¿Qué tan difícil es la ciencia de cohetes?

La ciencia de cohetes no es tan difícil. Es la ingeniería lo que es difícil.

Robert Goddard y Konstantin Tsiolkovsky resolvieron las matemáticas y ciencias básicas en la primera década del siglo XX.

La mayor parte de lo que siguió, desde el V2 hasta el transbordador espacial hasta los descendientes de hoy, fue la ingeniería para implementar primero y luego mejorar sus ideas.

¿Te gusta el espacio? Puede que le guste mi muestra de ciencia ficción gratuita y galardonada.

¿Sabes cuando alguien dice: “No es ciencia espacial”? Y se refieren a algo que creen que debería ser fácil de entender o hacer, es porque Rocket Science es extremadamente tedioso y no se entiende fácilmente debido al mayor orden de pensamiento que se requiere. Hay muchos conceptos e ideas desafiantes para retener a la vez. En realidad, es muy difícil y difícil, pero tenga en cuenta que depende de la persona y de cómo lo mire, pero para la mayoría de las personas es realmente difícil.

Según mi sabiduría sobre la dificultad de Rocket Science: en mi primera clase de astronáutica en UC Irvine, obtuve 4 de 100 en el primer semestre, ¡es cierto, 4! Y para poner las cosas en perspectiva, el promedio de la clase fue de 7 sobre 100. Nunca olvidaré lo ridículo que fue ese período intermedio. El profesor consideró que la clase aprendió poco o nada y que no podía pasarnos a ninguno de nosotros si ocurriera lo mismo en el segundo semestre y final. Los alumnos anteriores me advirtieron que la clase elimina a las personas “no aerodinámicas” que no pueden soportar el pensamiento difícil que se requiere y pensé que posiblemente podría reprobar. Seguro que sí, apenas sobreviví. En mis clases de aeronáutica, el profesor diría que no da crédito parcial “porque si lo hiciera, usted (el estudiante) mataría gente”. No se puede obtener un diseño de ala correcto en parte y esperar que las personas suban al avión y sobrevivan; debe asegurarse de que lo que hizo fue 100% correcto y tener las matemáticas para demostrarlo ”. Básicamente, no hay lugar para el error cuando se trata de la vida humana. Todo esto fue solo para una Licenciatura en Ciencias en el sector aeroespacial. Menos personas continúan con sus maestrías y doctorados en el tema.

Para comprender realmente cuán difícil es la Ciencia de cohetes, debe mirar la historia de la Tecnología de cohetes nazi de Alemania, la NASA de los años 50 y 60, y el SpaceX actual (quizás agregue los logros / investigación de la Unión Soviética y otras compañías de cohetes) Rocketdyne, ULA y Blue Origin … etc.). Por lo general, requiere que una nación haga lo que SpaceX está logrando: lo que están haciendo es construir sobre tecnologías anteriores, innovando y modernizando la tecnología Rocket. Literalmente, han sacado mucho talento de las universidades y las compañías espaciales existentes e hicieron realidad los sueños (aterrizar un cohete en el medio del océano en una barcaza y, con suerte, algún día reutilizarlo). Y todavía tienen un largo camino por recorrer para llegar a Marte y hacer que los cohetes sean reutilizables. Básicamente, para responder a su pregunta: Sí, la ciencia de cohetes es realmente TAN difícil . * Difícil, pero no imposible *

El esfuerzo que conlleva junto con un requisito de conocimiento integral en múltiples disciplinas es lo que lo hace muy difícil. Pero, ahí es donde entran en juego el entusiasmo, la búsqueda del conocimiento y la ambición. Los ingenieros espaciales pasamos por alto la parte de la dificultad y esperamos la parte del desafío. No hay una forma clara de cuantificar la dificultad de la “ciencia de cohetes”. Preferimos llamarlo Ingeniería. Esto se debe a que la ciencia tiene una solución, pero la Ingeniería ofrece varias.

Estas son las ‘leyes’ del diseño de naves espaciales por Akin. Leerlos debería darte una comprensión cualitativa de la dificultad.

1. La ingeniería se realiza con números. El análisis sin números es solo una opinión.

2. Diseñar una nave espacial correctamente requiere una cantidad infinita de esfuerzo. Es por eso que es una buena idea diseñarlos para que funcionen cuando algunas cosas están mal.

3. El diseño es un proceso iterativo. El número necesario de iteraciones es uno más que el número que ha realizado actualmente. Esto es cierto en cualquier momento.

4. Sus mejores esfuerzos de diseño inevitablemente terminarán siendo inútiles en el diseño final. Aprende a vivir con la decepción.

5. (Ley de Miller) Tres puntos determinan una curva.

6. (Ley de Mar) Todo es lineal si se traza log-log con un marcador mágico gordo.

7. Al comienzo de cualquier esfuerzo de diseño, la persona que más quiere ser líder de equipo tiene menos posibilidades de ser capaz de hacerlo.

8. En la naturaleza, el óptimo está casi siempre en el medio en alguna parte. La desconfianza afirma que lo óptimo está en un punto extremo.

9. No tener toda la información que necesita nunca es una excusa satisfactoria para no comenzar el análisis.

10. En caso de duda, estimar. En una emergencia, adivina. Pero asegúrese de regresar y limpiar el desorden cuando aparezcan los números reales.

11. A veces, la forma más rápida de llegar al final es tirar todo y comenzar de nuevo.

12. Nunca hay una única solución correcta. Sin embargo, siempre hay varios errores.

13. El diseño se basa en los requisitos. No hay justificación para diseñar algo un poco “mejor” de lo que dictan los requisitos.

14. (Ley de Edison) “Mejor” es el enemigo del “bien”.

15. (Ley de Shea) La capacidad de mejorar un diseño ocurre principalmente en las interfaces. Esta es también la mejor ubicación para arruinarlo.

16. Las personas anteriores que hicieron un análisis similar no tenían una tubería directa a la sabiduría de las edades. Por lo tanto, no hay razón para creer su análisis sobre el suyo. Especialmente no hay razón para presentar su análisis como suyo.

17. El hecho de que un análisis aparezca impreso no tiene relación con la probabilidad de que sea correcto.

18. La experiencia pasada es excelente para proporcionar una verificación de la realidad. Sin embargo, demasiada realidad puede condenar un diseño que de otro modo valdría la pena.

19. Las probabilidades de que seas inmensamente más listo que todos los demás en el campo son muy altas. Si su análisis dice que la velocidad de su terminal es el doble de la velocidad de la luz, es posible que haya inventado la unidad warp, pero es mucho mejor que la haya estropeado.

20. Un mal diseño con una buena presentación finalmente está condenado. Un buen diseño con una mala presentación está condenado de inmediato.

21. (Ley de Larrabee) La mitad de todo lo que escuchas en un aula es una mierda. La educación es averiguar qué mitad es cuál.

22. En caso de duda, documente. (Los requisitos de documentación alcanzarán un máximo poco después de la finalización de un programa).

23. El cronograma que desarrolle parecerá una obra de ficción completa hasta el momento en que su cliente lo despida por no cumplirlo.

24. Se llama “Estructura de desglose de trabajo” porque el trabajo restante crecerá hasta que tenga un desglose, a menos que imponga alguna estructura sobre él.

25. (Ley de Bowden) Después de una falla en la prueba, siempre es posible refinar el análisis para mostrar que realmente tuvo márgenes negativos todo el tiempo.

26. (Ley de Montemerlo) No hagas nada tonto.

27. (Ley de Varsi) Los horarios solo se mueven en una dirección.

28. (Ley del guardabosques) No existe el lanzamiento gratuito.

29. (Ley de administración de programas de von Tiesenhausen) Para obtener una estimación precisa de los requisitos finales del programa, multiplique las estimaciones de tiempo iniciales por pi y deslice el punto decimal en las estimaciones de costos un lugar hacia la derecha.

30. (Ley de diseño de ingeniería de von Tiesenhausen) Si desea tener el máximo efecto en el diseño de un nuevo sistema de ingeniería, aprenda a dibujar. Los ingenieros siempre terminan diseñando el vehículo para que se parezca al concepto inicial del artista.

31. (Ley de desarrollo evolutivo de Mo) No puedes llegar a la luna trepando árboles sucesivamente más altos.

32. (Ley de Demostraciones de Atkin) Cuando el hardware funciona perfectamente, los visitantes realmente importantes no aparecen.

33. (Ley de planificación de programas de Patton) Un buen plan ejecutado violentamente ahora es mejor que un plan perfecto la próxima semana.

34. (Ley de planificación de tareas de Roosevelt) Haz lo que puedas, donde estés, con lo que tienes.

35. (Ley de diseño de Saint-Exupéry) Un diseñador sabe que ha logrado la perfección no cuando no queda nada más que agregar, sino cuando no hay nada más que quitar.

36. Cualquier ingeniero corriente puede diseñar algo que sea elegante. Un buen ingeniero diseña sistemas para ser eficiente. Un gran ingeniero los diseña para que sean efectivos.

37. (Ley de Henshaw) Una clave para el éxito en una misión es establecer líneas claras de culpa.

38. Las capacidades impulsan los requisitos, independientemente de lo que digan los libros de texto de ingeniería de sistemas.

39. Cualquier programa de exploración que “simplemente sucede” que incluye un nuevo vehículo de lanzamiento es, de hecho, un programa de vehículo de lanzamiento.

39. (formulación alternativa) Las tres claves para mantener un nuevo programa espacial tripulado asequible y a tiempo:
1) No hay nuevos vehículos de lanzamiento.
2) No hay nuevos vehículos de lanzamiento.
3) Hagas lo que hagas, no desarrolles ningún nuevo vehículo de lanzamiento.

40. (Ley de McBryan) No puedes mejorarlo hasta que lo hagas funcionar.

41. El espacio es un ambiente completamente implacable. Si arruinas la ingeniería, alguien muere (y no hay crédito parcial porque la mayoría del análisis fue correcto …)

No hay una respuesta concreta a esta pregunta.

Cualquier ciencia, cuando se persigue al más alto nivel puede ser muy “difícil”, por lo que, a este respecto, Rocket Science no es excepcional. Rocket Science es solo Ingeniería Mecánica, como lo es toda la Ingeniería Aeroespacial y Aeronáutica. Involucra ciencia e ingeniería de materiales, tecnología de fabricación, termodinámica y dinámica de fluidos. Como toda Ingeniería, no es difícil de conceptualizar, como lo son las Matemáticas o la Física, pero es difícil de implementar.

Aquí hay algunos puntos a considerar:

1. Es una tecnología de vanguardia porque para fabricar cohetes que pueden ser de cualquier utilidad, uno tiene que llevar el límite de nuestras capacidades de fabricación al límite. En otras palabras, cuando la carga útil es solo del 2 al 4% del peso del cohete, no puede permitirse construir un cohete que no esté altamente optimizado.
2. También es una maquinaria que funcionará en condiciones extremas que dificultan hacer experimentos y controlar todas las incógnitas.
3. También los cohetes, aunque no son demasiado complejos, son un problema difícil en términos de confiabilidad. Hay algunas formas de hacerlos volar y cientos de veces más de hacer que se estrellen. Hay muy pocas maneras de aislar los subsistemas y crear cajas de seguridad.

Un par de razones por las que se considera más difícil de lo que es:

Gracias a la atención militar y gubernamental que recibió durante la Guerra Fría y la Era Espacial, Rocket Science atrajo grandes inversiones y, por lo tanto, concentró a algunos de los mejores ingenieros del mundo. Por lo tanto, se considera difícil porque las personas involucradas siempre han sido las mejores de la cosecha. Además, los cohetes son naturalmente impresionantes en términos del poder y la altitud que pueden alcanzar, por lo que su ciencia ha sido sobrevalorada.

He sido ingeniero de cohetes desde 1997, diseñando más de treinta motores de varios tamaños en ese momento. Al igual que cualquier otra disciplina de ingeniería, es exigente, pero en algunos aspectos la ingeniería de cohetes gira las perillas hasta 11. Con los flujos térmicos aproximándose a eso en la superficie del sol, grandes cantidades de energía almacenada y niveles de potencia más altos que cualquier objeto hecho por el hombre. que explosivos, no es para los débiles de corazón.

Soy un científico de cohetes, un hijo del Sputnik. Doctorado del MIT. Director Técnico de los Comandos Espaciales de EE. UU., Académico de la Academia Internacional de Astronáutica y del Instituto Internacional de Derecho Espacial. También fui presidente de estándares internacionales para operaciones espaciales y apoyo en tierra. ¿Suficiente?

Rocket Science es una abstracción. Se interpreta de manera diferente por diferentes personas. Mi interpretación fue el estudio de lo que contribuye a un empuje que produce cohetes: química física sin equilibrio, gasodinámica reactiva, transferencia de calor, ciencia de materiales, almacenamiento y acondicionamiento de reactivos, aerodinámica … el cohete mismo.

También existe la astrodinámica, la ciencia de los cohetes que se mueven en el espacio. Dentro de eso, la mecánica orbital es la ciencia de los objetos dentro de la gravitación de uno o más cuerpos masivos. Con el tiempo, me dejé llevar por eso. La astrodinámica no es ciencia espacial. El Análisis de modo y efectos de falla (FMEA) no es ciencia espacial.

Muchos a quienes les gusta llamarse científicos de cohetes no son científicos de cohetes.

Si es “difícil” también es una cuestión de opinión. Hecho correctamente, el plan de estudios es el más diverso en ingeniería, ciencias o cualquier otra cosa. Tanta física y química como muchos de los que se especializaron en esas materias. Más matemáticas que algunas especializaciones en matemáticas. Un montón de termo. Además de todo lo que un ingeniero tiene que estudiar: EE, ME, etc. El curso de estudio es de cinco años en algunas universidades. Algunos son solo escuelas de posgrado, como Cranfield. MIT y Cal Tech son aproximadamente dos tercios de estudiantes de posgrado.

Y todas las oportunidades de trabajo están de alguna manera relacionadas con el Gobierno y las universidades e industrias financiadas por el Gobierno. Serví a la Fuerza Aérea, activo y reserva durante treinta años.

Actualmente estoy en una de las mejores universidades de ingeniería aeroespacial (ciencia de cohetes) del país. Aquí está la tubería para ingenieros. Cálculo I, Física basada en calcio I; Calc II, Física basada en Calc II; Calc III, Física basada en Calc III; Ecuaciones diferenciales, estática, sólidos y estructuras, dinámica de fluidos, termodinámica y métodos matriciales. LUEGO comienza con los cursos específicos aeroespaciales reales. Hay siete u ocho adicionales, creo. Cosas como Propulsión, Estabilidad y Control, etc.

Personalmente, esto suena muy emocionante, y supongo que lo es. No es que la ciencia de cohetes sea más difícil, es que es un riesgo mayor. Se trata de hardware peligroso que vuela a velocidades peligrosas elevadas por productos químicos peligrosos. NO hay espacio para errores descuidados.

El problema como lo veo siempre ha sido el cálculo. Ni siquiera las matemáticas, porque entiendo los conceptos, pero por alguna razón, siempre estoy un poco fuera de lugar en mi respuesta. La cosa es que, cuando está diseñando un sistema capaz de generar cientos de miles de libras de empuje, “un poco apagado” podría matar a muchas personas y / o costar una suma de dinero profundamente grande.

Perdóname por ser grosero:

El 28 de enero de 1986, el Transbordador espacial Challenger se desintegró 73 segundos en su vuelo (STS-51-L).

Murieron 7 personas.

¿La causa?

Una junta tórica de goma falló porque estaba inusualmente fría.

Murieron 7 personas .

Por un anillo de goma.

Si un anillo de goma puede destruir un transbordador espacial, ¿cuántas cosas pueden salir mal?

Un transbordador espacial tiene 2.5 millones de partes móviles, y si solo una de ellas va incluso un poco más allá de sus tolerancias, todo se puede convertir en humo y provocar una trágica pérdida de vidas. El margen de error es absolutamente pequeño .

Rocket Science es realmente jodidamente difícil.

Q.E.P.D

Jack Fraser da una respuesta bastante buena que significa la falta de margen de error. Es un milagro que más personas no hayan muerto en el programa espacial, y eso sin los simples errores como olvidar convertir la métrica a imperial y lanzar un orbitador por valor de millones a la atmósfera marciana. Incluso cuando escuchas a tus ingenieros, incluso cuando recuerdas tus matemáticas básicas, todavía tienes que tener en cuenta muchas cosas diferentes.

Una buena manera de demostrar esto es una o dos horas con Kerbal Space Program. Deberá asegurarse de tener sistemas de control para mantener el cohete en el camino correcto, energía eléctrica para operar el equipo, equipo científico, una cápsula para la tripulación, paracaídas y escudos térmicos para un aterrizaje seguro, y suficiente combustible y motores para llévelo todo a donde necesita ir. Y luego, después de estrellarte contra el suelo muchas, muchas veces, finalmente llegas al espacio …

Y luego te das cuenta de que este es un juego que tiene que simplificar enormemente todo para ser jugable. No hay impactos de micrometeoritos, no hay necesidad de soporte vital, mecánica orbital simplificada y mi ejemplo favorito, no hay presión de radiación. La presión de radiación es básicamente la luz del sol que empuja algo. No es gran cosa en distancias cortas, pero las distancias en el espacio son realmente largas. Si la nave espacial vikinga hubiera ignorado la luz del sol empujando la nave un poquito cada día, habrían perdido a Marte en 15,000 km, más de 9000 millas.

Las cosas más pequeñas arruinarán tu día en el espacio. Creo que esto destaca cuán impresionante es que fuimos a la luna con la tecnología de los años 60. Esto es realmente difícil.

Tenga en cuenta: En la siguiente respuesta, encontrará enlaces para descargar PDF. Descárguelos para obtener un mejor conocimiento sobre la ciencia de cohetes.

1.Un problema universal

Todos hemos usado la frase ‘ciencia espacial’ para significar algo extremadamente complicado. Pero cuando desglosas las ideas detrás de esto, es realmente bastante simple.

Disparar cohetes al espacio se trata de superar la fuerza de la gravedad. Nos enfrentamos al mismo desafío ya sea que estemos lanzando una misión de la NASA al espacio o disparando un cohete casero en el parque.

Entonces, utilizando tres tipos de modelos que puede hacer usted mismo, lanzaremos algunos de nuestros propios mini-cohetes. Al comprender cómo funcionan estos ejemplos a pequeña escala, podremos ver algunos de los principios subyacentes utilizados por los expertos que construyen cohetes espaciales de la vida real.

2. Fuerzas iguales y opuestas

Transcripción (PDF 40 Kb)

Para lanzar un cohete al aire, lo primero que debes hacer es dominar la gravedad. Como todo en la Tierra, un cohete permanecerá inmóvil hasta que una fuerza actúe sobre él para que se mueva. El motor del cohete suministra esta fuerza en forma de empuje.

Siga las instrucciones en el PDF anterior para crear su propio cohete de fósforos.

Necesitará:

Dos fósforos, un cuadrado pequeño de papel de aluminio, un alfiler de seguridad y un clip.

La seguridad:

Los niños deben tener un adulto que los ayude a construir y lanzar este cohete. Tenga en cuenta que el pasador de seguridad estará afilado y que el fósforo encendido y el cohete de cerilla requieren un manejo cuidadoso para evitar quemaduras. La lámina que envuelve la cabeza del fósforo permanecerá caliente durante algún tiempo después de que se haya encendido. Asegúrese de salir al exterior para disparar el cohete y asegúrese de que el área esté libre de personas y animales.

¿Como funciona?

Cuando la cabeza del fósforo alcanza la temperatura de ignición, se liberan moléculas de gas. Los vemos como humo y el único lugar al que pueden salir es a través del escape angosto. El gas escapa muy rápido aquí, creando suficiente empuje para hacer que el fósforo supere el tirón de la gravedad y despegue. Esto demuestra la tercera ley del movimiento de Newton, que establece que cada acción tiene una reacción igual y opuesta.

3. Lograr mayores fuerzas

Siga las sencillas instrucciones en el siguiente PDF para construir su propio cohete de botella de agua. Asegúrese de usar gafas de seguridad y mantenga la botella bien alejada de las personas.

Transcripción (PDF 115 Kb)

Para que un cohete llegue al espacio tiene que volar increíblemente rápido. Para llegar a la velocidad de vuelo, el motor de un cohete debe crear el mayor empuje posible en el menor tiempo posible. Lanzar su propio cohete de botella de agua es una excelente manera de entender cómo funciona esto.

Necesitará:

Una botella de bebida gaseosa vacía, un corcho, un cono de nariz de papel, tres lápices, una bomba de aire con un adaptador de aguja, cinta adhesiva y gafas de seguridad.

La seguridad:

Los niños deben tener un adulto que los ayude a construir y lanzar este cohete. Tenga cuidado con sus dedos al hacer un agujero a través del corcho. Lleve el cohete afuera para lanzarlo y solo dispare a un área que esté libre de personas, animales y objetos frágiles. Use gafas de seguridad en todo momento y aléjese al menos tres metros hacia atrás durante el lanzamiento, ya que el cohete disparará con poca o ninguna advertencia y podría volar en una dirección aleatoria. Recomendamos usar algo como el mango de un tenedor de jardín para alejar el cohete de usted o de cualquier otro espectador.

¿Como funciona?

Al igual que un cohete de la vida real, es la fuerza de lo que se expulsa por la parte posterior lo que eleva el cohete hacia el cielo. En comparación con la botella, el agua es pesada, por lo que empujarla bajo presión le da a la botella un impulso rápido. La racionalización de la forma del cohete al agregar un cono de nariz ayuda a que el cohete vuele más rápido al reducir la resistencia del aire o ‘arrastrar’.

La segunda ley de movimiento de Newton establece que la fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración, lo que significa que la velocidad de aceleración de su cohete depende de su masa. Es por eso que un cohete liviano acelerará más rápido que uno pesado bajo la misma fuerza. Es un buen equilibrio entre llevar mucho combustible y mantener el cohete ligero. Puede intentar llenar su cohete de agua con diferentes cantidades de agua para encontrar la cantidad que necesita para que su cohete alcance su velocidad máxima.

4. Crear impulso de una reacción química

¿Quieres hacer tu propio bicarbonato de sodio y vinagre? El siguiente PDF es el que necesita.

Transcripción (PDF 115 Kb)

Estamos acostumbrados a ver una explosión cuando un cohete despega, pero en realidad no es una explosión lo que hace que una nave espacial abandone la Tierra. La mayoría de los motores de cohete funcionan según el principio de combustión. Esta es una reacción química rápida entre un combustible y un oxidante. Durante la reacción, el combustible se ‘oxida’ liberando una tremenda cantidad de energía.

Siga las instrucciones en el video para crear su cohete de bicarbonato de sodio / vinagre.

Necesitará:

Una botella de agua de plástico vacía, una pieza de pañuelo blanco, un corcho, un cono de papel para la nariz, tres lápices, cinta adhesiva, bicarbonato de sodio y vinagre.

La seguridad:

Los niños deben tener un adulto que los ayude a construir y lanzar este cohete. Lleva el cohete afuera para lanzarlo y solo dispara a un área libre de personas, animales y objetos frágiles. Use gafas de seguridad en todo momento y manténgase alejado.

¿Como funciona?

Los motores de cohete modernos funcionan de la misma manera que nuestro cohete casero. Un oxidante y un combustible se mezclan dentro de una cámara de combustión a alta presión. El gas caliente producido por la reacción química luego escapa por el fondo del cohete, creando suficiente empuje para lanzarlo al cielo.

5.Principios en la práctica

Nuestro cohete de bicarbonato de sodio y vinagre en realidad usa principios similares a un cohete de la vida real.

Los cohetes modelo pueden ser más simples que los cohetes espaciales reales, pero todos, incluida la NASA, se enfrentan a desafíos similares. Se necesita un sistema de propulsión para generar empuje para despegar cualquier cohete. Mientras que el bicarbonato de sodio y el vinagre reaccionaron lentamente en nuestra cámara de combustión, la NASA mantiene el combustible y el oxidante en contenedores separados y los bombea a la cámara de combustión cuando es necesario. Ambos tipos de reacciones liberan gas que es expulsado a través del puerto de escape para generar empuje. Y, por supuesto, una vez que el cohete se ha despegado, la forma debe mantenerse aerodinámica, independientemente de si se dispara a través de un parque o explota a través de la estratosfera.

Fuente del artículo: BBC iWonder

Fuente de la imagen: BBC iWonder y Google Images

Si quieres experimentarlo por ti mismo, prueba el programa espacial Kerbal:

Programa espacial Kerbal

(No estoy afiliado de ninguna manera).

Probablemente terminarás matando a más astronautas simulados de lo que el programa espacial soviético mató a los cosmonautas.

No muy. Es una disciplina muy madura, por lo que la mayoría de las cosas difíciles ahora están documentadas y codificadas en software de diseño. La acción ahora se ha desplazado a economía, inteligencia artificial, robótica, basura regulatoria, ciencia de materiales, etc. El trabajo de diseño ahora se trata principalmente de detalles tediosos.

Hoy nos entusiasma lo que hacen personas como Elon Musk y Burt Rutan, pero gran parte de la emoción que existe no tiene que ver con la ciencia de cohetes per se. En comparación con (digamos) los días de diseñadores de aviones como Clarence “Kelly” Johnson de Lockheed Skunkworks fama (mirlo SR-71 entre otras cosas) y la Carrera de la Luna, las cosas de hoy parecen mansas.

Durante un tiempo, el vuelo de formación y el enjambre en el aire y el espacio prometieron hacer las cosas realmente emocionantes nuevamente, pero esas cosas se tambalearon. Podemos esperar un renacimiento en vuelo en una década o dos, una vez que los UAV operativos aburridos pero efectivos de hoy se generalicen y el camino esté despejado para las cosas realmente emocionantes. En el espacio, no tengo muchas esperanzas de que se aborden realmente nuevos problemas realmente difíciles. La economía simplemente no funciona.

Si desea la ciencia aplicada paradigmática de “personas inteligentes” de hoy en día, probablemente sea bioinformática. Esa es la ciencia de los cohetes de hoy en día, aunque parece carecer de una visión clara del tipo de disparo a la luna capaz de excitar a toda una generación o dos.

Ahora no se considera difícil, pero después de la Segunda Guerra Mundial fue
De acuerdo con http://www.phrases.org.uk/meanin …

“Su éxito (alemán) durante los años 1940 y 50 en el desarrollo de la tecnología sofisticada requerida para los cohetes militares y espaciales, fue la razón por la cual la ciencia de cohetes se equiparó en la mente del público estadounidense con una experiencia sobresaliente. La ecuación percibida de ‘científico de cohetes = alemán = inteligente ‘solo puede haber sido mejorada por la personalidad de otro científico alemán de genio reconocido, que también trabajaba en los Estados Unidos en ese momento: Albert Einstein “.

Según la misma fuente,

“Si, en 1950, la ciencia de cohetes era generalmente aceptada como intelectualmente difícil y fuera de las capacidades del Joe promedio, ¿dónde y cuándo comenzaron a decirse que las tareas relativamente poco exigentes eran ‘no ciencia de cohetes’? La respuesta a eso es: el estadounidense Campo de fútbol en la década de 1980. La mayoría de las primeras citas de ‘no ciencia espacial’ se relacionan con el fútbol; por ejemplo, esta pieza de un informe deportivo en el periódico de Pensilvania The Daily Intelligencer , diciembre de 1985:

“Entrenar fútbol no es ciencia espacial y no es cirugía cerebral. Es un juego, nada más”.

No soy un científico de cohetes. Ni siquiera soy un científico. Pero realmente no tienes que ser uno para apreciar lo que tiene que pasar un cohete.

Primero, están las fuerzas dentro de la cámara de empuje de un motor de cohete. Imagine miles de kilogramos de explosivos explosivos que explotan continuamente con la fuerza suficiente para destruir la mayoría de la maquinaria que se haya fabricado, conteniendo esa inmensa explosión en una cámara cerrada y dirigiéndola hacia abajo. No es solo la cámara la que tiene que soportar esa fuerza, sino todas las partes móviles que fuerzan el combustible y el oxidante a la cámara. Hay bombas, válvulas, encendedores y sensores electrónicos que tienen que funcionar sin problemas que tienen que ser lo suficientemente fuertes como para resistir las ondas de choque y la vibración generadas por la combustión, los rangos de temperatura desde el hidrógeno líquido congelado y el oxígeno líquido hasta los miles de grados de combustión. combustibles, todo a pocos metros.

Las piezas hechas de diferentes materiales tienen que moverse juntas a pesar de ser calentadas y enfriadas en un amplio espectro de temperaturas. Todos saben que desde la escuela primaria todas las sustancias se expanden y contraen de manera diferente. Las partes que tienen que conducir el calor, tienen que trabajar junto con las partes laterales que tienen que aislar el calor. Por encima de todo, estos componentes deben funcionar de manera confiable y con precisión.

Los cohetes tienen que trabajar a presión atmosférica y al vacío. Tienen que trabajar en un entorno que puede concebiblemente desde 1G hasta 5G (o mucho más), y de repente a cero G.

Todos los componentes deben estar construidos con materiales que no solo sean fuertes como el infierno, sino también extremadamente livianos. Cada gramo de peso que ahorre sin comprometer la integridad o la función de la nave espacial puede traducirse en kilogramos de combustible ahorrado.

Y recuerde, no hay otro tipo de vehículo que tenga que alcanzar las velocidades que alcanza un cohete. Incluso el avión de combate de vanguardia de más alto rendimiento es un caracol en comparación con lo rápido que debe ser un cohete para alcanzar la órbita. Y luego están las fuerzas que la nave espacial tiene que soportar al usar la atmósfera de la Tierra para frenarla cuando regresa a la Tierra. Hay tanto efectos ablativos del aire como el calor del choque de proa de reentrada que envuelve la nave espacial en plasma sobrecalentado.

No es de extrañar que la mayoría de los cohetes sean prescindibles. Imagine todo el castigo, el rango de fuerzas, temperaturas, presiones y elementos en los que un cohete necesita operar para un solo lanzamiento. Luego tienes que encontrar una manera de llevarlo de vuelta a la Tierra sin dañarlo. Eso agrega considerablemente más complejidad a un sistema ya complejo.

Bueno, depende de tus talentos particulares.

En el gran esquema de las cosas, no es más difícil que cocinar.

Pero sus recetas usan ingredientes y productos que conoce poco.

Puede estar usando combustible criogénico o súper frío, y las válvulas, sellos y tuberías deben funcionar correctamente a esas bajas temperaturas.

Pero cuando el motor se enciende, todas esas partes congeladas tienen que funcionar de manera confiable ya que las temperaturas aumentan a 1000 grados muy rápidamente.

La cámara de combustión está diseñada para manejar una presión muy alta a calor extremo enfriándola con combustible mientras se usa.

Todas las venas envueltas alrededor de la boquilla están ahí para extraer calor evitando que el material se queme o se derrita.

El combustible sólido es menos complicado. En algunos aspectos es como encender un fósforo.

La mezcla y el grano están diseñados para quemar desde adentro hacia afuera aislando el metal de las temperaturas de combustión.

Rocket Science es un término amplio y todos comenzamos desde el principio aprendiendo a leer, escribir, hablar, aritmética, ciencia, etc. Comenzamos a avanzar en estas habilidades a medida que aumenta nuestra comprensión, y antes de que se dé cuenta … está completando ecuaciones matemáticas avanzadas, definiendo reacciones químicas no orgánicas para motores, determinando límites termodinámicos para el rendimiento de naves espaciales, determinando el flujo de fluido alrededor de aviones supersónicos.

Tus maestros son simplemente las herramientas a las que puedes acceder, ¡TÚ eres lo que marca la diferencia en si algo es difícil o fácil! ¡Deja de creer todo lo que has escuchado difícil o fácilmente, solo estás lidiando con obstáculos personales, nunca lo sabrás a menos que lo intentes y si fallas, sigue intentándolo! ¡Todos estamos aquí para ayudarlo a tener éxito!

El significado de Rocket Scientist: un homenaje al equipo de Mars Curiosity en JPL

Aquí hay un par de definiciones de diccionario de Internet para reflexionar:

ciencia de cohetes

norte.

1. Rocketry.

2. Informal Un esfuerzo que requiere gran inteligencia o habilidad técnica.

The American Heritage® Dictionary of the English Language, cuarta edición, copyright © 2000 de Houghton Mifflin Company. Actualizado en 2009. Publicado por Houghton Mifflin Company. Todos los derechos reservados.

ciencia de cohetes

norte

Una actividad informal que requiere considerable inteligencia y habilidad (especialmente en la frase no exactamente ciencia espacial)

científico espacial

Collins English Dictionary – Complete and Unabridged © HarperCollins Publishers 1991, 1994, 1998, 2000, 2003

El hecho es que la ciencia de cohetes es difícil. Para lanzar con éxito un cohete y colocar un objeto en el espacio, debe construir motores de cohetes de varias etapas y varios motores que tengan reacciones químicas tremendamente potentes y dirigir la energía de una manera que impulse el cohete en la dirección deseada sin derretir el cohete del calor o soplarlo y su carga útil a pedazos. El cohete debe apuntar de modo que entre en un pasillo estrecho de la atmósfera y acelere su carga de combustible de cohete, etapas adicionales y carga útil a una velocidad de escape de Mach 34 o alrededor de 7 millas por segundo. El cuerpo del cohete debe ser aerodinámico para ir rápido y lo suficientemente fuerte como para no romperse bajo una gran aceleración y velocidad, pero ligero para no pesarse. Si la cantidad de combustible es demasiado pequeña, la carga útil vuelve a caer a la tierra. Aumentar el combustible hace que el cohete sea más pesado, lo que requerirá aún más combustible en una espiral viciosa. Se requiere un sistema de guía para estabilizar el vuelo y colocarlo en la ruta de vuelo correcta para su entrega a un objetivo tal vez al otro lado del mundo, o para la inserción orbital de un satélite o escapar completamente de la gravedad de la Tierra para el vuelo interplanetario.

Todo lo anterior requiere un conocimiento interdisciplinario de química, metalurgia, física, mecánica, electrónica, informática, matemáticas, meteorología, aerodinámica, etc. Sin embargo, todo lo que hemos hecho es poner una carga útil en el espacio.

El conocimiento para hacer estas cosas ha sido refinado desde la década de 1950. Desde entonces, los científicos e ingenieros de muchos países han aprendido cómo, desde que los equipos rusos y estadounidenses lanzaron por primera vez vehículos espaciales. Ahora las pequeñas naciones y las empresas privadas tienen lanzamientos de cohetes, pero no es fácil y, como saben los norcoreanos, todavía están llenos de peligros y riesgos.

Sin embargo, ahora hemos progresado a cosas más difíciles que Rocket Science. Tenemos equipos en JPL (Jet Propulsion Labs, parte de la NASA, administrados por Cal Tech y pagados por el gobierno de los Estados Unidos), que no solo pueden poner un vehículo pesado de 1000 libras en órbita interplanetaria, sino llevarlo a un movimiento planeta objetivo xxxx millones de millas y varios años de distancia. El vehículo es complejo, paneles solares, seis ruedas articuladas para rodar sobre obstáculos y todo tipo de tierra, tierra y arena, laboratorio químico portátil, docenas de cámaras, taladros de sondas e incluso un láser blaster. Opera a temperaturas extremas y funciona con electrónica endurecida por radiación. La transmisión de gran ancho de banda se retransmite desde satélites de retransmisión aérea en órbita colocados allí con años de anticipación por otras misiones de cohetes interplanetarios de Marte, y desde allí a la Tierra. Los comandos del mapa de la Tierra muestran las actividades de los próximos días, muchos de ellos requieren una capacidad de navegación autónoma programada en el móvil. Millones de líneas de código informático están involucradas.

Antes de que el rover pueda comenzar su misión mínima de dos años, tuvo que aterrizar intacto en la superficie de Marte, en el lugar correcto para la exploración de estratos geológicos expuestos en un cráter fotografiado por misiones anteriores.

En el momento en que se acuñó la frase, nadie sabía cómo hacerlo bien, y se necesitó un gran número de personas increíblemente inteligentes para inventar la tecnología básica; ahora, la ciencia se entiende (principalmente), pero sigue siendo bastante esotérica. Pero aún es difícil y requiere personas muy inteligentes con habilidades y conocimientos poco comunes.

Lo que sigue siendo difícil es que el lanzamiento de un vehículo espacial requiere un alto rendimiento en tantas dimensiones, requiere un acoplamiento estrecho de múltiples disciplinas en el análisis y el diseño, y es inusualmente implacable de cualquier debilidad o error. Si lo compara con algo como diseñar un automóvil, tiene muchas de las mismas disciplinas: aerodinámica, combustión, controles y navegación, térmica, RF, fluidos, electrónica, etc. Pero empuja a cada uno de ellos con fuerza y ​​los une con fuerza. . Los fluidos son criógenos hirviendo como el hidrógeno y el oxígeno líquidos, o sustancias hipergólicas venenosas como la hidrazina, y se cargan térmica y mecánicamente en función de la aerodinámica y la eficacia del aislamiento, y por lo tanto, deben manejarse los conocimientos del sistema de navegación de dónde se encuentra. . La teoría del control es multidimensional y los sistemas inherentemente inestables y nerviosos. Si la aerodinámica es inexacta, el vehículo no hace órbita y debe ser destruido. Luego agrega algunas disciplinas únicas y matemáticamente difíciles como la mecánica orbital y los fluidos en regímenes locos que otras disciplinas no enfrentan, como la hipersónica, la dinámica de los criógenos en cero gee, la dinámica de gases raros y similares.

Y es implacable: los márgenes son bajos y las fuerzas destructivas apenas controladas. No aísle térmicamente o enfríe un parche pequeño correctamente, y auge. El fallo de encendido de un automóvil significa una sacudida y un sonido de golpe, para un cohete, simplemente explota. La computadora de vuelo se bloquea y tarda unos segundos en recuperarse … auge. El sistema de control o navegación le señala algunos grados en la dirección incorrecta. Auge. ¿Pico de presión en el tanque de hidrógeno? Auge. Unión mal diseñada entre secciones de un refuerzo sólido … auge. Fugas? ¿Más fuerza de la esperada en una aleta? ¿Vibración? Cable suelto? Todos te matarán. Y solo obtiene algunas fallas antes de que termine su proyecto, porque las fallas son terriblemente costosas y, a menudo, son cosas que no se pueden probar en un laboratorio antes del vuelo.

Así que pasó de ser una disciplina en la que las personas más inteligentes del mundo tenían dificultades para que funcionara, y tenían poca idea de lo que estaban haciendo, a una donde se necesita una gran cantidad de personas inteligentes y altamente especializadas, pero ahora “casi” sé lo que están haciendo, solo se necesita una disciplina extrema, mucho cuidado, una aplicación inteligente de todos los campos difíciles de la ingeniería al mismo tiempo y buena suerte.

Probablemente ya no sea el único punto de referencia para las “personas más inteligentes del mundo”, pero sigue siendo un buen lugar para buscar, junto con algunas de las otras disciplinas que mencionó.

Considere que en Japón, un grupo de CEO de la compañía de TI, ilustradores, dibujantes de cómics y escritores de ciencia ficción habían construido su propio cohete de combustible líquido [1], con solo unos pocos consejos de un ingeniero de JAXA, no muy difícil.

Tenga en cuenta que todas las agencias espaciales todavía tienen muchos accidentes de vez en cuando, no tan fácil como cree.

Notas al pie

[1] Interstellar Technologies Inc.