O impulso específico (Isp) é a maneira padrão pela qual os engenheiros de foguetes medem a eficiência com que um motor transforma o propelente em empuxo. Esta calculadora calcula Isp a partir do empuxo e da taxa de fluxo de massa, converte entre Isp e velocidade de exaustão e resolve uma variável ausente quando você tem apenas especificações parciais.

Como funciona o impulso específico

O impulso específico é definido como Isp = F / (ṁ × g₀), onde F é o impulso em newtons, ṁ é a taxa de fluxo de massa do propelente em kg/s e g₀ = 9,80665 m/s² é a gravidade padrão. Apesar do termo g₀, Isp não se trata de como o motor se comporta sob a gravidade - g₀ é simplesmente a constante que faz as unidades funcionarem em segundos, uma convenção que permite aos engenheiros comparar motores usando um único número independente da gravidade.

Isp é equivalente à velocidade de exaustão dividida por g₀ (Isp = ve / g₀), onde ve é a velocidade efetiva da exaustão saindo do bocal. Os dois descrevem exatamente a mesma eficiência física – a engenharia americana tende a citar Isp em segundos, enquanto a Europa e alguns contextos científicos citam ve diretamente em m/s.

Por que um Isp superior é importante

De acordo com a equação do foguete, a mudança de velocidade total (delta-v) que um veículo pode atingir aumenta com a velocidade de exaustão - então, um motor com Isp mais alto atinge o mesmo delta-v enquanto carrega menos massa de propelente, ou atinge um delta-v mais alto com a mesma carga de propelente. Foguetes químicos (querosene/LOX, hidrogênio/LOX, propelentes sólidos) normalmente fornecem Isp na faixa de 250 a 450 segundos porque são limitados pela energia liberada em uma reação química. A propulsão elétrica - propulsores iônicos, propulsores de efeito Hall - pode exceder 3.000 segundos usando campos elétricos para acelerar o propelente a velocidades de exaustão muito mais altas, mas o empuxo produzido é muito menor, tornando a propulsão elétrica adequada para manobras de longa duração e baixo empuxo, em vez de lançamento.

Resolvendo uma variável ausente

Como o Isp, o empuxo e a taxa de fluxo de massa estão relacionados por uma única equação, conhecer quaisquer dois permite resolver a terceira — útil ao comparar o Isp publicado de um motor com um empuxo alvo para dimensionar o fluxo de propulsor necessário ou ao calcular novamente o Isp a partir de dados de teste de empuxo e taxa de fluxo medidos. Todas as entradas devem ser positivas; o empuxo e o fluxo de massa são medidos diretamente, enquanto o Isp e a velocidade de exaustão são sempre derivados um do outro por meio da constante de gravidade padrão.