Carga útil

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La carga útil es el objeto o la entidad que transporta una aeronave o un vehículo de lanzamiento . A veces, la carga útil también se refiere a la capacidad de transporte de una aeronave o un vehículo de lanzamiento, que generalmente se mide en términos de peso. Dependiendo de la naturaleza del vuelo o la misión, la carga útil de un vehículo puede incluir carga , pasajeros , tripulación de vuelo , municiones , instrumentos científicos o experimentos u otro equipo. El combustible adicional, cuando se transporta opcionalmente, también se considera parte de la carga útil. ^[1]

En un contexto comercial (es decir, una aerolínea o un transportista aéreo de carga ), la carga útil puede referirse únicamente a la carga que genera ingresos o a los pasajeros que pagan. ^[2] A una carga útil de municiones transportada por un avión de combate a veces se la denomina alternativamente carga de guerra del avión .

En el caso de un cohete, la carga útil puede ser un satélite , una sonda espacial o una nave espacial que transporte seres humanos, animales o carga. En el caso de un misil balístico , la carga útil es una o más ojivas y sistemas relacionados; su peso total se denomina peso de lanzamiento .

La fracción de carga útil respecto del peso total de despegue del avión o de la nave espacial se conoce como " fracción de carga útil ". Cuando se consideran en conjunto el peso de la carga útil y el del combustible, se denomina " fracción de carga útil ". En las naves espaciales, normalmente se utiliza la "fracción de masa", que es la relación entre la carga útil y todo lo demás, incluida la estructura del cohete. ^[3]

Existe una relación natural entre la carga útil y el alcance de una aeronave. Un diagrama de alcance de la carga útil (también conocido como "diagrama de codo") ilustra dicha relación.

La línea horizontal superior representa la carga útil máxima. Está limitada estructuralmente por el peso máximo sin combustible (MZFW) de la aeronave. La carga útil máxima es la diferencia entre el peso máximo sin combustible y el peso operativo en vacío (OEW). Al desplazarse de izquierda a derecha a lo largo de la línea, se muestra la carga útil máxima constante a medida que aumenta la autonomía. Es necesario agregar más combustible para obtener más autonomía.

La línea vertical representa el alcance en el que el peso combinado de la aeronave, la carga útil máxima y el combustible necesario alcanzan el peso máximo de despegue (MTOW) de la aeronave. Si el alcance se incrementa más allá de ese punto, se debe sacrificar la carga útil por el combustible.

El peso máximo de despegue está limitado por una combinación de la potencia neta máxima de los motores y la relación sustentación/resistencia de las alas. La línea diagonal después del punto de alcance con carga útil máxima muestra cómo la reducción de la carga útil permite aumentar el combustible (y el alcance) al despegar con el peso máximo de despegue.

El segundo punto de la curva representa el punto en el que se alcanza la capacidad máxima de combustible. Si se vuela más allá de ese punto, es necesario reducir aún más la carga útil para conseguir un aumento aún menor de la autonomía. La autonomía absoluta es, por tanto, la distancia a la que un avión puede volar con el máximo combustible posible sin llevar ninguna carga útil.

Ejemplos de capacidad de carga útil:

• De Havilland Mosquito B Mk.IV Serie 2: 920 kg ^[4]
• Boeing B-17 Flying Fortress : 1.800 kg (misiones típicas de largo alcance), 3.600 kg o más (misiones de corto alcance) ^[5]
• Petlyakov Pe-8 4.990 kg (interno) ^[6]
• B-52H Stratofortress : 31.500 kg ^[7]
• Antonov An-225 Mriya : 250.000 kg
• Saturno V :
  • Carga útil a órbita terrestre baja 140.000 kg
  • Carga útil en órbita lunar: 47.000 kg
• Transbordador espacial :
  • Carga útil a órbita terrestre baja (sin contar el orbitador en servicio de 110.000 kg) 27.000 kg (53.700 lb)
  • Carga útil a la órbita de transferencia geoestacionaria (sin contar el orbitador en servicio de 110.000 kg) 3.810 kg (8.390 lb)
• Trident (misil) : 2800 kg de peso de lanzamiento ^{[ especificar ] [ cita requerida ]}
• Vehículo de transferencia automatizado
  • Carga útil: ^[8] 7.667 kg 8 bastidores con 2 x 0,314 m ³ y 2 x 0,414 m ³
  • Envolvente: cada uno de 1.146 m3 ^frente a 4 de estos 8 racks
  • Masa de carga: Carga seca: 1.500 - 5.500 kg
  • Agua: 0 – 840 kg
  • Gas (nitrógeno, oxígeno, aire, 2 gases/vuelo): 0 – 100 kg
  • Combustible para reabastecimiento de la ISS: 0 – 860 kg (306 kg de combustible, 554 kg de oxidante)
  • Combustible para reimpulso y control de actitud de la ISS: 0 - 4700 kg
  • Capacidad total de carga: 7.667 kg

En el caso de los aviones, el peso del combustible en los tanques de las alas no contribuye de forma tan significativa al momento de flexión de las alas como el peso en el fuselaje, por lo que incluso cuando el avión se ha cargado con la carga útil máxima que las alas pueden soportar, aún puede transportar una cantidad significativa de combustible.

Los sistemas de lanzamiento y de transporte difieren no sólo en la carga útil que se puede transportar, sino también en las tensiones y otros factores a los que se somete la carga útil. La carga útil no sólo debe ser elevada hasta su objetivo, sino que también debe llegar de forma segura, ya sea en otro lugar de la superficie de la Tierra o en una órbita específica. Para garantizar esto, la carga útil, como una ojiva o un satélite, está diseñada para soportar ciertas cantidades de diversos tipos de "castigo" en el camino hacia su destino. La mayoría de las cargas útiles de los cohetes se colocan dentro de un carenado de carga útil para protegerlas contra la presión dinámica del viaje a alta velocidad a través de la atmósfera y para mejorar la aerodinámica general del vehículo de lanzamiento. La mayoría de las cargas útiles de las aeronaves se transportan dentro del fuselaje por razones similares. Una carga de gran tamaño puede requerir un fuselaje con proporciones inusuales, como el Super Guppy .

Las diversas restricciones impuestas al sistema de lanzamiento se pueden clasificar a grandes rasgos en aquellas que causan daño físico a la carga útil y aquellas que pueden dañar su composición electrónica o química. Algunos ejemplos de daño físico incluyen aceleraciones extremas en escalas de tiempo cortas causadas por sacudidas u oscilaciones atmosféricas, aceleraciones extremas en escalas de tiempo más largas causadas por el empuje del cohete y la gravedad, y cambios repentinos en la magnitud o dirección de la aceleración causados ​​por la rapidez con la que se aceleran y se apagan los motores, etc. Las cargas útiles eléctricas, químicas o biológicas pueden resultar dañadas por temperaturas extremas (calor o frío), cambios rápidos de temperatura o presión, contacto con corrientes de aire de rápido movimiento que causan ionización y exposición a la radiación de los rayos cósmicos , el cinturón de Van Allen o el viento solar .

• Vehículo de lanzamiento de carga pesada
• Vehículo de lanzamiento de carga media
• Ecuación del cohete de Tsiolkovsky
• Masa parasitaria

• Shannon Ackert (abril de 2013). "Análisis de la capacidad de carga útil de las aeronaves para los financieros" (PDF) . Aircraft Monitor. Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.
• "Uso de los gráficos de carga útil/alcance y longitud del campo de despegue en las características del avión para los documentos de planificación de aeropuertos" (PDF) . Boeing Commercial Airplanes. 12 de febrero de 2014. Archivado (PDF) desde el original el 9 de octubre de 2022.