Adiós a los cohetes: el método chino para lanzar naves y satélites al espacio con una ingeniosa catapulta gigante

El aumento del número de lanzadores continúa creciendo cada año y, por el momento, la demanda de las compañías supera con creces la oferta de capacidad de despegue hacia el espacio. Compañías como SpaceX de Elon Musk han conseguido rebajar más del 95% el coste de lanzamiento, según un informe de McKinsey, al mismo tiempo que otras como la alicantina PLD Space continúan apostando por el mismo esquema. Sin embargo, existe una corriente que se encuentra buscando y desarrollando nuevos métodos más económicos a la par de capaces.

Es en este último escenario donde se están moviendo algunas entidades gubernamentales de China, uno de los países que más está apostando por el espacio y en los vehículos hipersónicos en los últimos años. También han obtenido avances importantes en los sistemas de lanzamiento electromagnéticos con los que pretenden equipar sus portaviones para que los cazas levanten en vuelo de forma más rápida y segura.

En la conjunción de ambos mundos aeroespaciales es donde se encuentra el último programa impulsado por la Corporación de Industria y Ciencia Aeroespacial de China —más conocida por sus siglas en inglés CAIC— por el que se pretende enviar naves al espacio de la forma más barata y fiable posible. "La tecnología de lanzamiento electromagnético proporciona una solución prometedora", ha publicado el equipo, liderado por Li Shaowei, en un paper.

Modelo por ordenador de la nave espacial hipersónica de China China Arms

Con anterioridad, China ya había presentado algunos proyectos relacionados con este mismo método e incluso avanzado en su diseño, pero nunca consiguieron superar una fase teórica. El objetivo ahora, según explican, es superar estos desafíos. "Ha surgido como una tecnología de frontera estratégica que están aplicando las principales naciones del mundo".

Lanzamiento electromagnético

Para ese traslado del plano teórico al práctico, CASIC ha construido 2 kilómetros de pista de levitación magnética de alta velocidad y con hecho parcialmente el vacío en su interior. Se ubica en la zona industrial de Datong (provincia de Shanxi, al suroeste de Pekín) y la instalación permite propulsar un objeto a velocidades cercanas a los 1.000 kilómetros por hora, muy cerca de la velocidad del sonido.

Representación de nave hipersónica china (la superior) CCTV

En los próximos años, la longitud de la línea de pruebas se ampliará para que el objeto en su interior pueda alcanzar una velocidad operativa máxima de 5.000 km/h, según recoge SCMP. Se trata de la instalación de propulsión electromagnética más ambiciosa de todo el planeta y no sólo se aplicará para desarrollar este nuevo método de lanzamiento de naves espaciales.

También servirá para evaluar a los ferrocarriles de alta velocidad de próximas generaciones que apostarán por popularizar la levitación magnética al mismo tiempo que alcanzan velocidades todavía mayores. China es uno de los pocos países que cuentan con líneas regulares maglev —magnetic levitation— en el mundo y mantiene una competición tecnológica con Japón, cuna de los trenes bala.

El fin de este programa es utilizar una pista de lanzamiento electromagnética gigante para acelerar un avión hipersónico hasta que alcance 2.000 kilómetros por hora. El siguiente paso es que la nave se separe de la pista, encienda su propio propulsor integrado y entre en el espacio cercano a unas 7 veces la velocidad del sonido (8.600 km/h).

La nave espacial elegida pesa unas 50 toneladas y supera los 40 metros de largo, más que un avión Boeing 737. La plataforma se desarrolló al calor del Proyecto Tengyun desvelado en el año 2016 y, desde entonces, no había encontrado un programa avanzado donde poder participar.

Este método de lanzamiento pretende mejorar el envío de carga espacial de dos formas posibles. El primero tiene que ver con la menor cantidad de propelentes —combustible y oxidante— que tiene que llevar a bordo dado que los primeros compases del viaje recaen en el sistema electromagnético. Esto permite poder incluir más carga o personas en el mismo trayecto, lo que reduce de forma notable el coste.

Por otro lado, el diseño aerodinámico también se verá beneficiado. En la actualidad, los ingenieros deben desarrollar aeronaves capaces de volar a baja velocidad, donde las necesidades de sustentación y superficies de control nada tienen que ver respecto a cuando la misma plataforma va a miles de kilómetros por hora. Esto supone un detrimento a alta velocidad que con este sistema de despegue quedaría anulado y podrían obtener el mejor diseño listo para el segmento hipersónico a más de 6.000 km/h.

Aprendiendo de EEUU

La idea de emplear catapultas para lanzar objetos al espacio no es realmente nueva ni original de China. Ya en los años 90 del pasado siglo XX, la NASA lo intentó llevar a la práctica construyendo una pequeña línea de pruebas de 15 metros de largo. La falta de financiación pública y la dificultad técnica dejaron de lado el programa al tiempo que apostaban por la creación de lanzadores electromagnéticos para los portaviones.

De hecho, los portaviones clase Gerald R. Ford cuentan con un sistema de lanzamiento electromagnético que ha supuesto un quebradero de que cabeza para los ingenieros estadounidenses. En los diferentes despliegues, se ha demostrado una baja disponibilidad con largos periodos de parada debido a problemas técnicos, algo que no ocurre con las catapultas de vapor que hasta esta unidad equipaban todos los buques portaeronaves.

Regresando a los lanzamientos espaciales, la idea de la NASA consistía en acelerar la nave hasta 700 kilómetros por hora, una velocidad que habían estipulado como suficiente para no requerir de una primera etapa de propulsión. Algo que, para los ingenieros chinos encabezados por Li Shaowei, es demasiado poco al igual que la carencia de pruebas en túnel de viento por parte de los estadounidenses.

Y es que, a medida que se incrementa la velocidad de lanzamiento, el flujo del aire entre la nave, la catapulta electromagnética y la pista en tierra firme se vuelve muy intenso y complejo. El equipo de Li Shaowei ha realizado simulaciones por ordenador y pruebas en túnel de viento para validar su teoría, llegando a la conclusión de que pasando la barrera supersónica todo se complica debido a las ondas de choque impactando contra la superficie.

"Cuando la catapulta alcanza su velocidad objetivo, suelta el avión y frena abruptamente", explican. Esta situación provoca un flujo de aire caótico que consigue impulsar a la nave durante 4 segundos y la posibilidad de experimentar una leve sensación de ingravidez, según los resultados obtenidos del túnel de viento.

Sin embargo, a medida que aumenta la distancia entre el avión y la pista, la intensidad del flujo disminuye hasta desaparecer. Dentro de esos primeros 4 segundos donde todavía se genera cierta sustentación es cuando el propulsor debe conectarse.

Armas electromagnéticas

Además de para portaviones y naves espaciales, todo el conocimiento acumulado de China en la rama electromagnética también está motivando la creación de armamento. El pasado enero, científicos de la Universidad Naval de Ingeniería del gigante asiático culminaron la creación de un proyectil inteligente para armas cinéticas que consigue adaptar su trayectoria en pleno vuelo y se sirve de un cañón electromagnético para salir disparado.

"La capacidad de disparo continuo es la piedra angular de los sistemas eficaces de lanzamiento por rieles electromagnéticos, y lo hemos logrado con éxito", comentaron desde el equipo científico. La tecnología detrás de este sistema se basa en la creación de campos electromagnéticos que consiguen acelerar el proyectil a velocidades imposibles de alcanzar con el método tradicional de disparo.

Cañón electromagnético chino SCMP

Otro de los puntos clave de esta tecnología es que permite el lanzamiento continuo. A diferencia de los cañones convencionales, donde cada tiro supone una carga individual en el tubo, el formato electromagnético es capaz de disparar un proyectil tras otro con una cadencia bajísima. En las pruebas llevadas a cabo por los ingenieros chinos dispararon un total de 120 proyectiles con un alcance de hasta 200 kilómetros.

Los investigadores han aplicado la inteligencia artificial al cañón con el fin de que pueda tomar sus propias decisiones. Si detecta algún fallo que no sea demasiado grave, como que un equipo de forma puntual se caliente demasiado, seguirá funcionando. Pero si hay un problema que pueda causar daños reales, la IA detendrá los disparos del cañón electromagnético. "Este sistema inteligente ya ha salvado el sistema 3 veces", comentaron. "Con cada pequeño problema encontrado y solucionado, el arma funciona con mayor fluidez".