El sistema de propulsión para tener aviones supersónicos más rápidos que el Concorde y con menos gasto de combustible

La aviación supersónica comercial vivió su época dorada con el Concorde. Su retiro en 2003 marcó el fin de una era prometedora que se vio truncada por problemas económicos, medioambientales y técnicos. Sin embargo, los avances tecnológicos siguen acercando lo que hasta hace poco parecía imposible: la vuelta de los vuelos supersónicos gracias a los avances de la NASA y de compañías como Boom Supersonic.

Ahora, otra empresa californiana llamada Astro Mechanica, respaldada por la aerolínea United Airlines, está trabajando en Duality, un sistema de propulsión que podría superar los obstáculos que terminaron condenando el Concorde al olvido.

La clave está en una arquitectura híbrida-eléctrica que integra motores de flujo radial de la compañía británica Helix y que, al menos sobre el papel, permitirá a las futuras aeronaves pasar de velocidades subsónicas a supersónicas reduciendo al mínimo el consumo de combustible, uno de los mayores desafíos actuales para los vuelos supersónicos.

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"Estamos muy orgullosos de que nuestros motores eléctricos impulsen Duality, dado su potencial para transformar la aviación y la industria aeroespacial", ha explicado Derek Jordanou-Bailey, ingeniero jefe aeroespacial en Helix, en un comunicado de prensa. "El motor de Astro Mechanica demuestra que nuestra incomparable densidad de potencia está llamada a transformar por completo la ingeniería y la economía de sectores industriales enteros".

Esta alianza acerca un paso más las pruebas definitivas de la cuarta generación del prototipo de motor de Astro Mechanica, que debería estar listo para volar antes de 2028. En el horizonte se dibuja la posibilidad de ofrecer viajes supersónicos asequibles, bajo demanda y con alcance transpacífico (unos 13.000 km de distancia), pero a corto plazo los sectores más beneficiados por esta innovación son los de defensa e industria aeroespacial.

Del Concorde a Duality

El Concorde representó el gran hito tecnológico de la aviación de su época. Sin embargo, el diseño de su propulsión resultaba tremendamente ineficiente en gasto de combustible. Por eso Ian Brooke, fundador de Astro Mechanica, empezó a trabajar en un nuevo motor a reacción capaz de superar las limitaciones técnicas y económicas de los vuelos supersónicos.

El secreto de la propuesta tecnológica de Astro Mechanica es la de combinar tres tipos de motores en uno con el objetivo de ser lo más eficiente posible a medida que asciende. "La plataforma resultante pondrá en órbita cargas útiles de forma mucho más barata que los sistemas exclusivamente de cohetes", señalaba en su perfil de X. "Tiene muchas aplicaciones posibles".

Motor supersónico de Astro Mechanica Astro Mechanica Omicrono

Brooke explica que "la idea clave es utilizar motores eléctricos para accionar un compresor", que funcionaría como una caja de transmisión capaz de girar a un rango muy amplio de revoluciones por minuto. "De esa manera podemos hacerlo girar a cualquier velocidad, permitiéndole una adaptación a la velocidad del aire y al ciclo de combustión".

Los motores a reacción de los aviones comerciales están diseñados para proporcionar el máximo rendimiento a través de los primeros miles de metros en la atmósfera y hasta una velocidad máxima estipulada. En esta región de velocidad-altitud, los propulsores de cohete son tremendamente ineficientes, gastando mucho más combustible y consumiendo al mismo tiempo oxidante.

"Los aviones utilizan la atmósfera como una escalera", asegura Andrew Côté, amigo de Brooke, que ha explicado la tecnología más a fondo. "El aire se mezcla con combustible, se quema y se utiliza como masa de reacción". Al contrario, "los cohetes deben transportar su propio aire líquido".

El esquema de funcionamiento que propone Astro Mechanica comienza en un motor alimentado por combustible que se encarga de generar corriente para mover a su vez un motor eléctrico. "Cada generador tiene una eficiencia cercana al 98% cuando está crioenfriado", asegura Ian Brooke, mientras el conjunto consigue una eficiencia del 95%.

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Ese motor eléctrico hace girar el propulsor primario —tipo turbofán, en la jerga aeronáutica— como el de un avión de pasajeros moderno para emprender los primeros compases del lanzamiento. El siguiente pasa por encender el postquemador, un sistema que inyecta combustible justo antes de la salida de gases para ganar un impulso extra, sin detener la primera etapa.

El motor con postquemador es un elemento muy utilizado en los cazas desde hace décadas. Les permite alcanzar velocidad supersónica de una forma mucho más rápida que sólo empleando un motor turbofán. Puede proporcionar empuje hasta más allá de 3 veces la velocidad del sonido (3.700 km/h), un terreno en el que muy pocas aeronaves son capaces de moverse.

Motores de flujo axial

La compañía británica Helix es la fabricante de los motores eléctricos de flujo radial más densos del mundo. Su tecnología, originalmente desarrollada para la Fórmula E y los hipercoches eléctricos, permite alcanzar potencias de 950 kW en su quinta generación.

Para lograr el espectacular rendimiento de Duality, el sistema de propulsión de doble uso de Astro Mechanica, los ingenieros han instalado cuatro motores Helix SPX242-94, capaces de generar 400 kW de potencia pico, con un par máximo de 470 Nm, y pesan solo 31,3 kg cada uno.

Diseño conceptual del sistema de propulsión Duality Astro Mechanica Omicrono

Esta densidad de potencia sin precedentes permite separar la generación de energía de la propulsión, creando una arquitectura donde el turbogenerador y los propulsores operan en paralelo sin interferirse. Pero no se conforman con eso y ya están diseñando motores personalizados para siguiente generación: con un peso de 61,5 kg cada uno, tendrán una potencia pico de 950 kW, funcionarán a 20.000 rpm y ofrecerán un par máximo de 575 Nm.

De lo que se trata es de optimizar el rendimiento y reducir el consumo de combustible en un rango de velocidades de vuelo lo más amplio posible. Así, durante las operaciones en tierra y hasta alcanzar la velocidad de crucero subsónica, el motor actúa como un turbofan altamente eficiente.

Las palas integradas (llamadas blisks) pueden funcionar incluso en la pista sin el turbogenerador, reduciendo el ruido y el consumo de combustible. Cuando la aeronave alcanza velocidad supersónica, el motor funciona como un turborreactor con combustión activa para producir empuje de alta velocidad, mientras los motores eléctricos continúan impulsando el compresor a las velocidades exactas necesarias.

En las fases de máxima velocidad, el motor puede transicionar a una configuración similar a la de un estatorreactor (ramjet), permitiendo alcanzar velocidades tres veces superiores a la del sonido.

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Actualmente, Astro Mechanica se encuentra en la fase de pruebas de su motor Duality de cuarta generación, validando la integración con los motores de Helix. Los resultados de estas pruebas en banco (o hot fire tests) son cruciales para demostrar que la teoría del ciclo adaptativo se sostiene en la práctica bajo condiciones extremas de temperatura y estrés mecánico.

El objetivo de la compañía es tremendamente ambicioso, pero si tiene éxito, el sueño de viajar entre Madrid y Nueva York en apenas dos horas podría dejar de ser un recuerdo del pasado para convertirse en el estándar del futuro.