Propulsor vernier

Esquema del funcionamiento de un propulsor vernier pivotante

Un propulsor vernier es un motor cohete que sirve para el control vectorial del empuje de los misiles y las naves espaciales, lo que posibilita modificar su trayectoria de vuelo. Son motores de menor impulso que los motores principales y se utiliza para ajustar con precisión la trayectoria o la velocidad de la nave espacial. Su nombre hace honor al matemático Pierre Vernier (1580-1637) inventor de nonio, un artefacto para poder leer la longitud y los ángulos con precisión.

Estructura y función

Existe dos formas de implemetarlos: o motores cohete que pueden pivotar en uno o dos ejes, como en los misiles balisticos soviéticos R-7 y R-13 o norteamericanos^[1] Atlas, o una estructura de varios motores cohetes fijos apuntando cada uno en una dirección, como en Módulo de mando y servicio de las misiones Apollo. Los propulsores vernier al contrario que los motores principales operaran sólo cuando se necesita una corrección, no de forma continua (esto minimiza la necesidad de refrigeración). Para simplificar el diseño por lo general se emplean propergoles hipergólicos. Estos se inflaman de forma autogena cuando ambos compuestos (oxidante y combustible) establecen contacto y evita la necesidad de un sistema de encendido. Por el mismo motivo, simplicidad, también suelen emplear un ciclo de presuricación de los tanques de propergoles.

Empleo

Propulsores vernier en la primera fase de un cohete Soyuz

Los propulsores vernier se utilizan para el control de la nave^[2] . En la actualidad han caído en desuso en el despegue los cohetes más modernos ( Ariane, Delta, Atlas) ya no los utilizan, debido a las mejoras en el sistema de control e hidraúlicos. En los diseños de cohetes mas antiguos, como la familia Soyuz todavía se emplean. En la imagen de la derecha, se ven las 20 toberas de gran tamaño de la nave Soyuz. En el exterior hay dos vernier en cada etada y en la zona central hay cuatro motores principales rodeado por cuatro vernier.

Los propulsores vernier se siguen empleando en las maniobras orbitales como las maniobras de acoplamiento con otra nave espacial en las que existe una diferentes niveles de empuje de trayectoria o de velocidad. Los propulsores principales se utilizan en el control de las trayectoria para los movimientos grandes y los verniers para pequeños ajustes.

Pruebas de los propulsores vernier de un transbordador espacial

El sistema de control del transbordador espacial esta formado por seis propulsores vernier.^[3] Durante la misión STS-130 el comandante Zamka y el piloto Terry Virts utilizaron los propulsores vernier del transbordador espacial Endeavour para reimpulsar la Estación Espacial Internacional a su altitud correcta.

Despegue de un cohete Atlas. En el lateral se observa un propulsor verier en funcionamiento.

Ventajas e inconvenientes

Los vernier se emplearon ampliamente en los primeros años de los cohetes. El motivo era la falta de madurez de los actuadores servo-hidráulicos, utilizados principalmente para el control vectorial del empuje. Al emplearse vernier los motores principales podrían están montados de forma fija. Esto supuso no tener que emplear tubos flexibles para el suministro de combustible y monturas cardán para el motor principal. Como sólo los vernier, relativamente pequeños, debía ser orientados se podía emplear actuadores mas pequeños. Debido a las pequeñas masas y fuerzas el diseño, y la implementación, de control resultaba más sencillo.

En los cohetes modernos para el control vectorial de empuje de los motores principales se emplean otros métodos.^[4] Los cohetes de combustible líquido generalmente se instalan sobre una o varias monturas cardán. A través de actuadores hidráulicos (para motores de gran tamaño) o eléctricos (para motores pequeños o en las etapas más altas) los motores principales pivotan (por ejemplo, del transbordador espacial: 10,5° en el eje transversal , 8.5° en el de guiñada^[5] ). En los cohetes de combustible sólido se suelen emplear toberas orientables. Otro método empleado es la inyección de líquido en la tobera. Estos métodos permite prescindir de los vernier, lo que simplifica el sistema y aumenta su fiabilidad.

Véase también

• Propulsión a chorro
• Guiado de misiles

Referencias

Citas

1. ↑ «ATLAS F MISSILE SCHOOL DRAWINGS pag 3» (en ingles). The Housing Group, Inc. Consultado el 17-11-2011.
2. ↑ «Rocket Control» (en ingles). NASA. Consultado el 03-10-2011.
3. ↑ «Reaction Controal Systems» (en ingles). NASA Kennedy Spaceflight Center (unknown). Consultado el 03-10-2011. «The flight crew can select primary or vernier RCS thrusters for attitude control in orbit. Normally, the vernier thrusters are selected for on-orbit attitude hold. ... The forward RCS has 14 primary and two vernier engines. The aft RCS has 12 primary and two vernier engines in each pod. The primary RCS engines provide 870 pounds of vacuum thrust each, and the vernier RCS engines provide 24 pounds of vacuum thrust each. The oxidizer-to-fuel ratio for each engine is 1.6-to-1. The nominal chamber pressure of the primary engines is 152 psia. For each vernier engine, it is 110 psia.».
4. ↑ Turner, Martin J. L. (2006) (en inglés). Rocket and spacecraft propultion (segunda edición). Springer. pp. 68-69. ISBN 3-540-22190-5. 
5. ↑ «MPS Thrust Vector Control» (en ingles) (31-08-2000). Consultado el 27-03-2010.

Bibliografía

• Gatland, Kenneth. El Primer Avión Espacial del Mundo. Everest. ISBN 84-241-5899-2. 
• Turner, Martin J. L. (2006) (en inglés). Rocket and spacecraft propultion (segunda edición). Springer. ISBN 3-540-22190-5. 

Enlaces externos

• «ATLAS F MISSILE SCHOOL DRAWINGS» (en ingles). The Housing Group, Inc. Sitio web dedicado a los emplazamientos de los misiles básisticos de E.E.U.U. Gran cantidad de dibujos. En la página 3 esquema de la acción de los propulsores verier.