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Peróxido de alto rendimiento como monopropelente para cohetes

1934
  • Hellmuth Walter
Preparación en laboratorio de peróxido de alto rendimiento para aplicaciones de propulsión de cohetes.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El peróxido de alta concentración (HTP), una solución altamente concentrada de H₂O₂ (normalmente al 85-98%), se utiliza como monopropelente en cohetería. Al pasar sobre un catalizador, generalmente de plata o platino, se descompone rápidamente en una mezcla de vapor y oxígeno a alta temperatura. Este gas caliente se dirige a través de una tobera para generar empuje, impulsando cohetes, torpedos y sistemas de control de reacción.

El uso de HTP como monopropelente fue impulsado por el ingeniero alemán Hellmuth Walter en la década de 1930. Desarrolló el «Walter-Antrieb» (propulsión Walter), que se utilizó en submarinos y torpedos durante la Segunda Guerra Mundial. El principio se basa en la descomposición catalítica altamente exotérmica del H₂O₂. Un paquete de catalizador típico consta de rejillas de níquel plateadas. A medida que el HTP líquido fluye a través del paquete, se descompone casi instantáneamente. La reacción [latex]2 H_2O_2(l) rightarrow 2 H_2O(g) + O_2(g)[/latex] libera una cantidad significativa de energía, calentando el vapor y el oxígeno resultantes a más de 600 °C (1112 °F). Esta rápida expansión del gas caliente, al canalizarse a través de la tobera de un cohete, produce un empuje significativo. El impulso específico del HTP como monopropelente es de aproximadamente 150-160 segundos, lo cual es modesto en comparación con los bipropelentes, pero ofrece ventajas en cuanto a simplicidad, capacidad de almacenamiento y menor toxicidad respecto a alternativas como la hidracina. El sistema requiere solo un tanque, una válvula simple y un lecho catalítico, lo que lo hace confiable para aplicaciones como los sistemas de control de reacción (RCS) para el control de actitud de naves espaciales. El HTP también puede utilizarse como oxidante en sistemas bipropelentes, donde se inyecta en una cámara de combustión con un combustible como queroseno o etanol, produciendo un impulso específico mayor.

El manejo del HTP requiere extrema precaución. Es un potente agente oxidante y puede provocar combustión espontánea con muchos materiales orgánicos. La contaminación puede desencadenar una descomposición incontrolada, dando lugar a una explosión de presión, un fenómeno conocido como explosión de vapor o «VE». A pesar de estos riesgos, su rendimiento y relativa simplicidad le han asegurado un lugar en diversas aplicaciones aeroespaciales y navales especializadas.

UNESCO Nomenclature: 3301
Aeronáutica. Astronáutica

Tipo

Proceso químico

Ruptura

Sustancial

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • descubrimiento de la descomposición exotérmica del peróxido de hidrógeno
  • Desarrollo de la catálisis, particularmente con metales preciosos
  • Invención de la boquilla de Laval para convertir la energía térmica en energía cinética
  • basic principles of newton’s third law of motion

Aplicaciones

  • Bomba de combustible de turbina de cohete V-2
  • cohete del caballero negro
  • propulsores de control de reacción en la nave espacial Soyuz
  • Cinturón cohete de campana (paquete cohete)
  • propulsión para torpedos como el británico Mark 12 'fancy'

Patentes:

NA

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Relacionado con: peróxido de alta concentración, HTP, monopropelente, cohete, Hellmuth Walter, catalizador, empuje, vapor, oxígeno, impulso específico.

Contexto histórico

Peróxido de alto rendimiento como monopropelente para cohetes

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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