¿Cuáles son los métodos para aumentar el impulso específico de un cohete?

Answer 1

Ya estamos en el rango máximo posible con los propelentes químicos existentes. A menos que haya nuevos compuestos químicos como el nitro cubano enjaulado, se utilizan pero son muy costosos y en fase de desarrollo, como estos

Al aire libre
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Recientemente (hace unos veinte años) se desarrolló CL-20 y tiene la velocidad de detonación más alta, como se muestra en la tabla a continuación.
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Como puede ver en esta tabla, la velocidad de detonación de CL-20 es de 10065 m / sy la de TNT es de 6881 m / s. Pero, su balance de oxígeno es negativo en un 11%, lo que significa que no se puede usar en el espacio a menos que podamos proporcionar oxígeno. Otro problema es que su velocidad de combustión es muy alta para ser utilizada en cohetes. Y genera una presión muy alta que no puede ser sostenida por la cámara de combustión de cohetes.
Por lo tanto, para los cohetes espaciales, necesitamos alta densidad, estabilidad, equilibrio positivo de oxígeno y alta velocidad de combustión. Para los propulsores, se mide en mm / s al encender una pieza larga de propulsor a una presión similar a la del cohete y la velocidad de combustión se mide mediante una cámara de alta velocidad o sensores eléctricos.
Por cuestiones de seguridad, tenemos que cuidar la sensibilidad al impacto, la sensibilidad a la fricción y la temperatura de deflagración. La sensibilidad al impacto del CL-20 es de 4 Nm, mientras que para tnt su 15. Cuanto más alto, mejor.
Espero que tengas la idea de lo complejo que es este problema para encontrar al candidato adecuado.
Actualmente utilizamos perclorato de amonio, que es realmente bueno, su balance de oxígeno es de + 34% y la densidad es de 1.95 g / cm3.
Y en combustibles líquidos, tenemos hidracina, queroseno, oxígeno líquido e hidrógeno, etc.
Entre todos los candidatos, el hidrógeno líquido y el oxígeno tienen el mayor impulso por mol, pero el impulso por gramo es bajo debido a su baja densidad.

Y la razón, para cambiar los propulsores actuales es aumentar el rendimiento y el respeto por el medio ambiente. El perclorato de amonio libera ácido clorhídrico en la atmósfera y es muy corrosivo.
Aquí está la lista de impulso específico de diferentes propulsores.
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Answer 2

Las otras respuestas proporcionan un buen resumen de cómo puede aumentar el impulso específico mediante la propulsión química .

Los cohetes químicos están limitados a unos 450 s de Isp (LOX / LH2). Para romper esa barrera, necesitas una tecnología de cohete alternativa.

Los cohetes térmicos nucleares pueden llevarle hasta unos 1000 s de Isp.

Los propulsores eléctricos (o “cohetes de plasma”) pueden llevarlo más allá de 1000 s Isp (vea los propulsores de iones y Hall de rejilla) y potencialmente al rango de 10,000 a 100,000 s.

Un artículo reciente de la Conferencia Internacional de Propulsión Eléctrica describe un diseño para un propulsor de iones de energía de rejilla que produce 58,000 s utilizando propelente de litio. Es un proyecto de la NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) dirigido por John Brophy (JPL) que ha mostrado resultados preliminares prometedores para una misión precursora interestelar. Vea el artículo a continuación para más detalles.

Concepto de la NASA para utilizar una potencia de transmisión de 100 MW para una unidad de iones que es 20 veces mejor | NextBigFuture.com

Answer 3

el impulso específico se define como el empuje integrado en el tiempo por unidad de peso en la Tierra del propelente:

Isp = Vo / g

g, fijado para la tierra.
Vo, velocidad media de escape en m / s o ft / s
Entonces, ¿cómo aumentamos la velocidad de escape promedio? Eso depende del propelente al propelente. En la cohetería de aficionados, muchos aditivos se utilizan para hacer que la quemadura sea más eficiente, lo que a su vez aumenta el impulso específico.

Answer 4

Esto realmente es ciencia espacial.

Para aumentar la Isp, aumenta la velocidad de escape y elimina cualquier expansión de sobrepresión parasitaria que ocurra más allá de la boquilla.

Para las operaciones atmosféricas, puede obtener grandes ganancias de ISP si puede encontrar una manera de utilizar O2 atmosférico en lugar de su oxidante a bordo. Tenga cuidado al intentar esto; Probablemente hay una razón por la que ningún diseño popular de cohetes incluye la función.