Nave hipersónica UCF
El motor de avión que hace lento al Concorde: Madrid-Los Ángeles en una hora
Este motor hipersónico para aviones ha sido recién desarrollado y proporcionaría el empuje suficiente como para alcanzar vuelos a 20.000 kilómetros por hora.
18 mayo, 2021 01:57Noticias relacionadas
Vuelos suborbitales, supersónicos, hipersónicos... Una nueva era de la aviación para cubrir grandes distancias se avecina en los próximos años retroalimentándose de la tecnología de la carrera espacial. Trayectos como el que une Madrid con Los Ángeles podrían cubrirse en menos de una hora gracias a este tipo de vuelos donde los pasajeros serán casi astronautas y dejando atrás al todopoderoso Concorde que cubriría el mismo trayecto en unas 5.
Por el momento, la tecnología de reacción convencional -como la que usan los cohetes o los aviones- es la más utilizada para este tipo de viajas. Un concepto de motor que nació hace ya muchas décadas y que se ha ido refinando hasta alcanzar unos niveles de rendimiento y fiabilidad extraordinarios, prueba de ello son las miles de horas de vuelo que acumulan los aviones y la capacidad de reutilizar cohetes.
Algunas corrientes de investigación pretender ir un paso más allá. Y, aunque se base en el mismo principio y concepto de motor, la propulsión a velocidades hipersónicas parece que serán cada vez más una realidad. Un sistema de propulsión que por su concepto bien podría ser la base de cualquier película de ciencia ficción donde los viajes más allá de la velocidad del sonido son de lo más habitual.
Motor de explosión
El terreno de lo hipersónico no es uno realmente desconocido para el humano. Ya existen tecnologías que se mueven más allá de Mach 5 (5 veces la velocidad del sonido y unos 6.000 kilómetros por hora) encuadradas dentro de misiles intercontinentales de grandes potencias capaces de alcanzar cualquier punto del planeta en muy pocos minutos. O iniciativas de naves experimentales que se mueven en ese mismo terreno.
Talon-A, prototipo hipersónico
Ahora, científicos de la Universidad de Florida Central (UCF), han publicado el que podría ser un nuevo método de propulsión que alcance la parte alta del segmento hipersónico que va de esos Mach 5 a Mach 20. Los investigadores involucrados han descubierto una nueva forma de estabilizar la detonación necesaria para la propulsión hipersónica. Lo han hecho a través de la creación de una cámara de reacción con un diseño especial que se puede aplicar a los motores de reacción.
"Existe un esfuerzo internacional cada vez mayor para desarrollar sistema de propulsión robustos para vuelos hipersónicos y supersónicos a través de nuestra atmósfera", ha declarado Kareem Ahmed, coautor del estudio y profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF. Ahmed también apunta a la necesidad de que esa tecnología permita una entrada y una salida eficientes de las atmósferas planetarias.
"El descubrimiento de estabilizar una detonación, la forma más potente de reacción y liberación de energía, tiene potencial de revolucionar los sistemas de energía y propulsión hipersónica", recalca el profesor Kareem Ahmed. Las detonaciones corresponden con el mismo principio físico con el que funcionan las explosiones de bombas, capaces de liberar una cantidad muy grande de energía en cuestión de milisegundos. Lo que otorgaría a la nave una aceleración realmente potente digna de cualquier metraje de franquicias como Star Wars.
Avión supersónico de Virgin Omicrono
La tecnología que han ideado sería capaz de impulsar una nave a velocidades comprendidas entre Mach 6 y Mach 17, es decir, entre 7.400 y 20.100 kilómetros por hora. Para ello, han ideado una cámara con una rampa en ángulo de 30 grados justo al lado de la cámara de mezcla propulsora (donde se combina el combustible con el aire) que estabiliza la onda de detonación oblicua.
Algo así como viajar a bordo de una nave cuyo motor vive en una detonación continua, estable y fija en el espacio y en el tiempo. Pero que también puede ser controlable y eficiente.
Realmente, el secreto se encuentra en la última sección del motor. En ella se ha instalado una pequeña rampa de 30º en última parte del sistema, que cuenta con un total de 3 secciones. Los investigadores descubrieron que esa pequeña rampa es capaz de manipular las ondas de presión dentro de la cámara y crear una detonación continua.
Esquema del motor hipersónico con la rampa en la fase Test Section
"Esta es la primera vez que se ha demostrado experimentalmente que una detonación se puede estabilizar", ha dicho Ahmed. "Finalmente podemos mantener la detonación en el espacio en forma de detonación oblicua. Es casi como congelar una explosión intensa en el espacio físico".
Retos y aplicaciones
Uno de los principales retos al que se tienen que enfrentar los investigadores pasa por crear un modelo a tamaño real. Por el momento, el motor a escala que han creado cuenta con una longitud de un metro y les ha bastado para confirmar -durante 3 segundos- que una onda de detonación se puede mantener en el tiempo.
"Estudios como este son cruciales para mejorar nuestra comprensión de estos fenómenos complejos y acercarnos al desarrollo de sistemas a escala de ingeniería", ha declarado Gabriel Goodwin, ingeniero aeroespacial y coautor del estudio. Pero la escalabilidad no es el único de sus problemas.
Starship de SpaceX, también se usará para vuelos hipersónicos
El desarrollo de materiales de categoría aeroespacial que puedan resistir tal velocidad hipersónica debe ir de la mano. El rozamiento atmosférico es uno de los grandes problemas al que los ingenieros se han enfrentado durante el desarrollo de aeronaves supersónicas como el Concorde o el militar Lockheed SR-71 Blackbird. Una situación similar también se vivía con la reentrada de los diferentes trasbordadores espaciales de la NASA, que contaban con un recubrimiento especial con materiales cerámicos.
Los investigadores apuntan a que esta tecnología, una vez desarrollada, se podrá emplear en vuelos comerciales con humanos a bordo y viajes espaciales "en las próximas décadas". Sin especificar un año o una ventana temporal.
