Un simulador de motores cohete que muestra sus cálculos

Meco es un simulador de diseño de motores cohete. Defines la geometría, enciendes el motor y lees en gráficas en vivo lo que devuelve. Cada número que cambias te responde. Cada nodo se puede inspeccionar. Nada importante ocurre dentro de una caja que no puedas abrir.

Construyo Meco yo solo, y el modelo de motor que hay detrás está publicado en un preprint, con DOI incluido, para que puedas comprobar mi trabajo: 10.5281/zenodo.21864769.

Get Meco on SteamAcceso anticipado · Windows y macOS · Linux próximamente

As an engineering student I really enjoyed it, it covers some complex topics that really make me think and learn. I'd definitely recommend it!

heimdall, en Steam

Cinco números y ya tienes una cámara de empuje

Dale a la cámara de empuje su radio de garganta, su relación de expansión, su relación de contracción, la longitud de cámara y el número de secciones. A partir de ahí construye el hardware: una campana Rao optimizada para el empuje, el trazado de los canales de refrigeración regenerativa y los sólidos de la cámara en 3D. Cambia uno de esos números principales y el hardware se reconstruye mientras lo miras.

Si fuerzas la geometría hasta donde ya no funcionaría, el editor te dice en qué punto te has salido de la curva de Rao, antes de que pierdas una tarde en ello.

Canales de refrigeración que nunca tuviste que dibujar

Define el número de canales, el ancho del tabique y la altura del canal. El conjunto los distribuye alrededor de la pared de la cámara, cuatrocientos si eso es lo que has pedido, y la refrigeración regenerativa se resuelve junto con el resto del motor.

El empuje sale del campo de flujo

Meco integra el campo de flujo por el método de las características a través de tu campana, con el flujo másico que tu simulación ha entregado realmente. No hay ningún coeficiente de empuje consultado en una tabla.

Lleva la relación de expansión demasiado lejos a nivel del mar y el flujo se despega de la pared. La vista de campo se vuelve gris a partir del punto de separación, y el empuje solo se contabiliza donde el flujo sigue empujando.

Una turbobomba que se dimensiona sola

Elige una de las cuatro disposiciones de eje, desde un eje único hasta un accionamiento directo con reductora, y los ejes y engranajes salen dimensionados para la disposición que has elegido. Los ejes y los engranes te cuestan entonces par real, y las bombas informan del NPSH disponible junto a sus curvas de funcionamiento.

Y luego cableas todo el conjunto tú mismo

Los conjuntos son partes de un motor, no el motor. Sobre el lienzo colocas componentes, los cableas entre sí y ejecutas. Domos, inyectores, válvulas, juntas de refrigeración, generador de gas, turbina. Es tu instalación, y falla con tu letra.

El arranque también es una secuencia. Una rampa maestra recorre de 0 a 1 y cada válvula actúa al cruzar su propio umbral, con su nivel, su anchura y su retardo. Los motores reales van en orden: acelerar, abrir las válvulas, encender el generador de gas, ajustar.

Catorce misiones, y una ingeniera veterana que ha visto cosas peores

La misión 0 te deja en el puesto de trabajo de Miku Aoyama con su modelo del Vulcain 1 abierto y la instrucción clara de no tocarlo. Le siguen trece misiones, repartidas en cinco capítulos, desde tu primer modelo hasta un ciclo completo de generador de gas.

Es probable que tus primeros diseños no alcancen sus objetivos. De eso se trata. Dentro de una misión, cuando un diseño falla, el diagnóstico «¿Necesitas una pista?» nombra el problema concreto y te lleva hasta la solución punto por punto: ejecuta la simulación al menos una vez, tu relación de mezcla sigue siendo estequiométrica así que enriquece la válvula del generador de gas, ese nombre de componente parece una errata. En el modo libre no hay tutor. Ahí estáis tú, las gráficas y el hardware reconstruyéndose mientras escribes.

Capítulo V: recrea el Merlin 1D

El capítulo V se abre con el motor que hace volar al Falcon 9. Colocas la turbobomba y enlazas sus ranuras, das a la cámara de empuje ya situada su geometría principal, defines la rampa maestra de arranque y dos de sus compuertas, y luego ajustas el generador de gas hasta que todo el circuito se mantiene en régimen estacionario. El informe final pone los números que has alcanzado junto al empuje y al Isp que SpaceX sí ha publicado.

SpaceX nunca ha publicado la geometría interna del Merlin, así que cada dimensión que hay ahí está derivada o deducida a la inversa. Tómalo como inspiración, no como un gemelo digital.

Una vez que lo has volado, el Merlin 1D queda como plantilla de partida en el modo libre, tuya para seguir trasteando con ella.

Contrastado con un motor real

Meco incluye el Vulcain 1, el motor que voló en el Ariane 5, construido a partir de sus cifras publicadas. Esto es lo que produce el simulador frente a ellas, incluida la fila que parece equivocada. La columna de Meco es la lectura de la sonda cuasi-unidimensional en 0.6.1, sobre el flujo de tobera, y es una medición y no una propiedad fija: una versión posterior las mueve un poco.

Esa última fila es el generador de gas, y es la razón por la que la distinción importa. El Isp de flujo de tobera solo cuenta lo que sale de la campana. El Isp de motor cuenta también el propulsante que quema el generador de gas, que es lo que indica una hoja de datos real. Meco informa de ambos, etiquetados.

El Isp de motor sale de dos instrumentos, y discrepan a propósito. La sonda cuasi-unidimensional marca 429,7 segundos frente a los 431 publicados, dentro del 1 %. La ficha de campo de tobera marca 422,7, un 1,9 % por debajo, porque integra el campo resuelto y después descuenta las pérdidas que una expansión unidimensional ideal da por supuestas: el flujo que sale de la campana en ángulo, y el rozamiento a lo largo de la pared, que la sonda no arrastra en absoluto. Marca menos por construcción. Son dos instrumentos, no una segunda opinión, y el campo es el más conservador de los dos.

El modelo que hay detrás está publicado como preprint. Lee con atención lo que afirma, porque es prudente: los modelos de bomba, de presión de alimentación, de canales de refrigeración y de cámara de empuje están anclados a las constantes publicadas del Vulcain 1 y a la garganta del RS-25, y el caso de estudio de la clase Merlin 1D mide sus propios residuos en lugar de ajustarse a datos de vuelo. La conservación de masa a través del campo de tobera cierra al 0,92 %. El artículo llama a eso verificación, no validación contra datos de vuelo, y hace bien.

Qué es esto, con honestidad

Meco está en acceso anticipado y se puede jugar hoy. No es un juego espacial informal. Es un simulador de ingeniería con una curva de aprendizaje real, y da lo mejor de sí cuando quieres entender por qué funciona un ciclo.

Disponible ahora: los capítulos I a IV completos, y el capítulo V abierto con el Merlin 1D. Los conjuntos de cámara de empuje y turbobomba en 3D en vivo. La secuencia de arranque. El Isp de motor, la cifra que indican las hojas de datos reales, con el propulsante del generador de gas contabilizado. El Vulcain 1 incluido se ajusta a sus cifras publicadas: 1140 kN de empuje en vacío, y un Isp de motor dentro del 1 % de los 431 segundos en la sonda cuasi-unidimensional, un 1,9 % por debajo en la ficha de campo de tobera, más conservadora. Deshacer y rehacer en todo el editor. Unidades configurables, para que puedas leer la presión en bar en lugar de en pascales.

En construcción: el resto del capítulo V, el A-7 Redstone y el Vulcain 1. El conjunto de cabeza de inyección en configuraciones coaxial, pintle y de chorros incidentes. Componentes de ciclo expansor. El motor entero unido en una sola máquina en 3D. La masa de los componentes, para obtener cifras de empuje-peso. Límites térmicos y de esfuerzo estructural.

Mi intención es terminar la hoja de ruta en 2027. Construyo Meco en solitario, así que cada compra financia el trabajo directamente.

Por qué construyo un simulador de motores cohete accesible

Para ser una civilización espacial necesitamos muchas personas capaces de construir y mantener motores cohete, en cada colonia. Eso es un problema de enseñanza antes que un problema de hardware.

Por eso también creé la Open Space Launch Foundation. Es una organización sin ánimo de lucro y su registro como entidad benéfica está en trámite. La intención es que con el tiempo albergue LorenLib, el núcleo de código abierto sobre el que está construido Meco, para que el motor de simulación sobreviva a cualquier producto concreto.

Ni Meco ni LorenLib han pasado todavía, y no lo harán hasta que la parte comercial sea lo bastante sólida como para sostenerlo. Ese orden es deliberado. El objetivo no ha cambiado: mantener Meco comercialmente viable como para sostenerme a mí y, con el tiempo, a un equipo pequeño.

• Meco is made by Loren Aerospace Ltd, which is me, Dannie Sim.
• Open Space Launch Foundation

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