El Transbordador tiene dos fuentes de combustible: el Tanque Externo y dos Cohetes Reforzadores Sólidos, en inglés Solid Rocket Boosters (SRB). El orbitador también almacena combustibles hipergólicos que son usados durante la estadía en el espacio.

El impulso combinado es tal que en un lapso de 0 a 8,5 segundos el Transbordador alcanza una velocidad de 28 km/seg.


[b]El Tanque Externo[/b]

El Tanque Externo llega hasta el Edificio de Ensamblaje de Vehículo en una enorme barca. Una vez en esta instalación, es procesado y colocado en posición vertical para ser unido al orbitador.

El Tanque Externo es el elemento más grande y más pesado del Transbordador Espacial. Además de alimentar a los tres motores principales del Orbitador, el Tanque cumple la función de espina dorsal del Transbordador al absorber las cargas de empuje durante el lanzamiento.

[b]Los Motores Principales[/b]

Son tres, y proveen del empuje necesario para alcanzar la velocidad de escape. Los motores principales están ubicados en la parte inferior del Orbitador y antes de ser instalados en el mismo han de haber pasado por una prueba de encendido en el Centro Espacial Dennis en Mississippi de donde son transportados en camión hasta el Edificio de Ensamblaje de Vehículo.

Los motores miden unos 4,2 metros de altura y cada uno pesa unas 2 toneladas. La fuerza que producen es tremenda: 12 millones de caballos de fuerza, lo necesario para proveer de energía a 10.000 hogares. El elemento principal de los motores es la turbobomba la cual se encarga de alimentar de propelente a la cámara de combustión. La potencia de la turbobomba también es descomunal, ya que tiene con sólo el tamaño de un motor V-8 tiene la fuerza de 28 locomotoras, por lo que si llegara a explotar enviaría una columna de hidrógeno a 58 km a la redonda. Cuando se enciende, la turbobomba consume una tonelada de combustible por segundo.

Los motores principales utilizan LOX y LH2 que se encienden en la cámara de combustión que no mide más de 25 centímetros de diámetro a una temperatura de 3.300 °C lo que le da una gran presión. Una vez que son liberados, los gases calientes son expulsados por la tobera. Después de la separación de los boosters, los motores principales siguen encendidos por varios minutos. Los motores principales son reutilizables para 55 despegues y operan con un rendimiento máximo de 104%.


[b]Cohetes Reforzadores Sólidos[/b]

El Transbordador Espacial usa el cohete de propulsión sólida más grande del mundo. Cada cohete reforzador, o booster en inglés, contiene 453.600 kg de propelente en la forma de una sustancia sólida de consistencia similar a la goma de borrar. El Cohete de Reforzador Sólido (SRB) tiene cuatro secciones centrales que contienen el propelente. La parte superior tiene un hueco en forma de estrella que se extiende hasta dos tercios hacia abajo hasta tomar la forma de un cilindro. Cuando entran en ignición todas las superficies expuestas reaccionan violentamente proveyendo el impulso necesario. Debido a la forma de estrella del segmento superior, la eficiencia de impulso es mucho mayor que con una forma cilíndrica.

Después de proveer un empuje equivalente a un tercio del total, los SRBs se separan a los 2 minutos 12 segundos de vuelo.


[b]Propelentes[/b]

El combustible utilizado por el Transbordador Espacial proviene del Tanque Externo y de los Cohetes Reforzadores o también conocidos como Boosters. El propelente empleado en los boosters es perclorato de amonia y tiene una consistencia sólida; respecto al Tanque Externo, aquí sucede lo contrario ya que está dividido en dos tanques el superior contiene oxígeno líquido (LOX) y el segundo tanque contiene hidrógeno líquido (LH2) los cuales se mezclan en la cámara de combustión de los motores principales del Transbordador Espacial proveyendo la combustión.

Una característica importante de los combustibles es su impulso específico, el cual es utilizado para medir la eficiencia de los propelentes de los cohetes en términos de segundos. Cuanto más alto es el número, más “caliente” es el propelente.

La NASA utiliza cuatro tipos de propelentes: petróleo, criogénicos, hipergólicos y sólidos.

El petróleo es en realidad un tipo de kerosén similar al quemado en las lámparas y estufas. Sin embargo, en este caso se trata de un tipo llamado RP-1 (Petróleo Refinado) que es quemado con oxígeno líquido (oxidante) para proveer de impulso. El RP-1 sólo se utiliza en los cohetes Delta, Atlas-Centaur y también fue utilizado en las primeras etapas del Saturn 1B y el Saturn 5.

En el Programa del Transbordador el petróleo no es usado, salvo para etapas de satélites. En el despegue, el Transbordador Espacial utiliza el tipo criogénico y sólido, mientras que en órbita hace uso de los tipos hipergólicos.

[b]Criogénicos[/b]

Los propelentes criogénicos son oxígeno líquido (LOX) que es utilizado como oxidante, y también hidrógeno líquido (LH2) que es el combustible. El LOX permanece en estado líquido a –183°C y el LH2 a –253°C.
En su estado gaseoso, el oxígeno e hidrógeno tienen densidades tan bajas que sería necesario enormes tanque para su almacenamiento, por ello deben ser enfriados y comprimidos para ser almacenados en los tanques de los cohetes. Debido a la continua tendencia de los criogénicos en volver a su estado natural, es decir, gaseoso, su uso es menos satisfactorio para los cohetes militares debido a que éstos deben permanecer por largos períodos de tiempo en las bases de lanzamiento.

A pesar de las dificultades que acarrean para su almacenamiento, la combinación LOX-LH2 tienen una gran eficiencia. El hidrógeno tiene una potencia de 40% más que los otros combustibles y es muy liviano pesando cerca de 0,45 kg por cada 3,8 litros. El oxígeno es mucho más pesado, con 4,5 kg por cada 3,8 litros.

Los motores de alta eficiencia a bordo del orbitador usan hidrógeno líquido y oxígeno líquido y tienen un impulso específico de 455 segundos, mientras que el impulso específico de los motores F-1 del Saturn 5 llegaban a 260 segundos. Las células de combustible a bordo del orbitador usan estos dos líquidos para producir energía eléctrica en un proceso conocido como electrólisis inversa. La quema del LOX y el LH2 no producen sin producir contaminación dejan un subproducto: el vapor de agua.


[b]Hipergólicos[/b]

Los Hipergólicos son combustibles y oxidantes que entran en ignición cuando entran en contacto, por lo que no necesitan de una fuente de ignición. Esta capacidad de encendido los hace especialmente útiles en sistemas de maniobramiento, tanto tripulados como no tripoulados. Otra de sus ventajas es el almacenamiento, ya que no necesitan temperaturas extremamente bajas como los criogénicos.

El combustible es monometil hidracina (MMH) y el oxidante es tetróxido de nitrógeno (N2O4). La hidracina es un compuesto de nitrógeno e hidrógeno con un olor muy fuerte similar al amoníaco. El tetróxido de nitrógeno es de color rojizo y tiene un olor repugnante. Debido a que ambos son altamente tóxicos, su tratamiento se realiza bajo condiciones de seguridad extrema.

El orbitador usa hipergólicos en su Sistema de Maniobramiento Orbital (OMS) para la inserción en órbita, maniobras orbitales y salida de órbita. El Sistema de Control de Reacción usa hipególicos para el control de actitud.

La eficiencia de la combinación MMH/N2O4 en el orbitador es de 260 a 280 segundos en el SCR y 313 segundos en el OMS. La mayor eficiencia del OMS se explica por la mayor expansión de las toberas y las elevadas presiones en las cámaras de combustión.


[b]Sólido[/b]

Los propelentes sólidos son los más simples de todos. Su uso no requiere de turbobombas o complejos sistemas de alimentación de propelentes. Su ignición se produce con un largo chorro de llamas producido desde la punta del cohete lo cual produce el encendido inmediato. Los combustibles sólidos, compuestos por un metal y diferentes mezclas químicas son más estables y permiten un mejor almacenamiento. Por otra parte, la gran desventaja que presentan es que los propelentes sólidos una vez encendidos no pueden apagarse.

Los propelentes sólidos se usan en una gran variedad de naves y sistemas como el Módulo de Asistencia de Carga (PAM) y en la Etapa Superior Inercial (IUS) que proveen el impulso necesario para que satélites alcancen órbitas geosincrónicas o para entrar en órbitas planetarias. El IUS se utiliza en el Transbordador Espacial.

Un propelente sólido siempre posee su propia fuente de oxígeno. El oxidante del propelente sólido del Transbordador Espacial es perclorato de amonia, que constituye el 63,93% de la mezcla. El combustible es una forma de aluminio en polvo (16%) con un oxidante de hierro en polvo (0,07%) como catalizador. El fijador que mantiene a la mezcla unida es ácido acrilonitril polibutadieno (12,04%). Además, la mezcla contiene un agente de protección epoxy (1,96%). Tanto el fijador como el agente epoxy se queman junto con el resto del propelente, contribuyendo al empuje.

El impulso específico de los SRB del Transbordador Espacial es de 242 segundos a nivel del mar y 268,6 segundos en el vacío.

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