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20 marzo 2019

Los Hipersónicos: el futuro de la aviación

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En 1969 se elevaba a los cielos el icónico Boeing 747, más conocido como Jumbo. En el último medio siglo, la evolución de las aeronaves comerciales nos ha traído aparatos cada vez más cómodos, eficientes y seguros. Pero algo no ha cambiado: la duración de los trayectos. El supersónico Concorde, que recortaba sustancialmente el tiempo de los vuelos trasatlánticos, nunca dejó de ser una opción solo para élites. Y aunque hoy existen planes de renovar el vuelo supersónico, hay quienes miran aún más allá, al avión hipersónico: de Europa a Australia y vuelta en lo que dura una jornada de trabajo.

La diferencia entre vuelos supersónicos —el Concorde volaba a 2.180 km/h, aproximadamente Mach 2, o dos veces la velocidad del sonido—e hipersónicos —Mach 5 y superiores— no es una cuestión de dar más gas a los motores, sino que se requieren ciertos saltos tecnológicos. En la mayoría de las aeronaves actuales, los ventiladores se encargan de comprimir el aire necesario para alimentar la combustión. Estos turboventiladores o turbofan son aptos incluso para el vuelo supersónico. Sin embargo, a velocidades hipersónicas las turbinas se desintegrarían, y por tanto se necesitan otros tipos de propulsores sin piezas móviles.

El cohete norteamericano X-15 volando. Crédito: NASA

“Actualmente los vuelos hipersónicos tripulados son posibles solo con propulsión a cohete, como por ejemplo los utilizados en misiones espaciales”, comenta a OpenMind Iván Bermejo-Moreno, ingeniero aeroespacial de la Universidad del Sur de California especializado en propulsión hipersónica. En estos casos, la nave lleva su propia reserva de oxígeno líquido para la combustión, “lo cual les da autonomía fuera de la atmósfera, pero incrementa el peso y el volumen”, dice Bermejo-Moreno. Estos motores de cohete se han ensayado en proyectos como el X-15 de la Fuerza Aérea de EEUU (USAF) y la NASA, que en octubre de 1967 estableció el récord de velocidad para una nave tripulada y propulsada en Mach 6,7, o 7.274 km/h.

Proyectos experimentales

La principal alternativa a los cohetes son los estatorreactores o ramjets, y más concretamente su variante de combustión supersónica o scramjet. La ventaja de este propulsor es que funciona con el oxígeno atmosférico, que se comprime en el motor gracias a la propia velocidad de la aeronave, lo que evita el uso de turbinas. A cambio, su desventaja es que “necesita volar a velocidades hipersónicas para empezar a operar, con lo que se debe llegar a esa fase con otros sistemas de propulsión tales como motores a reacción, afterburners y ramjets”, apunta Bermejo-Moreno.

Una concepción artística del vehículo experimental hipersónico X-43A en vuelo. Crédito: NASA

Gracias a esta tecnología, “en los últimos 20 años se han desarrollado con éxito varios proyectos experimentales de propulsión hipersónica”, dice el ingeniero. Entre ellos se cuentan los aparatos no tripulados X-43 de la NASA y su sucesor, el Boeing X-51A de la USAF. Este último, desarrollado en la pasada década, aplicaba el concepto waverider, un diseño concebido para reforzar la sustentación apoyándose en las ondas de choque que genera el propio aparato al romper la barrera del sonido. Pero pese a estos avances, “los scramjets todavía necesitan avances tecnológicos significativos para un uso fiable”, prosigue Bermejo-Moreno, que investiga cómo mejorar el funcionamiento de los scramjets. “Actualmente el tiempo de vida útil de un scramjet es del orden de minutos y no son reutilizables, habiéndose probado únicamente en prototipos”.

El caso del X-51 apunta hacia el rumbo actual de las investigaciones en propulsión hipersónica: se ha dicho que la tecnología demostrada en este proyecto podría aplicarse al desarrollo de misiles hipersónicos, actualmente en progreso en EEUU. China y Rusia también están impulsando esta nueva generación de armas. Pero aunque las aplicaciones militares parezcan hoy las más prominentes y viables a corto plazo, de estos desarrollos pueden surgir nuevos conceptos para el transporte de pasajeros. “Hoy los aspectos militares son el centro de atención, pero mañana podrían ser de nuevo los civiles”, señala a OpenMind Johan Steelant, ingeniero aeroespacial de la Agencia Europea del Espacio (ESA).

X-51A Waverider. Crédito: U.S. Air Force

Steelant ha sido el coordinador de LAPCAT (Long-Term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), un conjunto de dos proyectos financiados por la Unión Europea cuyo objetivo era explorar el camino hacia una aeronave hipersónica para vuelos antipodales, capaz de viajar de Bruselas a Sídney en cuatro horas. Según Steelant, el trabajo iniciado por LAPCAT ha tenido continuidad en otras iniciativas, incluyendo SKYLON, un proyecto de lanzadera espacial reutilizable a Mach 5, y STRATOFLY, una nave para el transporte de pasajeros a Mach 8.

Retos tecnológicos

En previsión de que los vuelos hipersónicos acaben despegando, los líderes del sector no quieren quedarse atrás. Apoyándose en su experiencia previa, Boeing presentó en junio de 2018 su concepto para una aeronave a Mach 5, una velocidad elegida porque permitiría emplear materiales convencionales como el titanio; a velocidades superiores, los 1.000 °C que puede alcanzar el fuselaje debido a la fricción obligan a utilizar nuevos materiales cerámicos.

Boeing presentó en 2018 su concepto para una aeronave a Mach 5. Crédito: Boeing

Este aspecto crucial revela que no solo debe progresar la tecnología de propulsores, sino que aún quedan por delante innumerables retos tecnológicos en lo relativo a la estructura de la nave y su maniobrabilidad, según cuenta a OpenMind el ingeniero aeroespacial de la Universidad de Stanford Javier Urzay, especialista en propulsión hipersónica. “El estado de desarrollo de aeronaves hipersónicas tripuladas y propulsadas dentro de la atmósfera está todavía en una fase muy primaria”, dice.

Otras compañías como Airbus y agencias espaciales como la japonesa o la alemana también han lanzado sus apuestas sobre el tapete hipersónico. Nadie quiere perder el vuelo, aunque nadie sugiere que el despegue sea inminente; pero según Bermejo-Moreno, “la tecnología necesaria es bastante probable que se desarrolle mucho antes del final de este siglo”. Urzay también se muestra moderadamente optimista: “Con el nivel de inversión adecuado se podría construir una aeronave parecida al X-15 con mayor autonomía y con dos o tres tripulantes antes de 2030, y desde ahí intentar escalar el tamaño de la aeronave para cinco o diez pasajeros antes de 2040”.

Javier Yanes

@yanes68

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