En un sorprendente descubrimiento, científicos chinos han desarrollado un motor hipersónico de aviación que utiliza partículas microscópicas de carbón y etileno como combustible
El motor de detonación rotativo es el santo grial de la propulsión hipersónica. (JAXA)
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20/09/2022
Ingenieros chinos han construido una nueva máquina que parece salida de una novela de Julio Verne: un motor de detonación hipersónico de carbón capaz de alcanzar seis veces la velocidad del sonido. Aunque la idea de usar carbón para propulsar aviones y cohetes como si fueran locomotoras de vapor parece una broma, sus inventores afirman que el motor puede abrir un nuevo capítulo en la aeronáutica volando a Mach 6 y recortando el coste del combustible de aviación en hasta un 20%.
El motor —fabricado por científicos del laboratorio nacional de física aplicada en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing— es un motor de detonación capaz de producir ondas de choque que viajan a dos kilómetros por segundo.
Clave para el vuelo hipersónico
Los motores de detonación llevan en desarrollo desde principios de los 2010, pero han comenzado a tomar forma en pruebas con éxito a principios de esta década gracias al esfuerzo de organismos y compañías como la Marina de los Estados Unidos, Aerojet Rocketdyne o la agencia espacial japonesa (JAXA). El 13 de mayo de 2021, un equipo de ingenieros de la Universidad de Florida Central afirmaba haber descubierto por primera vez la manera de estabilizar explosiones para utilizarlas en la propulsión de aviones y cohetes. Su motor abría la puerta a aeronaves hipersónicas capaces de viajar de seis a 17 veces la velocidad del sonido, un máximo de 21.000 kilómetros por hora.
Los motores hipersónicos actuales se basan en tecnología ‘scramjet’, que necesitan una primera etapa de cohete químico para alcanzar la velocidad de ignición.
En vez de utilizar una combustión continúa como un ‘turbojet’ convencional o un ‘scramjet’ hipersónico, los motores de detonación queman combustible usando explosiones controladas. Estas explosiones producen ondas de choque que impulsan el vehículo a velocidades hipersónicas porque producen más energía que la combustión convencional. Hasta ahora, estas explosiones suceden cientos de veces por segundo, pero el objetivo es que lleguen a una frecuencia de miles de veces por segundo para garantizar que el vuelo sea extremadamente suave.
La innovación contraintuitiva del carbón
Como apunta el periódico hongkonés ‘South China Morning Post’, esta es la primera vez que se utiliza carbón como combustible, una idea original de científicos de la Academia Rusa de Ciencias. El invento y los resultados de las pruebas del motor de carbón fueron publicados el 15 de septiembre en el diario científico revisado por pares ‘Acta Armamentarii’, de la prestigiosa institución militar asiática Sociedad China de Artillería (obviamente, el objetivo del motor no solo es la aviación civil).
El motor utiliza partículas de carbón microscópicas tan pequeñas como una bacteria. Estas se inyectan dentro de una cámara de combustión llena de oxígeno, momento en el que una bujía produce una chispa eléctrica que hace que la mezcla explote, produciendo la onda de choque. El carbón es un combustible óptimo para este tipo de motores, según el profesor de la universidad de Nanjing y líder del proyecto, Weng Chunsheng: «La alta densidad energética, la seguridad y el bajo precio del polvo de carbón le confieren una ventaja única cuando se utiliza como combustible para motores».
Imágenes de las pruebas de laboratorio del nuevo motor. Arriba, usando hidrógeno como combustible. Debajo, usando una mezcla de carbón y etileno. (Universidad de Nanjing)
Para estabilizar el proceso y que la explosión suceda de forma controlada, los científicos del país asiático han utilizado etileno, un derivado del petróleo que es el tercer material de fabricación más común solo detrás del cemento y el amoniaco. El etileno es una sustancia que se usa para fabricar casi todo en este planeta, incluyendo todo tipo de objetos plásticos —desde bloques de Lego hasta telas sintéticas y botellas de Coca-Cola— y otras sustancias químicas como hormonas para estimular el crecimiento de las plantas, pinturas o disolventes.
En el caso de los motores, el etileno se usa para garantizar que la reacción en cadena de la explosión suceda de forma uniforme durante todo el trayecto, desde el despegue hasta el vuelo de crucero donde el oxígeno es más escaso. También probaron varios supuestos, como la parada de motores o variaciones en las descargas eléctricas. Según los investigadores, dice el SCMP, los resultados de sus pruebas demuestran que el motor es “capaz de arrancar en casi todas las circunstancias y producir ondas de choque extremadamente rápidas”.
Concepto de avión de pasajeros hipersónico. (Reaction Engines)
Además, usando esta mezcla, el equipo de investigación ha conseguido un motor que no necesita acelerarse a gran velocidad para poder funcionar, como ahora mismo hacen los ‘scramjets’ usados en vuelo hipersónico. Estos últimos necesitan el impulso inicial de cohetes químicos para poder garantizar la absorción de aire suficiente para la combustión. El motor de detonación chino, sin embargo, puede funcionar por su cuenta en todas las fases del vuelo.
Imagen de un túnel de viento hipersónico en China.
El gran ausente de este informe es la polución. La innovación de usar carbón para obtener un vuelo hipersónico tiene innumerables ventajas a nivel tecnológico y comercial, pero produciría CO₂. No hay ninguna mención al respecto en el informe más allá de la observación de las grandes humaredas de humo que ocurren durante su puesta en marcha.
Plan a largo plazo
El motor es una de las claves para el plan nacional chino de vuelo hipersónico. Pekín está invirtiendo grandes cantidades de dinero en diferentes tecnologías de propulsión para vehículos militares y civiles.
El resultado de este plan a largo plazo es que los chinos han acumulado muchísima experiencia y avances para el vuelo hipersónico. El año pasado, el Pentágono llegó a asegurar que ningún país del mundo había conseguido demostrar tecnología de vuelo hipersónico tan sofisticada como la que estaban probando los chinos. Tan sofisticada que, según la organización militar norteamericana, parece que «desafía las leyes de la física».
Prototipo cubierto de superespuma de carbono en una prueba en túnel de viento hipersónico. (China Aerodynamics Research and Development Centre)
Los científicos chinos creen que los motores de detonación son fundamentales para hacer posible una flota de aviones hipersónicos para transporte civil. Sin ellos, el coste de los vuelos sería demasiado elevado. Estos aviones, afirman, volarán en una trayectoria suborbital a cualquier parte del mundo en menos de una hora. Según Wei Baoxi, jefe de los programas chinos para el vuelo hipersónico, además de estos nuevos motores —en los que están trabajando con distintos tipos de combustibles—, harán falta también nuevos sistemas de refrigeración y materiales. Su objetivo es poner en marcha esta flota en el año 2035, una fecha límite que, para sorpresa de todo el mundo, adelantaron con respecto a su plan anterior de 2045.
3/03/2023
1 Comment
Rubén Torres
2 años agoMi enhorabuena para esos científicos que han logrado semejante proeza.
En cuanto a que ese tipo de combustible (polvo de carbón) que genera CO2 pues bien recibido sea, puesto que nuestra atmósfera necesita ingentes cantidades de ese preciado gas por parte de la vegetación. Dado las inmensas zonas deforestadas ese gas hará que crezcan y se desarrollen mucho más deprisa, con lo cual purificarán el aire que contaminamos.