Recientemente informé sobre los planes chinos para lanzar Shenzhou-9, y usé una imagen de stock de un cohete Long March-2F que despegó de la plataforma de lanzamiento. Nafin quería saber cuál era el patrón de diamante que se encontraba detrás del cohete, y ivan3man_at_large publicó la respuesta: se les llama diamantes de choque.
Choque de diamantes? Ese término de alguna manera se me había escapado, así que pensé en profundizar un poco más.
Los diamantes de choque (alternativamente conocidos como "discos Mach") ocurren cuando el gas sale de una boquilla a velocidades supersónicas, a una presión diferente que la atmósfera exterior. A nivel del mar, la presión de escape puede ser menor que la densa atmósfera. Y luego, a altitudes muy altas, la presión de escape puede ser más alta que la atmósfera delgada.
Por lo tanto, estos diamantes de choque pueden aparecer justo cuando un cohete está despegando, o a gran altitud cuando cambia a velocidad supersónica.
Un ejemplo clásico es el despegue del transbordador espacial, pero otro ejemplo famoso es cuando el avión cohete X-1 de Chuck Yeager llegó a Mach 1.
Tomemos el ejemplo de un cohete despegando. En este caso, la presión de salida del escape es menor que la atmósfera exterior, por lo que se obtiene una situación llamada "sobreexpansión". El gas sale del cohete a una presión más baja y los ventiladores salen de la boquilla de escape en un "ventilador de expansión". Pero la atmósfera exterior tiene una presión más alta que el gas de escape, por lo que lo comprime hacia adentro. Esta diferencia de presión obliga al gas a volver a unirse en un punto específico: el primer diamante de choque.
(Te ahorraré toda la dinámica de fluidos complejos en este punto).
Luego, el gas compensa y se expande nuevamente en un nuevo ventilador de expansión, y luego se ve obligado a volver a unirse a la misma distancia más lejos del cohete en el próximo diamante de choque, y así sucesivamente. Finalmente, la distorsión atmosférica y la fricción se apoderan, igualando la presión de la columna de escape con la atmósfera ambiental.
Los diamantes de choque fueron descubiertos originalmente por Ernst Mach, el famoso científico austriaco que trabajó en la dinámica de fluidos.
Otra nota al margen interesante, los diamantes de choque no solo se ven en los escapes de los cohetes. También se los ha visto explotar en volcanes y cañones de artillería.
Hay dos grandes artículos sobre diamantes Mach si realmente quieres entenderlos más profundamente. Consulte este artículo de Aerospace Web y este de Allstar Network.
