thumb|400px|Esquema de un cohete propulsado por combustible líquido
Un propulsor de combustible líquido es un tipo de motor cohete que utiliza propelentes líquidos. Los líquidos presentan la ventaja de que su densidad razonablemente alta permite que el volumen de los tanques de almacenamiento de los propelentes sea relativamente bajo, y es posible utilizar turbobombas centrífugas ligeras para impulsar el propelente desde los tanques a la cámara de combustión, lo que significa que los propulsores pueden mantenerse a baja presión. Esto permite el uso de tanques de propulsor de poco peso, optimizando la relación peso/potencia del cohete.
A veces se usa en motores pequeños más simples un gas inerte almacenado en un tanque a alta presión en lugar de bombas para forzar el paso de los propulsores a la cámara de combustión. Estos motores pueden tener una relación de masa más baja, pero generalmente son más fiables, y por lo tanto, se usan ampliamente para el mantenimiento de la órbita en satélites.
Los propulsores de combustibles líquidos pueden funcionar con un solo componente (tipo "monopropelente"), con dos (tipo "bipropelente") o más raramente con tres (tipo "tripropelente"). Algunos se diseñan para proporcionar empuje variable y otros pueden reiniciarse después de un apagado anterior en el espacio. Los propulsores líquidos también se usan en los cohetes híbridos, en los que un oxidante líquido generalmente se combina con un combustible sólido.
Historia thumb|left|Robert Goddard, abrigado contra el clima frío de Nueva Inglaterra del 16 de marzo de 1926, sostiene el bastidor de lanzamiento de su invención más notable: el primer cohete de combustible líquido. thumb|Conjunto de turbobombas de un cohete V-2 en sección. El rotor de la turbina está en el centro, y los rotores de las bombas a ambos lados
La idea del cohete de combustible líquido tal como se entiende en el contexto moderno, aparece por primera vez en el libro "La exploración del espacio cósmico mediante dispositivos de reacción",Título en ruso Issledovaniye mirovykh prostranstv reaktivnymi priborami (Исследование мировых пространств реактивными приборами) del maestro de escuela ruso Konstantín Tsiolkovski. Este tratado seminal sobre astronáutica se publicó en mayo de 1903, pero no se distribuyó fuera de Rusia hasta años después, y los científicos rusos le prestaron poca atención.
Pedro Eleodoro Paulet Mostajo (2 de julio de 1874 - 30 de enero de 1945) fue un científico e inventor peruano que en 1895, fue presuntamente la primera persona en construir un cohete de combustible líquido y, en 1900, la primera persona en construir un moderno sistema de propulsión para un cohete.El inventor alemán de los misiles V-2, Wernher von Braun, consideraba a Paulet como uno de los "padres de la aeronáutica". El Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington D. C., tiene una pequeña placa que honra la memoria de Paulet. Fue el único desarrollador conocido de experimentos con motores cohete de propulsor líquido en el , siendo considerado uno de los "padres de la aeronáutica". Sin embargo, no publicó su trabajo. En 1927 escribió una carta a un periódico en Lima, afirmando que había experimentado con un motor cohete de propelente líquido cuando era estudiante en París tres décadas antes. Los historiadores de los primeros experimentos de cohetería, entre ellos Max Valier, Willy Ley y John D. Clark, han otorgado diferentes grados de credibilidad al informe de Paulet, que describió sus pruebas de laboratorio, pero que no afirmó haber lanzado un cohete de este tipo. Wernher von Braun, en su libro Historia mundial de la aeronáutica, afirma: "Pedro Paulet estuvo en París en esos años (1900), experimentó con su pequeño motor de dos kilos y medio y logró 100 kg de empuje. Por este hecho, Paulet debe ser considerado el pionero del motor de propulsión de combustible líquido". Además, en su History of Rocketry and Space Travel, von Braun reconoce que "con sus esfuerzos, Paulet ayudó al hombre a llegar a la Luna".
El primer vuelo de un cohete propulsor de combustible líquido tuvo lugar el 16 de marzo de 1926 en Auburn (Massachusetts), cuando el profesor estadounidense Robert Goddard lanzó un vehículo utilizando oxígeno líquido y gasolina como propelentes. El cohete, que recibió el apodo de "Nell", subió apenas 41 pies durante un vuelo de 2.5 segundos que terminó en un campo de coles, pero fue una demostración importante de que los cohetes de combustible líquido eran posibles. Goddard propuso estos propulsores unos quince años antes, y comenzó a experimentar seriamente con ellos en 1921.
En Alemania, ingenieros y científicos se entusiasmaron con los cohetes de combustible líquido, construyéndolos y probándolos a principios de la década de 1930 en Kummersdorf, cerca de Berlín."The World's First Rocket Airdrome", May 1931, Popular Mechanics Este grupo de aficionados a los cohetes, el VfR, incluía a Wernher von Braun, que se convirtió en el jefe de la estación de investigación del ejército que secretamente construyó el misil V-2 para los nazis. El científico germano-rumano Hermann Julius Oberth publicó un libro en 1922 sugiriendo el uso de propelentes líquidos.
thumb|right|Plano del prototipo del avión cohete He 176 V1
A finales de la década de 1930, el uso de la propulsión con cohetes para el vuelo tripulado comenzó a experimentarse seriamente, y el avión alemán Heinkel He 176 realizó el primer vuelo tripulado, impulsado por un cohete de combustible líquido diseñado por el ingeniero aeronáutico alemán Hellmuth Walter el 20 de junio de 1939.Volker Koos, Heinkel He 176 – Dichtung und Wahrheit, Jet&Prop 1/94 p. 17–21 El único avión de combate propulsado por cohetes producido en serie que entró en combate, el Me 163B Komet en 1944-45, también utilizaba un motor cohete de combustible líquido diseñado por Walter, el Walter HWK 109-509, que producía hasta 1.700 kgf (3.800 lbs/f) de empuje a máxima potencia.
Después de la Segunda Guerra Mundial, el gobierno y el ejército estadounidense finalmente consideraron seriamente los cohetes con propulsores líquidos como armas y comenzaron a financiar realizaciones en este campo. La Unión Soviética hizo lo mismo, y así comenzó la carrera espacial.
Tipos
Los cohetes de combustible líquido se han construido utilizando uno, dos o tres líquidos propelentes. Los "cohetes bipropelentes líquidos" generalmente usan un combustible líquido, como hidrógeno líquido o un combustible hidrocarburo como RP-1, y un líquido oxidante, como oxígeno líquido. El motor puede ser un motor cohete criogénico, donde el combustible y el oxidante, como el hidrógeno y el oxígeno, son gases que se han licuado a temperaturas muy bajas.
Los cohetes de propelente líquido pueden ser aceleradores (con empuje variable) en tiempo real, para lo que disponen de un control de la relación de mezcla (proporción en la que se mezclan el oxidante y el combustible); también pueden apagarse y, con un sistema de encendido adecuado o un propulsor de autoencendido, reiniciarse.
También se usan en ocasiones en los cohetes híbridos, en los que un oxidante líquido se combina con un combustible sólido.
Principio de operación thumb|220px|right|Esquema de un propulsor de combustible líquido de dos componentes 1 - Toma del depósito de combustible 2 - Toma del depósito de oxidante 3 - Bomba de combustible 4 - Bomba de oxidante 5 - Turbina 6 - Generador de gas 7 - Válvula del generador de gas (combustible) 8 - Válvula del generador de gas (oxidante) 9 - Válvula principal de combustible 10 - Válvula principal del oxidante 11 - Escape de la turbina 12 - Inyectores 13 - Cámara de combustión 14 - Tobera
Todos los motores cohete de combustibles líquidos utilizan tanques y tuberías para almacenar y transferir el propelente, un sistema de inyectores, una cámara de combustión que casi siempre es cilíndrica y una (a veces dos o más) toberas. Los sistemas líquidos permiten un impulso específico mayor que los motores de cohetes híbridos y sólidos; y pueden proporcionar una eficiencia de tanques muy alta.
A diferencia de los gases, un propelente líquido típico tiene una densidad similar a la del agua, aproximadamente 0.7-1.4 g/cm³ (excepto el hidrógeno líquido, que tiene una densidad mucho menor), mientras que requieren solo una presión de vapor relativamente baja. Esta combinación de adecuada densidad y baja presión permite utilizar tanques muy ligeros; que conllevan un peso de aproximadamente tan solo el 1% del contenido de propelentes densos y alrededor del 10% para el hidrógeno líquido (debido a su baja densidad y a la masa del aislamiento requerido).
Para la inyección en la cámara de combustión, la presión del propelente en los inyectores debe ser mayor que la presión de la cámara; esto se puede lograr con una bomba. Los sistemas de bombeo generalmente usan turbobombas centrífugas debido a su alta potencia y peso ligero, aunque se han utilizado bombas de émbolo en el pasado. Las turbobombas son generalmente extremadamente ligeras y pueden dar un excelente rendimiento, con un peso en la Tierra muy por debajo del 1% del empuje. De hecho, la relación empuje a peso total de los motores cohete que utilizan una turbobomba alcanzan valores tan altos como 155:1, como en el motor cohete Merlín de SpaceX; y hasta de 180:1 con la versión de vacío.SpaceX Merlin
Alternativamente, en lugar de bombas, se puede usar un tanque pesado de un gas inerte a alta presión, como el helio, y se puede renunciar a la bomba; pero la mejora de rendimiento que se puede alcanzar es a menudo muy baja, debido a la masa extra del tanque, reduciendo el rendimiento; pero para su uso a gran altitud o en el vacío, la masa del tanque puede ser aceptable.
Los principales componentes de un motor cohete son la cámara de combustión (cámara de empuje), el sistema de alimentación, el sistema de ignición pirotécnico, los propelentes, las válvulas, los reguladores, los tanques de los propelentes y la tobera del motor cohete. En términos de alimentación de propelentes a la cámara de combustión, estos motores pueden ser de ciclo de tanque presurizado o de alimentados por bombas, y los motores alimentados por bomba funcionan según un ciclo de generación de gas, un sistema de combustión escalonada o un ciclo de expansión.
Se pueden hacer pruebas de un motor de combustible líquido antes de su uso, mientras que para los motores de combustible sólido se debe aplicar una gestión de la calidad rigurosa durante su fabricación para garantizar una alta fiabilidad.NASA:Liquid rocket engines, 1998, Purdue University Estos propulsores de combustible líquido también puede reutilizarse para varios vuelos, como en el Transbordador STS y en los cohetes de la serie Falcon 9.
right|thumb|Los cohetes de bipropelentes líquidos son conceptualmente simples, pero debido a las altas temperaturas y a las piezas móviles de alta velocidad, son muy complejos de construir en la práctica.
El uso de propelentes líquidos puede asociarse con una serie de problemas:
Debido a que el propelente es una proporción muy grande de la masa del vehículo, el centro de masas se desplaza significativamente hacia atrás a medida que se utiliza el propelente; se podría perder el control del vehículo si su masa central se acerca demasiado al centro de arrastre. Cuando se opera dentro de una atmósfera, la presurización de los tanques de propelente de paredes muy finas debe garantizar un valor de la presión positivo en todo momento para evitar el colapso catastrófico del tanque. Los propulsores líquidos están sujetos a agitación mecánica, lo que puede producir la pérdida de control del vehículo. Este efecto se puede evitar con deflectores de derrame en los tanques, así como con el uso de trayectorias del cohete previamente estudiadas. Pueden sufrir efecto pogo, de forma que el cohete experimenta ciclos de aceleración no controlados.