Por Adrian Giordani - BBC Future
Un diseño basado en el Lapcat A2 podría volar entre Australia y Europa en menos de tres horas.
"Es un avión mágico… el placer de volar en él es casi carnal". Así se expresaba Joelle Cornet-Temple, la jefa de azafatas de Air France, del Concorde: uno de los primeros aviones civiles supersónicos, que voló entre 1976 y 2003 y se convirtió en el sinónimo de viajar con estilo.
Ese increíble aparato podía hacer el recorrido entre Londres y Sídney en 17 horas, tres minutos y 45 segundos, un tiempo considerablemente menor a las 22 horas que le toma a un Boeing 747.
El Concorde era la aeronave más conocida de un exclusivo club de dos miembros. El otro avión de pasajeros que rompió la velocidad del sonido fue el Tupolev Tu-144, de la Unión Soviética, que voló hasta 1999.
El final del Concorde y el Tupolev dejó el mercado de los aviones supersónicos desierto. Pero ahora, 12 años después del último vuelo del primero, aeronaves aún más rápidas están tomando forma en centros de investigación.
Una de tales aeronaves es el Lapcat-II, un aparato diseñado en Europa que es capaz de alcanzar velocidades de crucero ocho veces mayores que la velocidad del sonido (8.500km/h), lo que le permitiría transportar a pasajeros entre Bruselas y Sydney en 2 horas y 55 minutos.
En la Conferencia de Aviones Hipersónicos del American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), que se llevó a cabo en Glasgow en julio pasado, un informe presentado por investigadores de Lapcat-II indicó que las primeras pruebas sugirieron que el diseño sería menos dañino para el medio ambiente, tan seguro y casi igualmente costoso que los actuales aviones de larga distancia.
El factor combustible
Johan Steelant, ingeniero investigador senior de la Agencia Espacial Europea (AEE) y coordinador del Lapcat-II ha estado poniendo a prueba dos prototipos. Uno es el avión Mach 5 –el Lapact-A2 accionado por un estatorreactor pre enfriado- y el otro es el Mach 8, también accionado con el mismo sistema.
El estatorreactor es un reactor que succiona aire sin partes movibles. El movimiento hacia adelante del motor comprime el aire que entra a gran velocidad, metiéndolo a presión en la cámara de combustión. Los estatorreactores pueden hacer que un avión vuele muy rápido. ¿Pero cómo los alimentas? La elección de combustible es importante, especialmente si una de las consideraciones fundamentales de cualquier aeronave del futuro es cuán bajas puede mantener sus emisiones. Por eso se eligió el hidrógeno.
Aún más, el hidrógeno líquido no es altamente combustible en mitad del vuelo. Aunque puede ser encendido, los riesgos de una explosión o de un incendio son menores comparados con el combustible convencional de los aviones: el keroseno.
El equipo del Lapcat-II no está solo en su campo. Está compartiendo ideas y conceptos con investigadores al otro lado del océano Pacífico. En Asia, la Agencia de Exploración Aeroespacial (Jaxa, por sus siglas en inglés) está trabajando en una aeronave hipersónica llamada Hytex, con la que pretende cruzar el Pacífico en dos horas a una velocidad de Mach 5. Tanto Lapcat-II como Jaxa forman parte de un proyecto de transferencia de conocimiento hipersónico entre Europa y Japón llamado Hikari.
El motor turbo del Hytex ha sido probado satisfactoriamente en experimentos de vuelo que simulan una velocidad de hasta Mach 1.8. Hytex usa hidrógeno líquido tanto como combustible como para enfriar el aire que viaja a velocidades hipersónicas. "El consumo es de un cuarto lo que usa un cohete", dice Hideyuki Taguchi, líder del equipo de investigación de aeronaves supersónicas de Jaxa.
Hambriento de hidrógeno
Pero obtener hidrógeno eficientemente es uno de los principales factores de los altos costos de operación. Basado en proyecciones actuales, un boleto hipersónico podría ser tres veces más costoso en promedio de un boleto subsónico de clase ejecutiva. Un cálculo estima que un viaje entre Bruselas y Sídney podría costar unos 5.000 euros.
La pregunta es cómo crear todo ese hidrógeno. "Las turbinas de aire podría almacenar su energía produciéndolo", dice Steelant. "Esto es algo que ya logró una cadena de supermercados belga cuyos camiones de carga funcionan con hidrógeno que produce un parque de turbinas de viento en el lugar.
Pero hay otro problema. El vapor de agua producido por la combustión de hidrógeno permanece en la atmósfera por mucho tiempo y puede constituirse en un factor que contribuye al calentamiento global. Y ese efecto podría ser peor que el de la actual flota de aeronaves de larga distancia.
Carrera por los cielos
Otras compañías ya están trabajando en hacer del negocio de los aviones supersónicos una realidad.
Airbus patentó un diseño hipersónico Mach 4.5 que podría usarse para crear aviones de negocios.
También está trabajando con Aerion, una start-up con sede en Estados Unidos, para poner a su flota de aviones supersónicos a la disposición de clientes adinerados.
Spike Aerospace, otra compañía estadounidense, tiene planes de lanzar un negocio similar de aviones de pasajeros supersónicos, con pantallas de video internas conectadas a cámaras externas en vez de ventanas. Y Lockheed Martin tiene un avión comercial, el N+2, que viajará a velocidades de Mach 1.7.
Hay otro problema asociado con viajar tan rápido: el estruendo cuando rompes la barrera del sonido.
Los aviones hipersónicos europeos viajarán sobre el Polo Norte y cruzarán el Estrecho de Bering, evitando zonas pobladas. Un estruendo sónico genera un ruedo de 160 decibeles que viaja a tierra y puede causar daño permanente a oídos humanos. El Concorde producía un ruedo de 135 decibeles, mucho mayor que el Airbus promedio. Y eso es sin contar con el "súper estruendo" que ocurre cuando un avión supersónico cambia de velocidad, da vuelta o maniobra. En un súper estruendo el ruido en tierra del estruendo sónico es de dos a tres veces más intenso que la altitud del avión.
La Nasa está trabajando con Lockheed Martin y Boeing para diseñar aeronaves que rompan la barrera del sonido sin tanto escándalo. De 2020 a 2025 es posible que las aeronaves puedan hacerlo sobre áreas pobladas sin causar problemas de consideración.
En Europa, el equipo del Steelant probó su diseño de 300 asientos, aunque con un modelo a escala 1:120, a velocidades de Mach 8 dentro de un túnel de viento. El equipo probó que el diseño puede generar un impulso positivo. Mientras que consume dos veces más combustible por segundo que una aeronave Mach 4, llega a su destino en la mitad del tiempo, así que el combustible empleado termina siendo más o menos el mismo.
Una cuestión de calor
El manejo del calor puede convertirse en una preocupación importante. Cualquier cosa que viaje a Mach 5 o más rápido tiene que soportar temperaturas de hasta 1.000C. El aluminio y el titanio se derriten como mantequilla a esa velocidad. Tendrán que usarse paneles de cerámica.
Durante las pruebas, el calor que se acumuló a Mach 8 fue hasta 30% menor que a Mach 5. Esta "paradoja termal" fue una sorpresa para el equipo de Steelant, que presentó sus resultados en la conferencia de Glasgow. "Cuando tienes una aeronave más pequeña, consumes menos combustible y llevas tanques más pequeños, lo que reduce el tamaño del vehículo", dice Steelant.
Jaxa ha estudiado el Mercado potencial para aviones hipersónicos que viajan a una velocidad de Mach 5, y ha llegado a la conclusión de que una aeronave con capacidad de 100 pasajeros que haga dos viajes de ida y vuelta al día es una proyección realista. Estos pasajeros serían en su mayoría viajeros entusiastas de primera clase.
Las pruebas de las aeronaves de Airbus y Aerion comenzarán en 2019. El A2 Mach 5 europeo podría tomar otros 20 años en ser completado. La aeronave Mach 8 de la Agencia Espacial Europea podría volverse comercialmente sostenible a mediados del siglo XXI.
Los Concorde y los
Tupolev abrieron que abrieron el camino para los viajes supersónicos en los años 70 están ahora acumulando polvo en los museos. Pero su legado podría tener una continuación, rápida y arriba de nuestras cabezas, en los años por venir.
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