i coet | enciclopèdia.cat

OBRES

OBRES

Divulgació científica
Estadístiques
Gran enciclopèdia catalana

coet

substantiu masculím
Astronomia i astronàutica
Saturn-V de tres fases amb mòdul d’allunatge (LEM)
© Fototeca.cat
astronàutica astron
Grup autònom propulsat per l’ejecció de massa en una direcció determinada.

L’origen del coet és probablement oriental; la primera notícia que hom té del seu ús és de l’any 1232, a la Xina. Fou introduït a Europa pels àrabs. Durant els segles XV i XVI fou emprat com a arma incendiària. Posteriorment, amb l’extensió de l’artilleria, el coet bèl·lic desaparegué fins al segle XIX, que fou emprat de nou durant les guerres napoleòniques. Els coets del coronel anglès William Congreve foren també usats a Espanya en el setge de Cadis (1810), en la primera guerra Carlina (1833-40) i durant la guerra del Marroc (1860). A la fi del segle XIX i el començament del segle XX, aparegueren els primers científics que veieren el coet com a sistema per a propulsar vehicles aeris espacials tripulats, entre els quals cal destacar el rus Konstantin Ciolkovskij, l’alemany Hermann Julius Oberth i el nord-americà Robert Hutchings Goddard, i, més tard, els russos Sergej Korolev i Valentin Gruško i l’alemany Wernher von Braun. Aquest darrer desenvolupà durant la Segona Guerra Mundial els coets V-1 i V-2 (A-4 en la terminologia alemanya), que constituïren el nucli de les investigacions nord-americanes i soviètiques de la postguerra.

Recreació d'un coet espacial

Si bé hom desenvolupà inicialment coets destinats específicament a usos militars, els programes espacials que endegaren soviètics i nord-americans es basaren sobre coets dissenyats amb finalitats pròpies de l’astronàutica, entre els quals cal destacar, per part nord-americana, l'Atlas, l'Agena, el Thor l'Atlas-Centaur, la sèrie Delta, els Titan i Saturn (entre els quals el Saturn-V, que feu possible el programa Apollo), i, per part soviètica, els coets designats, segons la terminologia occidental, per les lletres A, B, C, D i G (aquests dos darrers tingueren un paper equivalent als Saturn nord-americans). D’altres països que han construït coets, en el marc d’un programa espacial propi, són França, la Gran Bretanya (que l’abandonà), el Japó, la Xina, i l’Índia, així com el consorci europeu que constituí l’Agència Espacial Europea (ESA), que ha bastit i explotat el coet llançador Ariane. Atenent a llurs usos, hom distingeix entre els coets llançadors, que satel·litzen enginys o propulsen missions tripulades astronàutica, els coets sonda, destinats a estudiar regions de l’alta atmosfera, compreses entre el sostre de vol dels balons i l’altitud mínima dels satèl·lits, i els míssils d’aplicacions militars.

El principi físic que fonamenta els coets és la conservació de la quantitat de moviment d’un sistema aïllat. Segons aquest principi, la quantitat de moviment del coet a l’instant t, P(t)=M(t)v(t), és igual a la quantitat de moviment del coet a l’instant t+dt, P(t+dt)=[M(t)—m dt] [v(t)+dv]+m [v(t)—ve]dt on m és la massa ejectada per unitat de temps i ve la velocitat a què és ejectada; d’aquesta igualtat, resulta que l’increment de velocitat del coet és dv=mvedt/[M(t)—m dt] que, atès que M> > m dt, pot ésser aproximat per l’expressió dv ≃;mve/M(t). Tenint en compte que la massa a l’instant t és M(t)=Momt, on Mo és la massa inicial del coet, la velocitat del coet a l’instant t és v(t) = ∫t₀ dv = ∫t₀ [mve/ (Mo—mt)] dt = —ve[ln M(t)—ln Mo] = veln[Mo/ M(t)]. Aquesta equació del quocient Mo/M(t), que dóna la relació o raó de massa massa entre la massa inicial del coet i la massa a l’instant t, és l’equació fonamental dels coets. La potència necessària per a vèncer l’atracció gravitatòria de la Terra és fornida pel sistema de propulsió. La majoria de coets fan ús de l’energia alliberada en les reaccions de combustió o de descomposició del propulsant. Els productes que en resulten serveixen de matèria ejectable.

A més dels coets químics, hom ha estudiat, amb més o menys profunditat, els coets nuclears (en què l’energia tèrmica desenvolupada per un reactor nuclear és aplicada a un propulsant inert, que, escalfat d’aquesta manera, és ejectat per una tovera d’escapament com la dels coets convencionals), i els coets de plasma (que es basen en l’acceleració d’un gas ionitzat mitjançant l’aplicació d’un camp electromagnètic). En un coet químic la font d’energia i la matèria ejectable formen una unitat anomenada propergol, i, atenent als diferents estats d’agregació d’aquest o bé a les diferents aplicacions que té, hom distingeix els diferents coets. La primera classificació és deguda al fet que, segons que el propergol sigui sòlid o líquid, la disposició del propulsor és del tot diferent. El coet de propulsant sòlid consta d’una cambra de combustió generalment cilíndrica que en un extrem té una obertura proveïda d’una tovera convergent-divergent. Dins la cambra hi ha la càrrega de propergol sòlid anomenada gra o pa. Aquest propergol té prou oxigen per a cremar en absència d’aire. La ignició és obtinguda mitjançant un dispositiu pirotècnic i, bon punt aconseguida, el pa de propergol crema superficialment i dóna uns productes gasosos a elevada temperatura que, expandits per la tovera, proporcionen la impulsió al coet. La velocitat de combustió, és a dir, la de regressió de la superfície inflamada, depèn de la natura del propergol i de la pressió que hi ha a la cambra. La quantitat de propergol cremat per unitat de temps depèn, doncs, de l’àrea de la superfície de combustió, i, com que la impulsió és funció del cabal de massa ejectada, la variació possible d’àrea en anar consumint-se el propergol dóna lloc a una variació de la impulsió. Si interessa un coet que proporcioni una impulsió constant, hom ha de mantenir invariable l’àrea en combustió durant el funcionament del propulsor. Hi ha dues disposicions possibles; en l’una, el propergol omple pràcticament tota la cambra i crema longitudinalment a la manera d’un cigarret, començant per l’extrem pròxim a la tovera. En aquest cas, l’àrea de la superfície de combustió i, per tant, la impulsió es mantenen constants. Aquesta primera disposició presenta alguns problemes d’aïllament tèrmic, però és aplicable quan calen impulsions baixes i temps de combustió llargs. L’altra solució consisteix a emprar un pa de propergol que té una perforació central segons l’eix longitudinal, talment que el combustible cremi radialment per l’interior de l’ànima. Donant a la secció de l’ànima una forma convenient, per exemple, d’estrella o de roda de carro, hom pot aconseguir que l’àrea de la superfície de combustió es mantingui gairebé constant. El cabal màssic obtingut així és relativament més elevat, la impulsió també, i, doncs, l’acceleració del coet pot ésser més forta. Les característiques de funcionament d’un coet de propergol sòlid resten prefixades per la natura i la geometria de la seva càrrega, i, una vegada iniciada la combustió normalment, no poden ésser modificades. En els coets de propergol líquid hi ha un combustible i un comburent emmagatzemats en aquest estat en dipòsits separats. Mitjançant un sistema d’alimentació, que varia segons les dimensions del coet, un cabal controlat de combustible i de comburent és injectat en la cambra de combustió, on té lloc la reacció. Els productes són ejectats per una tovera com la del cas esmentat abans, però que pot ésser refrigerada fent-hi circular al voltant el conducte que porta un dels líquids a la cambra. En aquest cas, la impulsió que proporciona pot ésser regulada en cert grau actuant sobre l’alimentació. En els coets de líquid, petits, el propergol és introduït a la cambra donant pressió als dipòsits amb un gas d’alimentació emmagatzemat en un tercer dipòsit. Per a coets grossos, aquesta solució esdevé massa pesant i l’alimentació es fa amb l’auxili de bombes centrífuges accionades per una turbina de gas. La turbina pot ésser impel·lida pels gasos resultants de cremar una petita fracció del propergol en una cambra secundària, i que també poden ésser obtinguts en un generador de gas, en què es descompongui catalíticament un líquid com és ara el peròxid d’hidrogen, o àdhuc poden ésser extrets de la cambra de combustió del propulsor. Els coets líquids solen ésser classificats en emmagatzemables, en els quals tant el combustible com el comburent són líquids en condicions normals, i en criogènics, en què almenys un dels components del propergol és un gas liquat a baixa temperatura.

Col·laboració: 
RCP / R
Llegir més...