Por qué un avión de pasajeros Mach 5 es una idea loca que podría funcionar

(CNN) — Casi dos décadas desde que se retiró el Concorde, el interés por los viajes supersónicos se ha acelerado y se desarrollan varios aviones ultrarápidos. Las aerolíneas parecen interesadas: United ya se ha comprometido a ofrecer rutas supersónicas a partir de 2029.

Pero, ¿qué pasa con los viajes hipersónicos, que ocurren a velocidades de Mach 5, cinco veces la velocidad del sonido, y superiores? Eso llevaría un avión de Nueva York a Londres en solo 90 minutos, en comparación con aproximadamente tres horas para el Concorde y entre seis y siete horas para un avión de pasajeros regular.

¿Es siquiera posible?

Hermeus, una startup con sede en Atlanta cuyo objetivo es desarrollar aviones hipersónicos, cree que sí. Ya está probando un nuevo tipo de motor que dice que eventualmente será capaz de alcanzar Mach 5 (más de 4.828 km/h). El motor está diseñado para un pequeño avión hipersónico no tripulado que Hermeus crea actualmente para la Fuerza Aérea de EE.UU., pero escalado a un tamaño más grande, podrá impulsar un avión de pasajeros.

Ese avión de pasajeros está muy lejos (Hermeus espera ponerlo en el aire con un primer vuelo de prueba antes de que termine la década, en 2029), pero debido a que su tecnología debe construirse casi en su totalidad desde cero, la compañía ya lo está planeando.

Para empezar, será mucho más pequeño que los aviones de pasajeros actuales e incluso el Concorde, que tenía una capacidad de alrededor de 100 pasajeros.

«Para ayudarnos a dimensionar el avión, básicamente creamos un modelo de negocio para una aerolínea», dice AJ Piplica, director ejecutivo de Hermeus. «Nos enfocamos en los viajeros de clase ejecutiva y primera clase, y luego jugamos con algunos parámetros como la velocidad y los costos operativos. Lo que salió de eso fue un avión con una cabina para 20 pasajeros», agrega.

Eso no está lejos de la capacidad de un avión comercial, lo que significa que solo habrá una clase.

«Esperamos que sea rentable a los precios de clase ejecutiva de hoy», afirma Piplica, con la salvedad de que es difícil calcular cuánto estarán dispuestas a pagar las personas para volar cinco veces más rápido, porque «realmente no se puede responder a esa pregunta hasta que haya un producto y tengas los datos reales».

Mas rápido que nunca

El alcance del avión será de unas 4.000 millas náuticas, suficiente para rutas transatlánticas como Nueva York a París, pero no para rutas transpacíficas como Los Ángeles a Tokio, que requerirían una escala.

El NASA X-43A es el avión más rápido impulsado por un motor que «respira» aire. Crédito: NASA

Las rutas por tierra, como Nueva York a Los Ángeles, están fuera de discusión debido a las regulaciones sobre el ruido: romper la barrera del sonido viene con un fuerte boom, que generalmente debe ocurrir sobre el agua.

Para comprender cuán atrevida es la idea de un avión de pasajeros Mach 5, es útil observar los registros de velocidad de vuelo.

Lo más rápido que haya volado una aeronave con un motor es Mach 9.6 (aproximadamente 10.943 km/h), un récord establecido en 2004 por el X-43A de la NASA, una aeronave no tripulada que mide aproximadamente 3,6 metros de largo.

Debido a que ese vuelo solo duró unos segundos, el récord del vuelo sostenido más largo por encima de Mach 5 pertenece al Boeing X-51, otro avión experimental no tripulado, que en 2013 voló durante más de tres minutos a Mach 5,1 (alrededor de 5.471 km/h). Ambos aviones tuvieron que ser lanzados desde la altura por un bombardero B-52 y luego acelerados por un cohete, destacando las complejidades de este tipo de vuelos de alta velocidad.

Para los aviones con humanos a bordo, el récord de velocidad absoluta actual es de Mach 6,7 (7.274 km/h), establecido en 1967 por el X-15. Básicamente era un cohete con asiento, diseñado para lograr el récord, y además tenía que ser lanzado desde altura por un B-52.

Para una aeronave que respira aire, es decir, impulsada por motores a reacción en lugar de un cohete, capaz de despegar y aterrizar por sí misma, el récord de velocidad es «solo» Mach 3,3 (aproximadamente 3.540 km/h), establecido por el SR- 71 Blackbird, un avión espía militar, en 1976.

La velocidad máxima del Concorde, uno de los dos únicos aviones de pasajeros supersónicos que han volado comercialmente, fue Mach 2,04 (2.172 km/h).

El avión de pasajeros Hermeus propuesto, por lo tanto, batiría el récord actual del avión más rápido que respira aire por un amplio margen, y al volar durante un tiempo prolongado a Mach 5, superaría un logro actualmente en el ámbito de los vehículos experimentales no tripulados (por supuesto, otros aviones podrían batir estos récords en el futuro antes que Hermeus).

‘Tecnologías maduras’

No es de extrañar, entonces, que el enfoque inicial de la empresa esté en el motor. Las pruebas comenzaron en febrero de 2020 para un nuevo tipo de diseño de motor, con base en un modelo existente utilizado en aviones de combate y fabricado por General Electric.

Hermeus utiliza tecnología híbrida en sus motores. Crédito: Hermeus

Será un híbrido de dos tecnologías tradicionales: un turborreactor, que es similar al que usan los aviones de pasajeros, y un estatorreactor, un tipo de motor que solo funciona a velocidades supersónicas y superiores. Inicialmente, el motor impulsará Quarterhorse, el elegante dron hipersónico que Hermeus está desarrollando a través de una asociación de US$ 60 millones con la Fuerza Aérea de EE.UU.

Curiosamente, al diseñar un motor a reacción para que vaya más rápido, las piezas se eliminan en lugar de agregarse. En un turborreactor, el aire entra por la parte delantera y primero se comprime (para aumentar su potencial energético) mediante paletas giratorias, luego se mezcla con combustible y se enciende. El gas caliente resultante se expulsa a través de la parte trasera del motor, empujando el avión hacia adelante.

Por encima de Mach 3, sin embargo, no hay necesidad de comprimir el aire: se comprimirá solo al entrar en el motor, simplemente por tener que reducir tanto la velocidad. Por lo tanto, para velocidades superiores a Mach 3 y hasta Mach 6, a menudo se usa un tipo de motor llamado estatorreactor, llamado así porque literalmente choca contra el aire. No tiene partes móviles, a diferencia de los turborreactores, pero no funciona en absoluto a velocidades inferiores a Mach 3.

Hermeus utilizará su motor híbrido en modo turborreactor al despegar y aterrizar, así como a velocidades subsónicas. Luego, el motor se reconfigurará gradualmente en un modo ramjet a medida que alcance Mach 3 y hasta Mach 5.

«La parte del turborreactor y la parte del estatorreactor en sí mismas son tecnologías maduras que hemos estado usando durante 50 años. El truco es unirlas, así que diseñamos nuestra propia arquitectura en torno a un motor turborreactor estándar y luego construimos a partir de ahí», dice Piplica.

Inspiración SpaceX

Hay una gran cantidad de problemas en los que Hermeus ni siquiera está trabajando en este momento, como qué tipo de combustible sostenible usar, ya que el consumo será mucho mayor que los aviones actuales, y las temperaturas extremas que el fuselaje de un avión hipersónico debe poder resistir.

Hermeus deberá soportar temperaturas extremas. Crédito: Hermeus

La velocidad del Concorde, que viajaba a menos de la mitad de la velocidad proyectada para Hermeus, estaba limitada precisamente por la temperatura, y las ventanas y otras superficies internas se calentaban al tacto al final de un vuelo.

El SR-71 Blackbird, por otro lado, tenía que estar hecho de titanio, un metal raro que puede soportar el calor extremo, y el vidrio de la cabina tenía que estar hecho de cuarzo, con una temperatura exterior que alcanzaba los 315 °C durante una misión.

En respuesta al escepticismo sobre las posibilidades de éxito de Hermeus y la necesidad de enormes cantidades de financiación, Piplica plantea una analogía con SpaceX de Elon Musk.

«Creo que la gente hizo las mismas preguntas sobre la nueva industria espacial en los primeros días de SpaceX», comenta. «La gente pensó en entrar en órbita y dijo, esto debería costar mil millones de dólares, pero SpaceX lo hizo por US$ 90 millones con el Falcon 1».

Hermeus planea financiarse mediante el desarrollo de varios aviones en el camino a su avión de pasajeros, de manera similar al desarrollo de SpaceX de sus cohetes Falcon 1, Dragon, Falcon Heavy y Starship, que en última instancia sirven a una visión de vuelos espaciales interplanetarios al mismo tiempo que generan ingresos al trabajar con NASA y socios comerciales.

«Realmente no hay nada como Hermeus, aunque muchos proyectos similares han ido y venido en el pasado», dice Richard Aboulafia, analista de aviación de Teal Group. «Nunca parece funcionar. Si pueden crear mágicamente un transporte hipersónico a fines de la década de 2030, y el precio del boleto está en el rango de la clase ejecutiva, entonces sí, eso será exitoso. Pero las probabilidades de que esto suceda están en algún lugar del Rango del 1%».

Y cuando un avión de pasajeros hipersónico se convierta en realidad, ¿cómo será volar en él?

«Será bastante similar al Concorde», explica Piplica. «Acelerará durante un período de tiempo más largo que en el avión actual, donde se sentirá empujado hacia atrás en su asiento durante aproximadamente 30 segundos a un minuto más o menos.

Esa experiencia durará quizás de 10 a 12 minutos. Pero una vez que estés en Mach 5, a 30.480 metros más o menos, será un viaje realmente tranquilo. No hay mucho tráfico aéreo allí y la atmósfera es relativamente benigna».

(CNN) — Casi dos décadas desde que se retiró el Concorde, el interés por los viajes supersónicos se ha acelerado y se desarrollan varios aviones ultrarápidos. Las aerolíneas parecen interesadas: United ya se ha comprometido a ofrecer rutas supersónicas a partir de 2029.

Pero, ¿qué pasa con los viajes hipersónicos, que ocurren a velocidades de Mach 5, cinco veces la velocidad del sonido, y superiores? Eso llevaría un avión de Nueva York a Londres en solo 90 minutos, en comparación con aproximadamente tres horas para el Concorde y entre seis y siete horas para un avión de pasajeros regular.

¿Es siquiera posible?

Hermeus, una startup con sede en Atlanta cuyo objetivo es desarrollar aviones hipersónicos, cree que sí. Ya está probando un nuevo tipo de motor que dice que eventualmente será capaz de alcanzar Mach 5 (más de 4.828 km/h). El motor está diseñado para un pequeño avión hipersónico no tripulado que Hermeus crea actualmente para la Fuerza Aérea de EE.UU., pero escalado a un tamaño más grande, podrá impulsar un avión de pasajeros.

Ese avión de pasajeros está muy lejos (Hermeus espera ponerlo en el aire con un primer vuelo de prueba antes de que termine la década, en 2029), pero debido a que su tecnología debe construirse casi en su totalidad desde cero, la compañía ya lo está planeando.

¿Puede un avión tener una cabina subacuática?

Para empezar, será mucho más pequeño que los aviones de pasajeros actuales e incluso el Concorde, que tenía una capacidad de alrededor de 100 pasajeros.

«Para ayudarnos a dimensionar el avión, básicamente creamos un modelo de negocio para una aerolínea», dice AJ Piplica, director ejecutivo de Hermeus. «Nos enfocamos en los viajeros de clase ejecutiva y primera clase, y luego jugamos con algunos parámetros como la velocidad y los costos operativos. Lo que salió de eso fue un avión con una cabina para 20 pasajeros», agrega.

Eso no está lejos de la capacidad de un avión comercial, lo que significa que solo habrá una clase.

«Esperamos que sea rentable a los precios de clase ejecutiva de hoy», afirma Piplica, con la salvedad de que es difícil calcular cuánto estarán dispuestas a pagar las personas para volar cinco veces más rápido, porque «realmente no se puede responder a esa pregunta hasta que haya un producto y tengas los datos reales».

Mas rápido que nunca

El alcance del avión será de unas 4.000 millas náuticas, suficiente para rutas transatlánticas como Nueva York a París, pero no para rutas transpacíficas como Los Ángeles a Tokio, que requerirían una escala.

El NASA X-43A es el avión más rápido impulsado por un motor que «respira» aire. Crédito: NASA

Las rutas por tierra, como Nueva York a Los Ángeles, están fuera de discusión debido a las regulaciones sobre el ruido: romper la barrera del sonido viene con un fuerte boom, que generalmente debe ocurrir sobre el agua.

Para comprender cuán atrevida es la idea de un avión de pasajeros Mach 5, es útil observar los registros de velocidad de vuelo.

Lo más rápido que haya volado una aeronave con un motor es Mach 9.6 (aproximadamente 10.943 km/h), un récord establecido en 2004 por el X-43A de la NASA, una aeronave no tripulada que mide aproximadamente 3,6 metros de largo.

Debido a que ese vuelo solo duró unos segundos, el récord del vuelo sostenido más largo por encima de Mach 5 pertenece al Boeing X-51, otro avión experimental no tripulado, que en 2013 voló durante más de tres minutos a Mach 5,1 (alrededor de 5.471 km/h). Ambos aviones tuvieron que ser lanzados desde la altura por un bombardero B-52 y luego acelerados por un cohete, destacando las complejidades de este tipo de vuelos de alta velocidad.

La misión Lucy de la NASA despegó para explorar asteroides nunca antes vistos

Para los aviones con humanos a bordo, el récord de velocidad absoluta actual es de Mach 6,7 (7.274 km/h), establecido en 1967 por el X-15. Básicamente era un cohete con asiento, diseñado para lograr el récord, y además tenía que ser lanzado desde altura por un B-52.

Para una aeronave que respira aire, es decir, impulsada por motores a reacción en lugar de un cohete, capaz de despegar y aterrizar por sí misma, el récord de velocidad es «solo» Mach 3,3 (aproximadamente 3.540 km/h), establecido por el SR- 71 Blackbird, un avión espía militar, en 1976.

La velocidad máxima del Concorde, uno de los dos únicos aviones de pasajeros supersónicos que han volado comercialmente, fue Mach 2,04 (2.172 km/h).

El avión de pasajeros Hermeus propuesto, por lo tanto, batiría el récord actual del avión más rápido que respira aire por un amplio margen, y al volar durante un tiempo prolongado a Mach 5, superaría un logro actualmente en el ámbito de los vehículos experimentales no tripulados (por supuesto, otros aviones podrían batir estos récords en el futuro antes que Hermeus).

‘Tecnologías maduras’

No es de extrañar, entonces, que el enfoque inicial de la empresa esté en el motor. Las pruebas comenzaron en febrero de 2020 para un nuevo tipo de diseño de motor, con base en un modelo existente utilizado en aviones de combate y fabricado por General Electric.

Hermeus utiliza tecnología híbrida en sus motores. Crédito: Hermeus

Será un híbrido de dos tecnologías tradicionales: un turborreactor, que es similar al que usan los aviones de pasajeros, y un estatorreactor, un tipo de motor que solo funciona a velocidades supersónicas y superiores. Inicialmente, el motor impulsará Quarterhorse, el elegante dron hipersónico que Hermeus está desarrollando a través de una asociación de US$ 60 millones con la Fuerza Aérea de EE.UU.

Curiosamente, al diseñar un motor a reacción para que vaya más rápido, las piezas se eliminan en lugar de agregarse. En un turborreactor, el aire entra por la parte delantera y primero se comprime (para aumentar su potencial energético) mediante paletas giratorias, luego se mezcla con combustible y se enciende. El gas caliente resultante se expulsa a través de la parte trasera del motor, empujando el avión hacia adelante.

Por encima de Mach 3, sin embargo, no hay necesidad de comprimir el aire: se comprimirá solo al entrar en el motor, simplemente por tener que reducir tanto la velocidad. Por lo tanto, para velocidades superiores a Mach 3 y hasta Mach 6, a menudo se usa un tipo de motor llamado estatorreactor, llamado así porque literalmente choca contra el aire. No tiene partes móviles, a diferencia de los turborreactores, pero no funciona en absoluto a velocidades inferiores a Mach 3.

Hermeus utilizará su motor híbrido en modo turborreactor al despegar y aterrizar, así como a velocidades subsónicas. Luego, el motor se reconfigurará gradualmente en un modo ramjet a medida que alcance Mach 3 y hasta Mach 5.

«La parte del turborreactor y la parte del estatorreactor en sí mismas son tecnologías maduras que hemos estado usando durante 50 años. El truco es unirlas, así que diseñamos nuestra propia arquitectura en torno a un motor turborreactor estándar y luego construimos a partir de ahí», dice Piplica.

Inspiración SpaceX

Hay una gran cantidad de problemas en los que Hermeus ni siquiera está trabajando en este momento, como qué tipo de combustible sostenible usar, ya que el consumo será mucho mayor que los aviones actuales, y las temperaturas extremas que el fuselaje de un avión hipersónico debe poder resistir.

Hermeus deberá soportar temperaturas extremas. Crédito: Hermeus

La velocidad del Concorde, que viajaba a menos de la mitad de la velocidad proyectada para Hermeus, estaba limitada precisamente por la temperatura, y las ventanas y otras superficies internas se calentaban al tacto al final de un vuelo.

El SR-71 Blackbird, por otro lado, tenía que estar hecho de titanio, un metal raro que puede soportar el calor extremo, y el vidrio de la cabina tenía que estar hecho de cuarzo, con una temperatura exterior que alcanzaba los 315 °C durante una misión.

En respuesta al escepticismo sobre las posibilidades de éxito de Hermeus y la necesidad de enormes cantidades de financiación, Piplica plantea una analogía con SpaceX de Elon Musk.

«Creo que la gente hizo las mismas preguntas sobre la nueva industria espacial en los primeros días de SpaceX», comenta. «La gente pensó en entrar en órbita y dijo, esto debería costar mil millones de dólares, pero SpaceX lo hizo por US$ 90 millones con el Falcon 1».

Hermeus planea financiarse mediante el desarrollo de varios aviones en el camino a su avión de pasajeros, de manera similar al desarrollo de SpaceX de sus cohetes Falcon 1, Dragon, Falcon Heavy y Starship, que en última instancia sirven a una visión de vuelos espaciales interplanetarios al mismo tiempo que generan ingresos al trabajar con NASA y socios comerciales.

«Realmente no hay nada como Hermeus, aunque muchos proyectos similares han ido y venido en el pasado», dice Richard Aboulafia, analista de aviación de Teal Group. «Nunca parece funcionar. Si pueden crear mágicamente un transporte hipersónico a fines de la década de 2030, y el precio del boleto está en el rango de la clase ejecutiva, entonces sí, eso será exitoso. Pero las probabilidades de que esto suceda están en algún lugar del Rango del 1%».

Y cuando un avión de pasajeros hipersónico se convierta en realidad, ¿cómo será volar en él?

«Será bastante similar al Concorde», explica Piplica. «Acelerará durante un período de tiempo más largo que en el avión actual, donde se sentirá empujado hacia atrás en su asiento durante aproximadamente 30 segundos a un minuto más o menos.

Esa experiencia durará quizás de 10 a 12 minutos. Pero una vez que estés en Mach 5, a 30.480 metros más o menos, será un viaje realmente tranquilo. No hay mucho tráfico aéreo allí y la atmósfera es relativamente benigna».

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