¿México en la carrera espacial de Rusia y Estados Unidos?
Investigando sobre la historia de los cohetes en México y el mundo. Es importante añadir que no ha sido fácil encontrar la información, una de las principales dificultades es el idioma, el 90% de la información disponible se encuentra en inglés.
Sin embargo, ha sido muy satisfactorios e interesante, debo mencionar que los artículos originales de dos de los ingenieros más importantes en la historia de la cohetería mexicana se encuentran archivados en el registro histórico de la NASA, fueron traducidos del español al inglés y archivados para su consulta gratuita. El archivo que del que hablaré en esta ocasión es:
El archivo TT F8430 de la NASA
CONSTRUCCIÓN Y LANZAMIENTO DE LOS COHETES SCT1-SCT2.
Revista #9 Comunicaciones y Transportes, volumen 2, Noviembre-Diciembre 1960, paginas 38-48.
Era el final de la década de los 50´s un mes después del lanzamiento del primer Sputnik, allá por nov de 1957, el ingeniero Walter Cross Buchanan discutía con el ingeniero Porfirio Becerril Buitron algunos de los aspectos del lanzamiento del cohete atlas de los estados unidos.
El interés y conocimiento y en el tema del ingeniero Walter fue revelado por los libros de astronáutica y cohetes en su escritorio. En ese entonces era el encargado de la secretaría de comunicaciones y obras públicas. El ingeniero Buchanan dijo que era necesario y viable para México el estudio y la experimentación con cohetes dentro del alcance de los recursos disponibles y también que era indispensable para México mantenerse al día en estos aspectos de investigación moderna.
Ing. Walter Cross Buchanan secretario SCT.
Ing. Porfirio Becerril Buitron director general de operaciones de ferrocarriles mexicanos
Días después a mediados de noviembre el ingeniero Walter había obtenido la aprobación del Presidente Adolfo Ruiz Cortines para poder experimentar con cohetes y confidencialmente informo que mantendrían reuniones en las cuales también contarían con la asistencia de los ingenieros Jorge Ruelas Tejera y Joaquín Durand. En la segunda reunión el Ingeniero Buchanan facilito al equipo los procedimientos matemáticos para las derivaciones de las ecuaciones aerodinámicas para el vuelo del cohete, las ecuaciones desarrolladas por el equipo mexicano concuerdan con las encontradas en varias publicaciones sobre cohetes de varios países. El ingeniero Buchanan también desarrollo un método gráfico para determinar las características del vuelo vertical del vehículo las cuales servirían para poder predecir y controlar la navegación del cohete
El progreso fue tan rápido que en la quinta reunión se decidió que se había hablado suficiente y que se podía proceder a aplicar la teoría y el diseño, de una forma concreta, para construir el primer cohete.
Se comisiono al ingeniero Duran para diseñar un cohete de propelente sólido y al ingeniero Becerril se le dieron las instrucciones para diseñar un cohete de combustible líquido, el cual usaría alcohol etílico y oxígeno líquido. Como su principal característica, este quemaría un Kg de propelente por segundo el cual estaría constituido de un 75% de alcohol de acuerdo a la información técnica disponible del cohete V2 el cual fue el modelo piloto para el SCT-1 que está basado en las características de este cohete alemán. El ingeniero Jorge Ruelas fue puesto a cargo de la forma aerodinámica del cohete.
Inyectaban un 75% de alcohol etílico en la cámara de combustión, el calor generado por la combustión requería que el sistema se enfriara con el equivalente al 25% del peso del propelente quemado por segundo para que la temperatura del sistema disminuyera a 2,000°C; ya que, a esta temperatura, la disociación de las moléculas del vapor de agua y CO2 están al mínimo, además el peso molecular de los gases se encuentra en su máximo, lo cual es muy bueno para obtener el máximo empuje.
El cohete fue diseñado con la ayuda de técnicos y personal especializado de la dirección general de ferrocarriles y fueron supervisados por el ingeniero Walter Cross Buchanan. Después de concluir con la etapa de diseño y empezar la fase de construcción se adaptó un taller modesto y simple en la colonia los portales en la ciudad de México. Los tanques que almacenaban el alcohol, el oxígeno líquido y los acumuladores de presión, fueron construidos con acero inoxidables de aleación níquel-cromo, el fuselaje o carenado del cohete fue hecho con aluminio laminado. Todo incluido el sistema de inyección se construyó en el pequeño taller de la colonia los portales de la misma manera todos los materiales que se ocuparon en la construcción de los cohetes SCT-1 y SCT-2 fueron de origen mexicano y no hubo la necesidad de importar ningún material del extranjero.
A demás todos los materiales debían ser de la más alta calidad para poder soportar el estrés de la presión de los gases y sus bajas temperaturas (la temperatura del oxígeno líquido a 1 atm es de alrededor de los -183°C). Un aspecto de la realización de este proyecto que tomo más tiempo del estimado por el equipo fue el ajuste de la presión del sistema de inyección que se planeó instalar se pretendía que la presión de la cámara de combustión fuera de 15.14Kg/cm2 para la máxima utilización del 75% del alcohol etílico.
Antes de finalizar la construcción del cohete, la potencia del motor requería ser medida antes de su lanzamiento. Se tuvo que construir una torre que le diera al cohete una dirección inicial en el despegue; debido a la manera que el cohete fue diseñado, tuvo que ser controlado desde tierra. En la ilustración mostramos la torre de lanzamiento que media aproximadamente unos 10m.
Características Técnicas.
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Combustible alcohol etílico………………………………………………………………………………………75%
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Batería de presión: aire a …………………………………………………………………………………….........…130Kg/cm2
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Presión en la cámara de combustión………………………………………………….15.14Kg/cm2
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Velocidad de escape para los gases de combustión a nivel del mar ……………………...................................................................................................2000m/seg
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Válvulas reguladoras para la inyección de alcohol y oxígeno líquido, ajustado para:
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Inyección de oxígeno líquido a una presión de………………................................ 26Kg/cm2
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Inyección de alcohol líquido a una presión de……………......................................24.65Kg/cm2
En base a los datos mencionados el SCT1 fue construido con las siguientes características: -
Peso muerto del cohete.………………………………………………………………..102.7Kg
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Peso del alcohol, oxígeno y el aire comprimido.............................................................................................................113.3Kg
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Diámetro exterior del cuerpo…………………………………………….....…………..0.375m
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Altura total del cohete……………………………………..............………………..….4.48m
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Ancho del cohete con alerones………………………......................………………..1.184m
Soy un párrafo. Haz clic aquí para agregar tu propio texto y edítame. Es muy sencillo.
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Para medir el poder del motor se montó en una torre de lanzamiento y se sujetó al núcleo del fuselaje del cohete; la potencia se midió primero con dinamómetros y después con calibradores hidráulicos.
El sitio de pruebas se instaló cerca de una autopista en los alrededores del pueblo de San Bartolomé en la sierra e Xochimilco al sur de las afueras de la CDMX. El lugar era adecuado por que se encontraba rodeado de cerros y barrancas que servían de protección para los asentamientos cercanos, por si el cohete por alguna razón sufría un fallo o explotaba en la torre de lanzamiento.
A un radio de 50 metros de la torre de lanzamiento, se construyó un muro de protección que tenía ventanas a prueba de vibraciones con las cuales pudimos observar a través de ellas la operación del cohete por medio de un telescopio, la potencia y la presión del motor fueron medidas por medio de celdas de deformación eléctricas.
Para la primera ignición del motor no se activó el sistema de refrigeración para poder localizar con precisión de manera visual los puntos de mayor temperatura en el sistema de combustión.
También durante la primera prueba fue imposible lograr la ignición ya que el sistema de inyección de alcohol se vio obstruido lo cual detuvo el flujo del combustible. Sin embargo, en la segunda prueba si logro encenderse el motor, aunque detectamos ruidos extraños y fuertes vibraciones que causaron que el suelo vibrara, posiblemente debido a ciertos defectos resultado a la falta de continuidad en la inyección del propelente en la cámara de combustión.
Debemos de recalcar que este era un experimento completamente nuevo para el equipo de ingenieros mexicano y la mayoría de ellos nunca habían estado presentes en el lanzamiento de un cohete. Aunque eso no impidió que todos experimentaran emociones muy intensas; por esa razón, probablemente las precauciones que tomaron fueron tal vez un poco exageradas. Aun así debemos mencionar que la velocidad de escape de los gases expulsados por la tobera del cohete es de cinco veces la velocidad del sonido.
Se les explico a los habitantes de San Bartolomé los detalles de la operación, les hablamos acerca de la protección geográfica que les ofrecían los cerros y barrancas de su localidad, sin embargo, no se les menciono de aquella vez que el suelo empezó a vibrar de manera muy intensa. Como una medida extra de seguridad se cerró durante 5 minutos antes de la prueba la autopista que lleva hacia San Bartolomé.
“La última prueba” Tuvo que ser la última ya que en aquella ocasión el motor voló en pedazos. Sucedió el 25 de septiembre de 1959 en esa ocasión medimos una potencia del cohete de 531Kg; esto fue 440Kg más de lo que se había calculado y esto debido a que el cohete quemo todo el alcohol en solo 40 segundos, en vez de los 40 segundos que se había planeado originalmente.
En base a los resultados el ingeniero Buchanan decidió que construiríamos otro motor (durante los últimos momentos de cada prueba la cámara de combustión y principalmente la tobera de escape, era deformada debido a las altas temperaturas de la combustión, lo que significaba que no podríamos usar en mismo motor otra vez, a partir de estos resultados los siguientes motores se construyeron asumiendo que su operación en pruebas no duraría más de 4 segundos). El ingeniero Buchanan decidió que armaríamos el cohete completamente, para así poder hacer los ajustes necesarios. También se decidió que en cuanto se hicieran los ajuste debidos, prepararíamos todo lo necesario para realizar el lanzamiento en los límites del rancho “La Begoña” en el estado de Guanajuato en el cual se instaló la misma torre que se utilizó para las pruebas en San Bartolomé
Uno de los problemas que se presentaron antes de que se pudiera lanzar el cohete en Guanajuato, era la dificultad de transportar el oxígeno líquido. Esta dificultad se resolvió con la ayuda de la compañía AGA, la cual proveyó dos tanques a medida; también fue necesario hacer modificaciones especiales a un vehículo con el propósito de prevenir que el oxígeno líquido se derramara, esta situación representaba un gran peligro ya que cada tanque contenía 113 litros de oxígeno líquido que podían explotar en cualquier momento. Para prevenir esta situación, los tanques de oxígeno líquido fueron transportados de la manera más lenta posible, y se tardó alrededor de 10 horas recorrer la distancia de 330km; tratando de que se evaporara la mínima cantidad posible de oxigeno liquido durante el trayecto.
En el tiempo en el que se realizaron las pruebas de lanzamiento, se tuvieron que hacer tres ajustes. El aire en el acumulador de presión, al pasar por el tanque de oxígeno reducía enormemente su temperatura; esto incrementaba el tiempo requerido para alcanzar la presión a la cual el diafragma de retención del oxígeno líquido se quebraba; esto causo que la capsula de ignición se extinguiera después de que el oxígeno llegaba ahí.
EL 24 de octubre las condiciones climáticas no fueron buenas; sin embargo, parecía que el clima mejoraría durante las siguientes 12 horas, e inmediatamente empezaron a cargar el oxígeno líquido. Sin embargo, una hora más tarde las condiciones no mejoraron, y ya que el oxígeno líquido había sido cargado, existía la posibilidad de que el alcohol se congelara. No era deseable que esto sucediera y en pro de prevenirlo, el Ingeniero Buchanan decidió lanzar el cohete. A demás las condiciones del clima estaban lejos de ser favorables, el hecho de que estuvieran a punto de lanzarlo al menos les diría cuales serían las características de despegue. No existe la necesidad de subrayar la tensión que prevalecía sobre todos los involucrados en esa ocasión cuando el cohete fue finalmente lanzado a las 1325 horas.
El lanzamiento se llevó a cabo en el siguiente orden: después de que l oxigeno liquido había sido cargado en el cohete se cerraron todas las válvulas y todas las cubiertas fueron colocadas en el exterior. Después la orden de ignición fue dada: la ignición fue hecha con una mezcla a base de pólvora y fosforo dentro del motor. La capsula se ajustada para 12 segundos; después de la ignición se activó la válvula general de la batería de presión con el propósito de obtener la presión necesaria para quebrar el diafragma de retención previamente ajustado; en esta manera, se comenzó con la inyección hacia la cámara de combustión mientras que la capsula era expulsada; siete segundos la combustión del motor se realizaba de la manera prevista., fueron capaces de observar su labor; un ambiente de ánimo, satisfacción y sorpresa cuando el cohete inicio su despegue desde su plataforma esos momentos parecían transcurrir con una lentitud majestuosa; la estela de la llama y el humo que dejaba atrás el cohete nos decía que la combustión era perfecta.
La torre de lanzamiento tenía una inclinación de 2.5° hacia el norte debido a las malas condiciones climáticas que prevalecieron el día del lanzamiento, el cohete comenzó a inclinarse a una altitud de cuatro mil metros hasta que asumió una posición horizontal en contra de la dirección del viento; debido al diseño de la batería, esto quiere decir que el motor pudo no haber trabajado a la eficiencia que se había calculado.
A pesar de todas las circunstancias en contra, el lanzamiento probo ser un éxito, todos estaban muy felices de haber sido parte de esta misión, especialmente por que esta había sido la primera vez que eran capaces de ver un cohete elevarse por los cielos con la ayuda de oxígeno líquido. Esto quería decir que se había dado el primer paso por que ya se conocían las características iniciales de vuelo de este tipo de cohetes y estaba seguros de que podían continuar su estudio sobre cohetería a un costo moderado.
Continuara…