La carrera empresarial y militar por fabricar aviones capaces de volar a velocidad hipersónica
Estados Unidos, China y Rusia están invirtiendo en el desarrollo de armas hipersónicas. Mientras tanto, algunas empresas intentan desarrollar vehículos hipersónicos para el transporte de pasajeros
Crédito: Reaction
“He dedicado mi carrera a que las cosas vuelen rápido”, dice Adam Dissel, que dirige las operaciones estadounidenses de Reaction Engines.
Esta empresa británica construye motores que pueden funcionar a velocidades vertiginosas, en condiciones que derretirían los motores a reacción de la actualidad.
La firma quiere alcanzar una velocidad hipersónica, es decir, de más de cinco veces la velocidad del sonido, alrededor de 6,400 km/h o Mach 5.
La idea es construir un transporte de pasajeros de alta velocidad para la década de 2030. “No tiene que ir a Mach 5. Puede ser Mach 4.5, que requiere una física más fácil”, dice Dissel.
A esa velocidad, podría volar de Londres a Sídney en cuatro horas o de Los Ángeles a Tokio en dos horas.
Sin embargo, la mayoría de las investigaciones sobre vuelos hipersónicos no son para la aviación civil, si no que se originan en las fuerzas armadas de algunos países, en las que ha habido una explosión de actividad en los últimos años.
“Zoo de sistemas”
James Acton es un físico del Reino Unido que trabaja para el Fondo Carnegie para la Paz Internacional en Washington DC.
Al examinar los esfuerzos de Estados Unidos, China y Rusia en armas hipersónicas, concluye que “hay todo un zoológico de sistemas hipersónicos en la mesa de dibujo”.
Los materiales especiales que pueden soportar el calor extremo producido por las velocidades de Mach 5, y una serie de otras tecnologías, hacen posible el vuelo hipersónico en la atmósfera de la Tierra.
Los experimentos en vuelo hipersónico pilotado se remontan al avión cohete X-15 estadounidense de la década de 1960.
Los misiles balísticos intercontinentales (ICBM) también viajan a velocidades hipersónicas cuando vuelven a entrar en la atmósfera de la Tierra.
Ahora, las potencias rivales se esfuerzan por crear armas que puedan permanecer dentro de la atmósfera, sin necesidad de utilizar las propiedades de enfriamiento del espacio exterior, y que puedan maniobrarse hacia un objetivo que podría estar moviéndose, a diferencia de un misil balístico intercontinental dirigido a una ciudad.
Precisión difícil
El gasto militar está impulsando el desarrollo hipersónico de los tres grandes actores en la esfera internacional.
En una rueda de prensa del Pentágono en marzo, Mike White, subdirector de proyectos hipersónicos en el ejército de EE.UU., habló sobre el desarrollo de esta tecnología impulsado por “nuestros competidores de gran poder y sus intentos de desafiar nuestro dominio”.
Uno de los grandes desafíos estos misiles hipersónicos es la precisión.
Golpear un portaaviones de propulsión nuclear que viaja a 30 nudos o más (56 km/h) requiere ajustes finos en el rumbo de un misil que son difíciles de lograr a una velocidad de Mach 5.
El calor generado alrededor de la superficie del misil que viaja a velocidades hipersónicas crea una capa de plasma, o materia gaseosa.
Esta capa puede bloquear las señales recibidas de fuentes externas, como los satélites de comunicaciones, y también puede cegar los sistemas de orientación internos que intentan localizar un objeto en movimiento.
El plasma solo se acumula donde se encuentra la temperatura más alta.
Un misil de forma cónica tendrá una capa uniforme de plasma, pero los misiles que se asemejan a dardos pueden empujar esa pantalla de plasma lejos de las superficies que contienen las antenas más sensibles.
Como si el vuelo hipersónico no fuera lo suficientemente difícil, la disociación química se suma a los problemas.
A velocidades y temperaturas extremas, este fenómeno hace que las moléculas de oxígeno se descompongan en sus átomos constituyentes.
Esto a su vez complica el modelo químico en el que se basa cualquier motor que respira aire.
Vuelo de cinco minutos
Pero el progreso en la carrera armamentista hipersónica ha sido espectacular.
En 2010, Estados Unidos voló un avión no tripulado a través de un tramo del océano Pacífico a velocidades hipersónicas durante cinco minutos.
El objetivo era más que pura velocidad, era el tiempo.
Puede que cinco minutos no suene como un largo tiempo de vuelo, pero en términos de derrotar las barreras hipersónicas fue un triunfo.
Esta máquina de velocidad, la X-51A, fue lanzada desde un bombardero B-52 de alto vuelo y usó un propulsor de cohete para alcanzar una velocidad de Mach 4,5 antes de que su motor principal se activara.
Este motor principal, conocido como scramjet, combinaba la ráfaga de aire con combustible para aviones para acelerar a velocidades hipersónicas.
Eso significó lidiar durante varios minutos con la temperatura del aire que ingresaba a 1,000 °C.
Finalmente, cuatro X-51A hicieron un viaje de ida sobre el Pacífico entre 2010 y 2013.
Ondas de choque
Aerojet Rocketdyne es una empresa de California especializada en motores espaciales y de cohetes que trabajó en el X-51A.
Su personal solo habla bajo condición de anonimato, incluso siete años después de finalizado el proyecto, lo que muestra la reserva que rodea a esta tecnología.
Un experto en hipersónica de la firma dice del X-51A: “La parte realmente caliente de la máquina está en la parte delantera donde se forman las ondas de choque, así que ahí es donde va la inversión en materiales”.
Agrega que se aprendió mucho del avión cohete X-15 de la década de 1960 y del posterior programa del transbordadores espaciales de la NASA.
La compañía británica Reaction Engines ha desarrollado un proceso que debería permitir que su motor aeronáutico ingiera aire hipersónico sobrecalentado sin contratiempos.
Su motor Sabre incorpora lo que llama un “preenfriador”. Esta es la primera parte del motor que se encuentra con el aire hipersónico caliente y furioso.
El desafío entonces es mezclar este aire con combustible para crear empuje.
Tan caliente como la lava
El motor Sabre se sometió a un régimen de prueba intensivo en un sitio de Colorado en octubre de 2019, durante el cual Reaction Engines tuvo que encontrar una manera de replicar las velocidades del aire hipersónico.
La empresa usó un motor supersónico para canalizar el aire que salía de su parte trasera hacia la entrada del motor Sabre.
El preenfriador de Sabre hizo su trabajo, introduciendo refrigerante en el sistema a alta presión y permitiendo a Sabre mezclar ese aire con combustible.
Los materiales requeridos aquí no son simples.
Una opción es usar una aleación de níquel llamada Inconel que puede hacer frente a un flujo de aire tan caliente como la lava.
Dissel dice que Reaction Engines ahora está siguiendo esta ruta de aleación de Inconel. “En eso estamos ahora, y también probando canales de enfriamiento para minar el calor”, dice.
Así que un sofisticado sistema de gestión térmica junto con el uso de Inconel señalan el camino a seguir.
Líderes hipersónicos
Si esta combinación funciona, la visión de llevar pasajeros comerciales en un vuelo hipersónico podría convertirse en realidad dentro de 15 años.
La unidad de la Fuerza Aérea de EE.UU. que se ocupa de los aviones presidenciales ha visto el potencial de los viajes hipersónicos para permitir que los pasajeros VIP lleguen con el máximo impacto.
Ha encargado a Hermeus, una startup con sede en Atlanta, EE.UU., que evalúe un diseño de transporte que viaje a una velocidad de Mach 5 y que pueda llevar hasta 20 pasajeros.
Esto significa que en el futuro, el presidente o presidenta de EE.UU. podría unirse a un grupo muy selecto de viajeros Mach 5.
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