propulsor de gas frío

• La ausencia de combustión en la tobera de un propulsor de gas frío permite su uso en situaciones donde los motores de cohete de combustible líquido convencionales generarían temperaturas excesivas. Esto elimina la necesidad de diseñar sistemas de gestión térmica.
• Su diseño sencillo permite que los propulsores sean más pequeños que los motores de cohete convencionales, lo que los convierte en una opción adecuada para misiones con requisitos limitados de volumen y peso.
• El sistema de gas frío y su combustible son económicos en comparación con los motores de cohete convencionales.
• Su diseño sencillo es menos propenso a fallos que el de un motor de cohete tradicional.
• Los combustibles utilizados en un sistema de gas frío son seguros de manipular tanto antes como después del encendido del motor. Si se utiliza combustible inerte, el sistema de gas frío es uno de los motores de cohete más seguros posibles. ^{[ 1 ]}
• Los propulsores de gas frío no generan una carga neta en la nave espacial durante su funcionamiento.
• Los propulsores de gas frío requieren muy poca energía eléctrica para funcionar, lo cual resulta útil, por ejemplo, cuando una nave espacial se encuentra a la sombra del planeta que orbita.

• Un sistema de gas frío no puede producir el alto empuje que pueden lograr los motores de cohete de combustión.
• El empuje máximo de un propulsor de gas frío depende de la presión en el tanque de almacenamiento. A medida que se consume el combustible en sistemas simples de gas comprimido, la presión disminuye y el empuje máximo también disminuye. ^{[ 3 ]} Con gases licuados, la presión se mantiene relativamente constante a medida que el gas líquido se volatiliza y se consume de manera similar a como ocurre con los aerosoles.

El empuje se genera por el intercambio de momento entre el escape y la nave espacial, que viene dado por la segunda ley de Newton como${\displaystyle F={\dot {m}}V_{e}}$dónde${\displaystyle {\dot {m}}}$es el caudal másico y${\displaystyle V_{e}}$es la velocidad del escape.

Para un propulsor de gas frío en el espacio, donde los propulsores están diseñados para una expansión infinita (ya que la presión ambiente es cero), el empuje viene dado por

${\displaystyle F=A_{t}P_{c}\gamma \left[\left({\frac {2}{\gamma -1}}\right)\left({\frac {2}{\gamma +1}}\right)\left(1-{\frac {P_{e}}{P_{c}}}\right)\right]+P_{e}A_{e}}$

Dónde${\displaystyle A_{t}}$es la zona de la garganta,${\displaystyle P_{c}}$es la presión de la cámara en la boquilla,${\displaystyle \gamma }$es la relación de calores específicos ,${\displaystyle P_{e}}$es la presión de salida del propulsor, y${\displaystyle A_{e}}$es la zona de salida de la boquilla.

El impulso específico (I _sp ) de un motor de cohete es la métrica de eficiencia más importante; normalmente se desea un impulso específico alto. Los propulsores de gas frío tienen un impulso específico significativamente menor que la mayoría de los demás motores de cohete porque no aprovechan la energía química almacenada en el propulsor. El impulso específico teórico para gases fríos viene dado por

${\displaystyle I_{sp}={\frac {C^{*}}{g_{0}}}\gamma {\sqrt {\left({\frac {2}{\gamma -1}}\right)\left({\frac {2}{\gamma +1}}\right)^{\frac {\gamma +1}{\gamma -1}}\left(1-{\frac {P_{e}}{P_{c}}}\right)^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}}}}$

dónde${\displaystyle g_{0}}$es gravedad estándar y${\displaystyle C^{*}}$es la velocidad característica que viene dada por

${\displaystyle C^{*}={\frac {a_{0}}{\gamma \left({\frac {2}{\gamma +1}}\right)^{\frac {\gamma +1}{2(\gamma -1)}}}}}$

dónde${\displaystyle a_{0}}$es la velocidad sónica del propulsor.

Los propulsores de gas frío son especialmente adecuados para las unidades de propulsión de los astronautas debido a la naturaleza inerte y no tóxica de sus propelentes.

Se emplean propulsores de gas frío más grandes para ayudar en el control de actitud de la primera etapa del cohete SpaceX Falcon 9 mientras regresa a tierra. ^{[ 7 ]}

En un tuit de junio de 2018, Elon Musk propuso el uso de propulsores de gas frío basados ​​en aire para mejorar el rendimiento del automóvil. ^{[ 8 ]}

En septiembre de 2018, Bosch probó con éxito su prototipo de sistema de seguridad para enderezar una motocicleta que se deslizaba mediante propulsores de gas frío. El sistema detecta un deslizamiento lateral de la rueda y utiliza un propulsor de gas frío lateral para evitar que la motocicleta se deslice aún más. ^{[ 9 ]}