Recientemente, la empresa española Pangea Aerospace presentó en sociedad el DemoP1, un motor cohete a base de metano y de tipo aerospike toroidal. El motor, de pequeño tamaño y 20 kilonewton de empuje, se ha probado en el banco de pruebas P8 de la Agencia Espacial Alemana (DLR) y emplea tecnología de impresión 3D de metales, permitiendo una fabricación a un coste muy reducido. Los motores aerospike se llevan estudiando desde los años 60, pero por el momento no se ha logrado poner ninguno en servicio como planta propulsora de un cohete «de verdad». Por tanto, para entender mejor el proyecto de Pangea Aerospace conviene saber de qué estamos hablando. Veamos. Con el fin de mejorar la eficiencia de un motor cohete —relacionada directamente con el impulso específico (Isp)— podemos jugar con la temperatura de la cámara de combustión —que viene dada por la reacción química de los propelentes elegidos—, la proporción de mezcla de los propelentes, la presión o, y aquí viene lo que nos interesa, la forma de la tobera. Las toberas en forma de campana de los motores tradicionales son un elemento clave para optimizar la eficiencia de un motor. Sin embargo, la eficiencia de una tobera depende de la presión exterior. Si la tobera funciona en el vacío, necesitamos toberas muy grandes —idealmente, tendrían que ser infinitamente largas—, mientras que a nivel del mar tenemos que usar toberas más pequeñas. Si no lo hacemos así, además de perder eficiencia, podemos llegar a destruir el motor en los casos más extremos.
Lógicamente, un cohete pasa de una presión de una atmósfera a nivel del mar al vacío en pocos minutos, así que es imposible optimizar las toberas de los motores de las primeras etapas y es necesario optar por una solución de compromiso. El resultado es que se pierde eficiencia por culpa de la forma subóptima de las toberas, una pérdida que se traduce en una menor carga útil. Una solución a este problema es el sistema aerospike, que consiste en usar una rampa en forma de ‘V’ —aerospike lineal— o un cono —aerospike toroidal— alrededor del cual fluye el escape de los gases del motor. De esta forma, el aerospike actúa como una pared para los gases, mientras que la presión atmosférica funciona como otra pared invisible. A medida que la presión atmosférica disminuye, los gases se expanden naturalmente por el lado abierto. El resultado es una ‘tobera’ que se configura automáticamente para tener la eficiencia óptima a una altura dada. En el caso del motor de Pangea Aerospace, de tipo aerospike toroidal, la empresa afirma que la eficiencia es un 15 % superior a la de un motor tradicional.
Pero, si los motores aerospike son tan maravillosos, ¿por qué no hay ninguno en servicio? Pues por varios motivos. Uno de ellos es el pso. Aunque pudiera parecer que un aerospike es más ligero al no tener una ‘tobera completa’, en realidad sucede lo contrario. Por un lado, se favorecen diseños más anchos y más pesados. Por otro lado, cuanto más largo —y, por tanto, pesado— sea el aerospike, mayor será la eficiencia. A este problema hay que sumar el enorme calentamiento que sufre el propio aerospike, que suele ser mucho mayor que las toberas tradicionales. La razón es que las toberas se refrigeran haciendo pasar propelentes a través de conductos que van por su superficie o mediante materiales ablativos. En el caso de un aerospike la primera solución, que es la mejor, es muy complicada de implementar. Pangea Aerospace ha construido su motor mediante impresión 3D, lo que permite diseñar una compleja red de canales de refrigeración dentro del aerospike. Además, el motor usa la aleación de cobre GRCop42, desarrollada por la NASA en 2019, para mantener la temperatura bajo control. Otro problema del aerospike tiene que ver con el sistema de orientación del motor (el llamado gimbal control en inglés). Un cohete con una tobera fija no puede ser controlado en tres ejes, así que es necesario introducir motores vernier —que reducen la eficiencia y aumentan el peso— o un sistema de movimiento de la planta propulsora. Para los motores en aerospike, especialmente los lineales, no se trata de una cuestión baladí.
En definitiva, estos inconvenientes han provocado que los motores aerospike nunca hayan levantado el vuelo (perdón por la broma). Se han construido muchos prototipos, siendo los más famosos los aerospike toroidales J-2T de Rocketdyne en los años 60 o el XRS-2200 —un aerospike lineal— del malogrado proyecto X-33. No obstante, ninguno ha triunfado. Para la mayoría de aplicaciones en astronáutica, las ventajas de los aerospike simplemente no compensan todos los problemas anteriormente mencionados. Pero Pangea Aerospace quiere romper la «maldicion» de este tipo de motores. Nacida en 2018 y con sede en Barcelona, Pangea Aerospace pretende aplicar la tecnología aerospike a motores de mayor tamaño y ya ha ganado un contrato con la Agencia Espacial Francesa (CNES) con este fin. Según la empresa, la Agencia Espacial Europea (ESA), el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial de España (CDTI) y varias entidades privadas se han interesado en esta tecnología. En mayo de 2021 la compañía captó tres millones de euros en su primera ronda de inversión. La empresa está a cargo de Adrià Argemí, Xavier Llairó, Federico Rossi, Nicola Palumbo, Luis Bellafont y Rasmus Bergström.
Más adelante, Pangea Aerospace quiere usar una versión mejorada de su motor aerospike en la primera etapa de un microlanzador denominado Meso capaz de colocar 150 kg en órbita baja. Aunque no se conocen muchos detalles de este vector, su primera etapa será reutilizable. No obstante, no aterrizará mediante propulsión activa o paracaídas, como otras propuestas actuales, sino que se posará en horizontal mediante un curioso y original sistema de turboventiladores en línea situados a ambos lados de la etapa. Con el fin de aclarar algunas dudas relativas a su motor aerospike y al lanzador Meso, la gente de Pangea Aerospace ha tenido la gentileza de responder a una serie de preguntas planteadas por un servidor:
- Eureka (E): ¿Qué empuje tiene el motor? ¿Cuál es su Isp y su relación empuje/peso?
- Pangea Aerospace (PA): 20 kN (unas 2 toneladas) de empuje. El Isp y la relación empuje/peso no los hemos comunicado públicamente.
- E: ¿Cómo funciona el gimbal del motor?
- PA: Esta información es confidencial
- E: ¿Qué dificultades específicas han encontrado a la hora de diseñar un aerospike con metano en vez de queroseno o hidrógeno?
PA: La gran dificultad es que es un combustible criogénico y que hay menos literatura que para el keroseno. Sin embargo, a nivel de handling es mucho más fácil que el hidrógeno. El metano líquido justamente también es una de las claves para el enfriamiento del motor y para su reutilización. Con keroseno, la capacidad de reutilizar un motor se reduce de manera significativa, ya que deja hollín en el motor. - E: ¿Cuál es la relación de expansión del aerospike?
- PA: El ratio de expansión, en el caso de DemoP1, está dictado por las dimensiones de la impresora de fabricación aditiva.
- E: Supongo que esta versión está alimentada por presión, pero para el lanzador Meso emplearán turbobombas, ¿no?
- PA: Exacto. Este motor se probó en el banco de pruebas P8 de la agencia espacial alemana (DLR), que alimenta por presión la cámara de combustión. Lo hicimos ahí porque, básicamente, es el único sitio de pruebas en Europa con capacidad para metano. Ojalá en el futuro haya algo para probar motores con metano líquido en nuestro país. Respecto a la turbo maquinaria, es algo que ya hemos empezado a desarrollar. No podemos hablar del ciclo de manera pública y, cómo bien sabes y saben tus lectores, la turbo maquinaria siempre es un desarrollo complejo.
- E: Me gustaría saber algo más sobre el sistema de refrigeración del aerospike, que es una de las principales dificultades de este tipo de motores.
- PA: Hay ciertos elementos que hemos patentado, cómo el enfriamiento regenerativo dual. Es decir que utilizamos los dos combustibles criogénicos para enfriar el motor, sin tener mucha pérdida de presión. Por otro lado, hay dos grandes facilitadores para poder enfriarlo: los materiales escogidos y la libertad de diseño que permite la fabricación aditiva, sobre todo respecto a la geometría de los canales de refrigeración. Y, obviamente, hay algunos ingredientes secretos en nuestra salsa para conseguir la refrigeración del motor. En cualquier caso, estamos bastante contentos, ya que el problema térmico es menor cuánto mayor es el motor, porque hay mucho más caudal para enfriar y el calentamiento aumenta menos rápido que el aumento caudal. Por último, el delta de eficiencia es mayor cuánto mayor es el motor y más empuje tiene y por ahí van nuestros próximos pasos.
- E: También me gustaría saber algo cómo han controlado el exceso de peso con respecto a un motor normal.
- PA: Lo del exceso de peso es sobre todo cuando hay distintas cámaras de combustión que dirigen el flujo hacia una tobera central. Nuestro diseño no es para nada así, sino que tenemos una cámara de combustión toroidal alrededor de la tobera. Al final, al ser la garganta mucho más grande en un aerospike que en un motor en campana, y al tener esta zona una alta densidad de material, sí que es un poco más pesado. Sin embargo, el impacto en el peso es francamente insignificante.
- E: ¿Ven posible usar una versión de este motor en el proyecto Themis?
- PA: No hay ninguna posibilidad. Uno de los objetivos de Themis es utilizar [el motor] Prometheus [de metano]. Sin embargo, hemos estado en colaboración con ArianeWorks en el pasado y esperamos poder volver a trabajar juntos en el futuro para reforzar el sector aeroespacial europeo.
- E: ¿Cuál es el peso aproximado del sistema de fans eléctricos para el aterrizaje de la primera etapa del Meso?
- PA: Esta información es confidencial.
- E: ¿Qué prestaciones tiene el motor de la segunda etapa del Meso?
- PA: Esta información es confidencial
- E: ¿Quieren usar la técnica de impresión 3D de metales para las etapas del lanzador?
- PA: No tenemos una respuesta oficial en este momento, aunque tenemos muchas ideas y opciones.
- E: ¿Planean utilizar en un futuro alguna etapa superior?
PA: Sí. - E: ¿Qué lugares de lanzamiento están barajando?
- PA: Respecto a la base de lanzamiento, hemos estudiado distintas opciones y hemos hablado con todos los proyectos que existen o se están creando.
- E: ¿Qué precio por lanzamiento calculan que tendrá el Meso?
- PA: El precio de lanzamiento no lo comunicamos. Sin embargo, podemos decir que estamos trabajando sobre un nuevo modelo de negocio en la industria. En 2022 habrá novedades sobre este punto.
Como vemos, a pesar de que solo tiene tres años de vida, Pangea Aerospace tiene planes muy ambiciosos. Les deseamos mucho éxito y mucha suerte en el duro y largo camino hacia la órbita.
Demasiadas respuestas «es confidencial».
O tienen resultados muy buenos, y prefieren dar un golpe en la mesa, o son mediocres, y prefieren no decirlos para no romper el hype.
Y dada la dificultad de estos motores en el pasado, me temo que sea el segundo. Aunque siempre nos queda la ilusión.
De todas formas, siempre es bueno que haya gente intentando cosas nuevas. Hay que fracasar múltiples veces para lograr algún éxito.
Vamos, que TU les perdonas la vida.
¡Cuanta gente solo sabe malmeter para llamar la atención!
Joer, fisivi… tampoco creo que el comentario de Zanstel sea para ponerse así…
cuando se desarrolla un proyecto nuevo, disruptivo, avanzado,
hay muchas cosas de tecnología nueva que es lógico deban son del ámbito de lo confidencial,
lo importante es que muestren las cifras de cuanto es capaz de empujar (con base en su masa) su motor
Perdóname Zanstel si te he molestado con mi crítica. Es que en esto de criticar también podría aplicarse lo que dices:
«De todas formas, siempre es bueno que haya gente intentando cosas nuevas. Hay que fracasar múltiples veces para lograr algún éxito»
Saludos
Muchas gracias por este articulo, ¡Que gran trabajo!.
Que ciclo utiliza el motor ? , expansor, generador de gas , por etapas o flujo completo ?
Como se preveía el CEO Adrià Argemi que lee los comentarios… por supuesto ya a borrado el mensaje publicado el 14 de febrero de 2010 (Estaria be que fessin proves atomiques a madriz i que desapareixes del mapa duna puta vegada!!!) Gracias por hacer gala de tu ilustre sinceridad. Este mensaje tan «divertido» se encontraba entre los días 17 de feb del 2010 y el 10 de febrero del 2010 que son las otras dos entradas que tiene publicadas. No me gustan y no tolero las faltas de respeto a otras comunidades gratuitamente, es una pena…que…no puedan colgarse fotos en los comentarios.
Bien dicho, Adrià. Siempre he pensado que el Santiago Bernabéu sería perfecto para las pruebas nucleares francesas.
TE parece gracioso divulgar el odio, el racismo y la supremacía entre comunidades Martínez?
No seas patético pretendiendo instrumentalizar un simple comentario jocoso en internet.
Intentas meter con calzador tus ideas preconcebidas al respecto hablando de racismo y supremacismo. Pero…¿tú qué te has fumado?
Está claro que lo único que quieres es hablar de tu libro y difundir una versión manipulada de las cosas.
Por si te sirve de referencia, es de lo más normal en Cataluña fantasear con la posible aniquilación de Madriz y sus instituciones. En sobremesas familiares, y tomando un vermouth en la terraza de un bar.
En Cataluña? Prácticamente en TODA la España periférica se bromea mucho con eso de que al país le iría mejor si fuese un donut. O lo bien que vendría tener un gran lago central 😂
Tiene gracia que gente que se informa de las noticias leyendo la prensa de la Caverna Mediática diga cosas como:
«TE parece gracioso divulgar el odio, el racismo y la supremacía entre comunidades»
Por si no te has dado cuenta (y evidentemente, no lo has hecho), esos medios que lees se dedican 24/7 a «divulgar el odio, el racismo y la supremacía entre comunidades», y siempre en contra de la misma comunidad.
Pero supongo que eso es invisible para tí.
¿Qué bandera llevará el cohete?
¿La española, la europea o la estelada? 🤣🤣
Tiene gracia que dos empresas como Pangea y RocketLab apuesten fuerte por la reutilización pero tengan visiones totalmente opuestas en cuanto a la filosofía de los motores que quieren usar. Mientras los primeros eligen un motor de lo más avanzado y rompedor como piedra central de su lanzador, el CEO de RocketLab anunció ayer que su Neutron usará motores muy sencillos con mucho margen de seguridad para poder ser usados múltiples veces minimizando el desgaste y riesgo.
La idea de aterrizar con múltiples motores de hélice eléctricos, como un dron, y en horizontal, ofreciendo más resistencia al aire, me parece genial. Ojalá que funcione.
Esos motores, al empezar el descenso, se me ocurre que podrían funcionar como freno, cortocircuitando sus polos. O aún mejor, si a la vez que de freno sirviesen como generadores para recargar las baterías que los muevan al final del descenso.
Una vez vi una imagen de una nave tipo transbordador, creo que era el X-33, y tenía un aerospike lineal. Tenía un aspecto muy curioso. A ver…
Lo encontré!. Sí era el Venture Star X-33 de Lokheed Martin, y estaba aquí, un post de Daniel:
https://danielmarin.naukas.com/2014/06/11/x-33-la-nave-espacial-que-pudo-revolucionar-la-conquista-del-espacio/
Estos motores no habían recibido la atención necesaria. Me alegro de que en España se haya conseguido llevar del papel a la realidad.
La tecnología espacial sigue dando pasos incluso en «este país». Vivimos una época emocionante.
Por otro lado, si es verdad que el CEO Adriá Argemi se ha expresado con estas palabras.
«Estaria be que fessin proves atomiques a Madriz i que desapareixes del mapa de una puta vegada»
Me parece un hombre poco conocedor del marketing empresarial, poco educado y poco inteligente. Este tipo de cosas, son las que crea enemistades y rencores que joroban las relaciones con un sinfín de personas que, podían haber sido provechosas para su proyecto. Él solito se cierra puertas a cascoporro. (Por decir algo, que la cosa podía comentarse más detalladamente, pero no es plan).
«Él solito se cierra puertas a cascoporro»
No importa. Están fabricando el primer ICBM catalán, o sea que más les vale buscar las inversiones fuera de España.
cuando cayo la URSS se disolvió, Lockheed Martin compro la tecnología de los motores con tobera movible del Yak-141 (si, el padre del F-35) y también entro otras tantas tecnologías que «compraron» están los motores aerospike lineales de Tupolev Tu-2000, osea el padre del X-33 Ventrure Star…
Actualmente esta el Korona de Makeyev…
los rusos no inventaron el motor aerospike
Yo no he dicho eso…
Pero los aerospike lineales del prototipo del Tu-2000A eran los más avanzados para la época con muchos años de adelanto con su contraparte norteaméricana…
Si. Muy ofensivo. ¿Sería una bravata de juventud, o lo pensará muy en serio? Que triste tener esos deseos de odio.
Por cierto ¿habéis visto esto?
https://www.latimes.com/espanol/eeuu/la-es-los-militares-estan-construyendo-un-avion-espacial-y-parece-haber-un-motor-listo-para-la-tarea-20180716-story.html
Darpa y Boeing quieren intentar lo de el «avión espacial».
Aunque la noticia es de 2018 y dice que el primer vuelo sería para 2021 🙄
¿Lo verán nuestros ojos?
Cancelado. Boeing abandonó el proyecto.
https://danielmarin.naukas.com/2021/12/02/el-motor-aerospike-de-la-empresa-espanola-pangea-aerospace/comment-page-2/#comment-544985
¿Pero de qué demonios hablas?
El motor al que se refiere es el RS-22 de Aerojet Rocketdyne, una versión del RS-25 del SLS (y del SSME del Shuttle) modificada para realizar 10 encendidos en 10 días.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/XS-1_(spacecraft)
Es Parraga. Dejalo ya Martinez, no vale la pena. desde sus motores coheticos y su amor a la madre rusia qque ni vale la pena comentarle algo… al menos entre sus desvarios deja lindos enlaces, no es un troll total como el A.K.A «tu sabes quien»
Martínez me refiero a este último párrafo:
«Aunque la noticia es de 2018 y dice que el primer vuelo sería para 2021 🙄
¿Lo verán nuestros ojos?»
Osea que el SSTO más prometedor (a día de hoy claro está) es el Korona de Makeyev…
Sería pausible verlo con los nuestro ojos…
@Walkurt:
creeme prefiero mil veces leer a Antonio que a ti…
Al menos el aporta datos técnicos con los que tú solo soñarias…
Oh, Señor, ¿por qué yo?
Mira Julio, es que para empezar, nadie está hablando de un SSTO.
El proyecto XS-1 de DARPA y Boeing no es un SSTO, sino un sistema de lanzamiento de dos etapas.
La primera etapa es un avión espacial, el XS-1, que acelera y libera una segunda etapa tradicional (que creo transporta en el lomo).
Más a mi favor el Korona es un SSTO puro!
Gracias por el artículo, Daniel, muy interesante.
Le deseo toda la suerte a los chicos de Pangea, ya era hora de que hubiese una empresa de cohetes en Barna.
Algunas nuevas empresas que anuncian motores aerospike lo hacen sólo para llamar la atención y atraer inversiones (como en la primera encarnación de Firefly). En cambio, parece que Pangea va en serio con el suyo.
Si consiguen llevarlo hasta la operatividad, será un triunfo sin precedentes. Sería una buena carta de presentación.
Además, los aficionados llevamos décadas queriendo ver en acción un motor aerospike, por lo que si lo consiguen van a tener un lugar en los corazones de la afición de todo el mundo.
Apa, nois, foteu-li canya!
Exclusiva mundial:
Pangea presenta su nuevo cohete:
El «Tres de deu amb folre i manilles».
https://ca.m.wikipedia.org/wiki/3_de_10_amb_folre_i_manilles
¿Nuevo tipo portátil de rampa de lanzamiento? 🤣
… pensé que ése era el prototipo de gancho del cielo catalán.
🤔
Un nuevo post impresionante de Daniel Marin, enhorabuena!
Un par de links que dan contexto a alguno de vuestros comentarios.
– Tema PLOCAN, aquí está el BOE: https://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2021-18963
– Tema gimbal, una pista seguro que la encontramos:
> aquí https://www.researchgate.net/publication/323295559_Evaluation_of_the_performance_potential_of_aerodynamically_thrust_vectored_aerospike_nozzles
> y aquí: https://elib.dlr.de/137842/1/Gradetzke%20Master%202020.pdf
OT: Grandes noticias.
«Construction of Starship orbital launch pad at the Cape has begun»
Uh… No parece que Elon se tome muy en serio lo de la bancarrota.
Una de las funciones del complejo de lanzamiento de Starbase es servir de conejillo de indias, de experiencia.
SpX tiene que construir media docena, como mínimo, de pads de lanzamiento para la Starship.
– 2 en Starbase
– 2 en los espaciopuertos flotantes Deimos y Phobos.
– 1 en el pad LC-39A de Florida.
– 1 en Vandenberg, California.
Si suponemos 2 pads en Florida y California, suman 8. Y si el proyecto de transporte P2P intercontinental se hace realidad, necesitarán varios más.
Sabiendo que (si todo va bien) necesitará construir varios complejos de lanzamiento, SpX ha montado uno experimental en Starbase para poner en práctica sus ideas al respecto, analizar el resultado y optimizar la construcción de las siguientes bases de lanzamiento para la Starship.
Después del desarrollo iterativo de cohetes y factorías de cohetes, ahora SpX se dedica a iterar complejos de lanzamiento enteros, cada nueva versión edificada y mejorada sobre los cimientos (conceptuales) de la anterior.
El detalle de Mechazilla, el torresaurio diabólico, cobrando vida para cazar al cohete al vuelo con sus garras y devorarlo es impagable.
Starship sigue desprendiendo ese aroma a película de serie B de los años 50.
¿Qué Consejo de Administración aprobaría algo así? En cualquier otra empresa los inversores litigarían para declarar a Elon mentalmente incapacitado y apartarlo de cualquier posición de responsabilidad.
¿Cómo es posible no amar a ese tío?
Musk no es santo de mi devoción pero hay que reconocerle unas bolas de acero inoxidable. He has balls of steel!
Iterar sobre cohetes es caro pero hacerlo sobre espaciopuertos es demencial.
Independientemente de si se va a la bancarrota o no, me encantaría (creo que a todos) ver a su megacohete volar hasta la órbita y luego las dos piezas amerizar. Será memorable.
Coincido. Como espaciotrastornado, ver el SHSS despegar y aterrizar de una pieza (el SH en Mechazilla y la SS aunque fuese en el agua, u sea, amerizar) tiene que ser O-R-G-Á-S-M-I-C-O.
A Howard Hughes, se lo hicieron…
¿Qué Consejo de Administración aprobaría algo así? En cualquier otra empresa los inversores litigarían para declarar a Elon mentalmente incapacitado y apartarlo de cualquier posición de responsabilidad.
NO descartes que con los años a Musk se lo hagan…
PD: Hechar cemento es más fácil que hacer motores fíables…
Por milésima vez, Erick, Elon no se arriesgará a perder el control de SpX hasta haber cumplido sus objetivos marcianos.
Tiene más que suficiente con sus acciones de Tesla para cubrir lo que sea, si fuera necesario para mantener el control.
Y no permitirá que se repitan experiencias del pasado, como en PayPal o con la salida a bolsa de Tesla.
O sea que, por milésima vez te digo que no te hagas ilusiones al respecto.
Elon tiene ahora más dinero, más influencia y más experiencia, y es más peligroso que nunca.
muchos quisieran estar en un mundo paralelo en donde Elon Musk no existiese
Justo hoy me apareció en recomendados el hasta ahora único video del canal de esta empresa. Se ve una prueba de más de un minuto del aerospike. Parece que van por buen camino.
https://www.youtube.com/watch?v=CombVB48ziY
Para mi, a parte de lo «esoterico» de la tecnologia elegida, lo más interesante es que al menos hay ya dos iniciativas privadas en españa investigando motores de combustible liquido, y encima de dos variedades distintas, metano y keroseno.
¿sabemos si en nuestro entorno (francia italia alemania, paises nordicos etc) si tambien se mueven pequeñas empresas con intenciones similares de tener su propio diseño de motor?