Proyecto de la Fuerza Aérea de Brasil puede revolucionar propulsión de vehículos

La Fuerza Aérea brasileña desarrolla un prototipo de avión de propulsión hipersónica aspirada, el cual integra la tecnología hipersónica con el motor de combustión supersónica y sitúa a Brasil en la elite de la tecnología espacial.
Nelza Oliveira/Diálogo | 17 mayo 2017

Capacitación y Desarrollo

El Teniente Norton Assis, investigador de hipersónica, e Israel Rêgo, director del Laboratorio Aerotermodinámica e Hipersónica del IEAv con la maqueta del 14-X. (Foto: Sargento Alexandre Manfrim/ Fuerza Aérea de Brasil)

La Fuerza Aérea de Brasil (FAB) desarrolla un prototipo no tripulado de una aeronave con propulsión hipersónica con motor de combustión supersónica. El proyecto estratégico de la FAB, bautizado como Prohiper, podrá revolucionar la propulsión de los vehículos espaciales del país.

La propulsión hipersónica propiamente dicha, que es cualquier tipo de propulsión aeroespacial que pueda sostener el vuelo de un vehículo en la atmósfera terrestre a velocidades iguales o superiores a cinco veces la velocidad del sonido (Mach 5), fue desarrollada hace varios años por el Instituto de Estudios Avanzados (IEAv), en el estado de São Paulo, para la mayoría de sus vehículos de sondeo y el vehículo lanzador de satélites. La diferencia radica en que en el Prohiper la propulsión hipersónica se realiza con el motor estatorreactor de combustión supersónica, también conocido como “SCRamjet” o “Supersonic Combustion Ramjet”, que usa el aire atmosférico como oxidante. Por lo tanto, solo lleva el combustible en el vehículo. Las dos tecnologías integradas reciben el nombre de propulsión hipersónica aspirada.

De la manera convencional, la propulsión hipersónica se efectúa mediante motores de cohetes con propulsores sólidos, donde los vehículos aéreos llevan en su interior el combustible (alcohol, hidrógeno o querosén) y el oxidante (generalmente oxígeno). El motor SCRamjet emplea el propio aire para quemar el combustible.

“Su principal ventaja está en que reduce el peso total del vehículo que se lanzará. De este modo, la carga útil que transporta el vehículo lanzador puede ser más pesada. Y, puesto que no lleva el oxidante junto en su interior, el vehículo se vuelve más seguro y esta reducción de peso se suma a su eficiencia”, explicó el Teniente Norton Assis, investigador de hipersónica, en un video de difusión del proyecto enviado por la FAB. “Un motor que emplea esta tecnología energética es capaz, por ejemplo, de realizar un viaje de Congonhas (en São Paulo) a Nueva York en aproximadamente una hora, porque puede alcanzar una velocidad de 12.000 kilómetros por hora, lo que corresponde a diez veces la velocidad del sonido”, dijo.

Pruebas en laboratorio

El primer prototipo que demuestra la tecnología, bautizado 14-X, por ahora existe en un modelo que recuerda el formato de un ala delta con cerca de 80 centímetros de largo. El 14-X solo se prueba en el laboratorio de Aerotermodinámica e Hipersónica Profesor Henry T. Nagamatsu, del IEAv, donde se encuentra el túnel de viento más grande de Latinoamérica.

“El IEAv ha hecho ensayos de laboratorio para los componentes importantes de estos motores, también llamados SCRamjets, como la entrada de aire y la cámara de combustión”, dijo el Mayor Tiago Cavalcanti Rolim, ingeniero a cargo del Proyecto Prohiper 14-X y jefe de la División de Aerotermodinámica e Hipersónica - Subdivisión Experimental, del IEAv. “El objetivo es entender algunos aspectos de los flujos de la combustión hipersónica y supersónica, y monitorear las propiedades fundamentales como la presión y la temperatura mientras establecen relaciones de causa y efecto”, añadió.

El May. Rolim explicó que los vehículos de lanzamiento actualmente en uso disponen de sistemas de propulsión convencionales y pueden transportar, en carga útil, alrededor del 4 por ciento de su peso. Gracias a la ausencia de los tanques de oxígeno, la tecnología del 14-X permite transportar hasta un 15 por ciento de carga útil en relación al peso de la aeronave.

“De hecho, aproximadamente el 65 por ciento del peso de estos vehículos al momento del lanzamiento corresponde al peso del oxígeno almacenado”, explicó el May. Rolim. “Como modo de mitigar esta situación, se investigaron nuevas tecnologías con el objetivo de aumentar la fracción de peso de carga útil, y en consecuencia, reducir costos. Por ende, existe un consenso en la comunidad científica de que este nuevo sistema de propulsión aeroespacial podrá usarse como una etapa en los vehículos espaciales”, añadió.

Brasil en la elite de la ingeniería espacial

En el área espacial, donde las estrictas limitaciones de combustible para el lanzamiento de cargas útiles en órbita requieren una continua reducción de tamaño, peso y consumo de energía de los vehículos lanzadores, el Prohiper consigue situar a Brasil en el mismo nivel que las pocas y selectas potencias que prueban esta tecnología. El May. Rolim afirmó que la investigación y el desarrollo de demostradores tecnológicos de la propulsión supersónica aspirada crecieron en las últimas décadas en diversos centros de investigación de todo el mundo. Uno de los países que sobresalen en el desarrollo de esta tecnología es Estados Unidos. Cita los proyectos estadounidenses HIFiRE, desarrollados conjuntamente por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos y la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología de Defensa, y el HYPER-X, con investigaciones iniciadas en 1996, y que ya cuenta con récords de vuelos ya registrados.

“La gran motivación de este proyecto está en que dentro de un lapso de diez años podamos, proporcionar a la FAB un producto de defensa que nos permita llevar a cabo vuelos al espacio de forma más barata y con más carga útil”, afirmó Israel Rêgo, director del Laboratorio Aerotermodinámica e Hipersónica del IEAv. La aeronáutica brasileña pretende iniciar en 2020 la prueba de vuelo con el demostrador tecnológico 14-X. “Hoy queremos salir del nivel de laboratorio y dar el gran salto hacia el nivel de calificación de vuelo en esas tecnologías”, mencionó Israel Rêgo.

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