La clave del éxito para vuelos hipersónicos: un material que no se altera con el calor

La ingeniería de los materiales es una de las ramas más complejas que busca crear nuevas aleaciones para responder a las necesidades científicas. Por ejemplo, a los materiales necesarios para realizar algunos proyectos de exploración espacial que se llevan a cabo en España y cuyos requerimientos son tan complejos que prácticamente necesitan una aleación a la carta.

Precisamente debido a la actual edad dorada de los viajes espaciales y a próximas misiones que buscarán ir más allá de lo que jamás un humano ha alcanzado nunca, estas investigaciones son claves. Disponer de materiales aptos para resistir -sin apenas inmutarse- a temperaturas extremas es uno de los objetivos más perseguidos por los científicos que eliminarían de un plumazo tener que lidiar con las temidas dilataciones y contracciones.

Actualmente sí existen algunos muy específicos que cumplen con ese 'imposible' de la física que todos aprendimos en la escuela. Los llamados materiales de cero expansión térmica se emplean en muchos campos de la alta tecnología médica, aeronáutica y de piezas muy singulares.

Material impasible

Uno de los últimos descubrimientos en el tema viene de Australia, donde científicos de dos instituciones públicas han demostrado que un material fabricado con escandio, aluminio, tungsteno y oxígeno no cambió en volumen de -269 a 1126 grados. Toda una proeza científica si tenemos en cuenta que los -269 grados están rozando los -273 del cero absoluto y superar los 1.000 grados es suficiente para fundir algunos metales. En esa amplísima ventana de temperaturas, el material recién descubierto permanece impasible.

Hermeus 4, avión hipersónico

Estos materiales que carecen de dilatación o contracción por cambios de temperatura se emplean en herramientas mecánicas de alta precisión, mecanismos de control, componentes aeroespaciales e implantes médicos. Principalmente todos aquellos entornos en los que la estabilidad a los cambios de temperatura es fundamental.

"Estábamos realizando experimentos con estos materiales en asociación con nuestra investigación basada en baterías, para propósitos que nada tenían que ver, y fortuitamente encontramos esta propiedad singular de esta composición en particular", ha dicho Neeraj Sharma, profesor asociado de la UNSW de Sídney (Australia).

Salvo por el escandio, que es un compuesto químico muy raro y complicado de obtener, el resto de componentes de la fórmula son relativamente sencillos. Los investigadores también han anunciado que realizarán comprobaciones con compuestos alternativos al escandio y, si se consigue, no será complicado fabricar la fórmula a gran escala.

Si finalmente se consigue ir más allá, puede suponer una auténtica revolución en la industria espacial y aeronáutica. Los escudos que se necesitan instalar en las naves para la reentrada en la atmósfera sufren con el cambio tan brusco de temperatura, lo que acorta la vida y requiere de un mantenimiento mucho más exhaustivo.

Aviones que dilatan

Por otra parte, en el sector aeronáutico, puede ser el material perfecto para la próxima era de aviación supersónica. El Concorde crecía unos cuantos centímetros cuando volaba más allá de la velocidad del sonido por el calentamiento del fuselaje debido al rozamiento.

Concorde Eduard Marmet

En concreto, la aeronave francoinglesa crecía alrededor de 25 centímetros en el momento de velocidad de crucero a Mach 2, doblando la velocidad del sonido. Las superficies de ataque como el morro o el canto delantero de las alas superaban los 100 grados en esos momentos y el aluminio que se suele emplear en la construcción aeronáutica puede perder sus propiedades.

Debido a lo anterior, el Concorde contaba con unos puntos de dilatación programados que permitían al fuselaje y estructura de la aeronave amoldarse a las diferentes temperaturas que soportaban a lo largo del vuelo. También especiales eran los motores, que disponían de varios sistemas capaces de gestionar la entrada de aire.

Lockheed Martin SR-71, avión con un cambio de volumen muy acusado Jim Gordon Omicrono

También especial es el caso de otro de los aviones más rápidos del mundo: el SR-71 Blackbird. El diseño de esta aeronave fue todo un quebradero de cabeza para los ingenieros que tuvieron que lidiar con las dilataciones del fuselaje y de otras partes internas del avión debido a que era capaz de triplicar la velocidad del sonido.

Los nuevos materiales, como el recién descubierto en Australia, podrán reducir considerablemente ese tipo de problemas relacionados con el rozamiento en la atmósfera. Desde aviones hipersónicos (más allá de Mach 5) hasta las reentradas de las naves espaciales.

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