hasta el 70% nominal. De esta forma, El Falcon 9 v1.1 no tendrá necesidad de apagar dos motores durante el ascenso para controlar el empuje como venía haciendo hasta ahora el Falcon 9 v1.0. Hasta aquí nada que objetar. Un nuevo éxito de SpaceX del que nos alegramos enormemente. El problema es cuando en la nota de prensa del evento, la empresa afirma que se trata del motor cohete más eficiente jamás construido, ya que posee una relación empuje-peso superior a 150.

Merlin 1C y Merlin 1D.

Bueno, esto ya es otro tema. Analicemos esta frase en detalle. Efectivamente, el Merlin 1D es el motor cohete operativo con la mayor relación empuje/peso, desbancando de este puesto al mítico motor soviético NK-33, construido por la oficina de diseño de Nikolái Kuznetsov para el malogrado cohete lunar N1 y actualmente también conocido en los EEUU como AJ-26. Sin embargo, en cohetería la eficiencia de un motor tiene una magnitud asociada de forma clara, y no es la relación empuje/peso, sino el Impulso Específico (Isp). Y en este sentido, el Merlin 1D está muy lejos de ser el motor eficiente de la historia. SpaceX se ha cuidado mucho de publicar el Isp del Merlin 1D, pero debe ser parecido al del Merlin 1C, que alcanza los 266 segundos al nivel del mar. Muchos otros motores de kerolox (queroseno y oxígeno líquido) superan el Isp de Merlin 1D, como por ejemplo los motores rusos RD-180 o RD-191 (311-337 segundos). Y por supuesto, cualquier motor criogénico (hidrógeno y oxígeno líquido) lo supera ampliamente, como es el caso del SSME del transbordador, con un Isp de 363-453 segundos.

Por otro lado, y como bien nos recuerdan en Zemiorka, el motor cohete más potente de la historia es el RD-170/171. No en vano, el Merlin 1D presenta un diseño de ciclo abierto, mientras que los RD-180/RD-171 o el SSME son de ciclo cerrado, que en principio siempre será más eficiente. En definitiva, el Merlin 1D es sin duda otro éxito de SpaceX, pero no hace falta retorcer la realidad para magnificar los avances de esta empresa.

Prestaciones de algunos motores cohete de primera etapa.

Actualización 27-6:

En los comentarios, Charliem me recuerda (¡gracias!) que SpaceX ha actualizado los datos del Merlin en su página web. En la misma podemos leer:

With a vacuum specific impulse of 311s, Merlin is the highest performance gas generator cycle kerosene engine ever built, exceeding the Boeing Delta II main engine, the Lockheed Atlas II main engine and the Saturn V F-1.

Salvando el curioso hecho de que en esta descripción SpaceX se olvida de la relación empuje/peso y  que usa el Isp para definir la eficiencia de un motor, el texto es a primera vista más preciso y menos sensacionalista que la nota de prensa (se limita a hablar de motores kerolox de ciclo abierto). Lamentablemente, un rápido vistazo a la tabla que he reproducido arriba muestra que esto tampoco es cierto. Sin ir más lejos, el motor RD-107/108 del cohete Soyuz, también de ciclo abierto, es más eficiente que el Merlin 1D (un Isp de 320 s en el vacío frente a 311 s). En fin,



36 Comentarios

  1. No quiero ser aguafiestas, pero se exponen bastante a un fracaso como el del N-1. Eso de encender tantos motores de una tacada.

    La cosa es que tiene números de irse al garete y petar como una traca de la mascletá.

    1. Lamento ser tu aguafiestas pero los fallos del N-1 fueron causados por las prisas en su desarrollo, fugas de combustible, cortocircuitos y el que no todos los 30 motores del Block A fueron probados. Sí al tener muchos motores encendidos al mismo tiempo se corre un riesgo relativamente elevado, pero eso se soluciona con poner cuidado y esfuerzo durante la construcción y las inspecciones, y si a eso le sumas la obsesión de SpaceX por probar las cosas repetidas veces, tienes uno de los vectores superpesados más seguros.

  2. Cuando he visto el título de esta entrada en Twitter he pensado en dos posibilidades, o nos habían secuestrado a Daniel y lo habían cambiado por uno que piropeaba a SpaceX, o la frase venía porque en algún medio lo habían descrito así y no era correcto (yo no había visto ese titular en ningún lado).

    Pues eso… me alegro de que sigas a salvo, Daniel XD

  3. Sobre la diversidad de especímenes en la empresa destaca uno llamado Director Comercial al cuál le importa poco que algo sea verdad o mentira, siempre que pueda destacar sobre el resto. 😉

  4. Hola Daniel.
    ¿Ahora censuras?
    Es evidente que pagan los justos por los pecadores.
    Siempre me he identificado en tu entorno,jamás he realizado comentarios anónimos.

    Seguiré pasando por aquí pese a tu moderación de comentarios.

    Un saludo algo alterado pero sincero.

    1. Lo siento, es que los comentarios están moderados y el sistema de moderación de Blogger es un tanto extraño, por lo que a veces tardo más en aceptar el comentario. Aún así, creo que algunos comentarios se me han perdido. Pido perdón por las molestias que haya podido ocasionar.

      Por lo demás, sí, por supuesto: censuro comentarios anónimos cuando lo creo oportuno y alguno que otro no anónimo también si es ofensivo y/o maleducado.

      Saludos.

  5. SpaceX nunca ha dicho que todos los parámetros de rendimiento de su motor cohete sean los mayores de la historia, sino el relativo a la relación empuje/peso, sobre todo cuando el impulso específico (como bien dices, un importantísimo parámetro del rendimiento de un motor cohete, pero no el único) pierde valor relativo a otros en el caso de las primeras etapas. En este caso la relación empuje/peso es también un parámetro clave: Por eso no podemos usar motores iónicos en primeras etapas (como ejemplo exageradísimo), a pesar de su excelente Isp.

    La eficiencia medida como impulso específico puede ser sacrificable en las primeras etapas en aras de una mejor relación empuje/peso, en función de los criterios generales de costo y diseño del lanzador.

    SpaceX no ha retorcido la realidad: Sólo ha hablado de lo que le interesa y todo lo que dice es verdad y simplemente no entra en las medidas de rendimiento que no le interesan, las cuales, repito, son otras además del Isp. Marketing, pero no es realidad retorcida.

    Por cierto: Una de las ventajas del ciclo abierto, es que puede eliminar a los motores vernier, consiguiendo los mismos a partir de la propia turbobomba (con la consiguiente simplicidad y compactación de equipos), cosa que no puede hacer un motor de ciclo cerrado. En fin que el Isp, repito, no lo es todo y menos en las primeras etapas.

    Saludos.

    1. Pues no estoy de acuerdo. El Isp no es la única medida de la eficiencia de un motor, por supuesto, pero sí la más importante. Siempre que en cohetería se habla de eficiencia, la primera magnitud que salta a la cabeza es el Isp. Si quieren resaltar su excelente relación empuje/peso, pues que lo hagan, pero que no digan que se trata de -cito textualmente- the most efficient booster engine ever built, porque da lugar al engaño. Son ellos los que han elegido escribir esta frase, no yo. (Curiosamente, SpaceX no ha hecho púbicos los datos del Isp de este motor, uno de los muchos parámetros de su hardware que sigue siendo secreto).

      Obviamente, el Isp no es lo más importante en los motores de primeras etapas, de ahí el éxito del kerolox, pero entonces hablemos claramente de otras prestaciones, como el empuje o la relación T/W, sin mencionar la palabra «eficiencia», así en general, porque da lugar a malentendidos entre el público menos familiarizado con el tema. Alguien que no sepa nada de motores cohete puede pensar leyendo la nota de prensa que el Merlin 1D es el mejor motor de la historia, y eso para mí es retorcer la realidad, lo siento.

      Por otro lado, no es cierto que los motores de ciclo cerrado necesitan verniers obligatoriamente: ahí tienes a los RD-171/RD-180/RD-191 para demostrarlo.

      Un saludo.

    2. Quizás sólo los ingenieros entendamos bien esta nota de prensa… ;-P

      De la wikipedia inglesa, «efficiency»:

      «Efficiency in general describes the extent to which time or effort is well used for the intended task or purpose. It is often used with the specific purpose of relaying the capability of a specific application of effort to produce a specific outcome effectively with a minimum amount or quantity of waste, expense, or unnecessary effort. «Efficiency» has widely varying meanings in different disciplines.»

      De la wikipedia inglesa, «Thrust to weight ratio»:

      «Thrust-to-weight ratio is a ratio of thrust to weight of a rocket, jet engine, propeller engine, or a vehicle propelled by such an engine. It is a dimensionless quantity and is an indicator of the performance of the engine or vehicle.»

      Por otra parte, la segunda etapa, con un solo motor y tobera (por simplicidad y economía), si hubiera sido de ciclo cerrado hubiera requerido al menos 1 vernier adicional.

      Saludos.

    3. Cometo, no me malinterpretes. Mira los comentarios que he intercambiado más abajo con Charliem y verás lo que quiero decir. A ver, no hace falta que me cites la Wikipedia. Sé de sobra qué es el Isp o el W/T (yo también he estudiado estos temas en la universidad, no creas). Y también sé que tú lo sabes, así que no vamos a dar vueltas en espiral explicándonos mutuamente cosas que ya conocemos.

      El caso es que el M1D no es el ‘motor más eficiente de la historia’ lo mires por donde lo mires. El Isp no es la única medida de eficiencia, ya lo sé, pero tampoco lo es la relación W/T, así que esa frase es engañosa. Obviamente, tú o yo, o cualquier otro que entienda del tema, sabe en qué consiste el mérito del M1D, pero una persona ‘normal’ que lea la nota de prensa va a pensar que este motor es la repera y lo mejor del mundo mundial. Para colmo, en la página de SpaceX sobre el Merlin (mira la actualización del post) dicen que es el motor de ciclo abierto de kerolox con mayor Isp, lo que tampoco es cierto. A eso me refería yo con retorcer la realidad.

      En cuanto al tema de los vernier, que sí, hombre, que sé lo quieres decir, pero coincidirás conmigo en que no es cierto que un motor de ciclo cerrado necesite obligatoriamente los vernier (por eso cité al RD-171/180) como decías en el primer comentario.

      Saludos.

    4. Por cierto, y por dejar claro lo de los motores de ciclo cerrado con verniers. que puedes tener un motor de ciclo cerrado con una sola cámara sin necesidad de verniers: solamente tienes que mover la tobera (gimbal control). Ejemplo: el RD-191 en el Angará.

      Más info:

      The RD-191 is an oxygen/kerosene engine which is designed in the framework of generator gas after-burning concept with a capability of combustion chamber’s deflection in a Cardan suspension. An ignition is provided by a chemical method, by feeding into the combustion chamber special starting fuel, which is self-ignited when in contact with liquid oxygen (oxidizer). TVC in channels of pitch and jaw is provided by deflections of combustion chamber in a Cardan suspension. Besides this, the engine can feed a generator gas for running of nozzles providing control on a roll channel. This feature of the engine is crucial for control of the first stages of light-weight launch vehicles and of the core boosters of intermediate/heavy launch vehicles.

      Saludos.

  6. No se sorprendan por estas noticias. un poco de prensa amarillista en el mundo coheteril. Habra defensores de space X y detractores. pero para mi comenzarán a jugar en la liga grande cuando acoplen de verdad su nave a la estacion y no con el brazo robot o vaya tripulada. y el numero de motores no importa, el N-1 fracasó por otras cosas y no por un elevado numero de motores. en Rockets and People encontrarán la informacion de forma más detallada.

  7. Daniel, con tu buen conocimiento de idiomas seguro que sabes lo que significa nitpicker. 😉

    Chico, es cierto que SpaceX no ha roto (de momento) demasiados records en la construcción de cohetes, pero yo les miro con simpatía por lo que están haciendo, por sus metas declaradas, y por su evidente entusiasmo (la escena en las instalaciones de SpaceX entre Elon Musk, Alan Lindenmoyer de la Nasa, y los empleados de SpaceX, tras el lanzamiento del último Falcon 9 da buena fe de esto).

    También les miro con un poco de envidia. Daría un riñón por una oferta de trabajo allí. Seguro que sería divertido.

    Y por último con algo de esperanza de que sus metas no se disuelvan por el camino como le ha pasado a casi todas las agencias espaciales nacionales (quizás con la única excepción de la china).

    Y como dice Cometo, en una primera etapa la relación empuje/peso es más importante que el Isp, y en eso estarás de acuerdo que el Merlin 1D está más que bien colocado.

    Incluso el Isp no está tan mal si tienes en cuenta que no es un motor de combustión escalonada. Comparado con otros de ciclo abierto sí que queda en un lugar aceptable.

    Por cierto que sí han publicado ese Isp. 282s a nivel del mar y 311s en vacío. Lo puedes comprobar en este enlace: http://www.spacex.com/falcon9.php#merlin_engine

    Tienes razón, sólo han batido un record, pero para una empresa de apenas 10 años, cuya dirección técnica la lleva una persona que antes de comenzar ahí no había tenido más contacto con la ingeniería (no digamos ya con cohetes) que haber construído un modelo de juguete cuando era niño, yo diría que es al menos para sacarte una sonrisa.

    1. Sí, soy un nitpicker, pero alguien tiene que hacer el trabajo sucio en vista de que todo el mundo se ha convertido en fanboy de SpaceX…¡estoy rodeado! Resistiré en mi búnker. Tengo munición y víveres de sobra. 😉

      No niego los éxitos de SpaceX, pero no olvidemos que gran parte de su éxito se debe a la generosa aportación de dinero público. En todo caso, me gusta SpaceX y no tengo ningún problema en reconocerlo, pero hay más empresas que tienen mi admiración, como por ejemplo Orbital o, sin ir más lejos, EADS. Últimamente parece que todo se reduce a SpaceX.

      En cuanto al Isp, ésos son los datos del Merlin 1C, no los del Merlin 1D. Y en todo caso, no son totalmente correctos (hay documentos que demuestran que el Isp real del M1C no se corresponde con el publicitado por SpX, aunque la diferencia es mínima).

      A ver, este tema es más simple de lo que parece. Sé perfectamente lo que es el Isp o lo complejo que es definir la eficiencia de un motor cohete. También sé que Cometo, tú y muchos otros lectores de este blog entienden a la perfección qué significa la relación T/W y otras magnitudes de los motores cohetes. El problema es que estamos hablando de una nota de prensa que además ha sido reproducida por la NASA, una nota de prensa que lee mucha gente que, aunque aficionada a temas del espacio, no tiene por que saber qué es el Isp o el T/W. Y si tú vas y sueltas que el M1D es ‘the most efficient booster engine ever built’ estás confundiendo a la gente, así de simple. El Isp no es el único parámetro de eficiencia, pero por el mismo motivo tampo lo es la relación T/W. No les habría costado nada decir que es ‘uno de los motores cohete más eficientes de la historia’ y ya está.

      Saludos.

    2. Vale, concedido, la frase puede llevar a error a cualquier no entendido que la lea, aunque dudo mucho que sean demasiados (todos los locos por la exploración espacial cabríamos en una furgoneta, y dejando sitio). 😉

      Las cifras de Isp no son del Merlin 1C.

      Lo se por por pura casualidad. Las había consultado un día, y al siguiente (este mismo mes) ya eran distintas. Mayores.

      O sea que las han actualizado hace apenas unos días.

      Por cierto que la frase que aparece bajo las especificaciones quizás sea más exacta que la de la nota de prensa:

      «With a vacuum specific impulse of 311s, Merlin is the highest performance gas generator cycle kerosene engine ever built, exceeding the Boeing Delta II main engine, the Lockheed Atlas II main engine and the Saturn V F-1.»

      Un cordial saludo.

    3. Bueno, tienes razón en que los interesados a la astronáutica somos unos pocos bichos raros, pero uno siempre mantiene la esperanza…:)

      Ahora me doy cuenta de lo del M1D. Gracias por estar atento a las cifras del Isp, no me había fijado en que las habían cambiado. De todas formas, yo no me fiaría mucho. Como te dije, muchos de los datos que aparecen en la página de SpX no son correctos, empezando por la masa de la Dragon (¡son todos erróneos!).

      ¿Ves? No les habría costado nada añadir a la nota de prensa el texto que citas y todos tan contentos.

      Saludos.

    4. Carlos T. dice:

      ¡Cuidado Dani! no te vaya a dar un sincope….y a ver con que me entretengo en las horas muertas del curro si eres de lo mejorcito sobre astronautica. (que bien que se puede volver a comentar como anonimo hi, hi)

      Saludotes

  8. La verdad que un poco de transparencia no estaría de mas. Recuerdo en un post hace tiempo discutiendo sobre la capacidad de carga de la Dragon estimada en 6T (3T+3T) y bastante confusió, parecía que iban a doblar el ratio de carga respecto la masa del vehiculo comparado con los números de la competencia, luego se ha visto que no.

    Pero bueno el motor está ahí y funciona. ¿Habrá versión «e» reutilizable?

  9. Siento que mi comentario no sea sobre la entrada en cuestión ya que parece que todo está dicho, pero quería preguntarte, Daniel, si piensas hablar sobre el «Gran hermano marciano», el mars one. Supongo que lo habrás ignorado por surrealista, pero bueno.

    Un saludo

    1. La verdad es que me parece que es una iniciativa de Power Point puro y duro sin ninguna perspectiva de éxito (los creadores ni siquiera tienen nada que ver con SpaceX), pero a lo mejor le dedico un post si encuentro tiempo.

      Saludetes.

    2. Dani, ¿El MERLIN 2 te parece que también solo pertenece al Power Point?
      Merlín SpaceX 2 LOX / motor RP-1-combustible, capaz de una proyección de 7.600 kN (1.700.000 lbf) de empuje a nivel del mar y 8.500 kN (1.920.000 lbf) en el vacío y que proporcionan la energía para el conceptual súper carga pesada lanzamiento vehículos de SpaceX…
      Por supuesto que esta capacidad se traduciría en un motor con más empuje que los motores de F-1 utilizado en el Saturno V…

  10. Me doy por aludido y comento que soy un espacio-trastornado pero de onda nada mas, nunca estudie nada parecido al espacio pero me apasiona de sobremanera. Lastima que estoy en un país en donde estamos a años luz de tener algo parecido a una agencia espacial. Debo reconocer que gracias a Dani y su blog se muchisimo mas de lo que sabia, siendo eso comparando con ustedes practicamente nada. Es por eso que me parece muy acertado de parte de Dani aclarar estos puntos, ya que gente «normal» como yo, al ver una declaracion de prensa como esa en cuestion, mi corazon ha dado un brinco, pensando en que era verdadero. Pero bueno, algo bueno es al fin y al cabo. Dentro del panorama bastante quieto de esto de la exploración espacial, algo asi si que alienta. Fuerza Dani!!!!

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Por Daniel Marín, publicado el 26 junio, 2012
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