El avi¨®n sin h¨¦lices ni turbinas que no necesita combustible

Desde el primer vuelo de un avi¨®n hace m¨¢s de 100 a?os, la mayor¨ªa de aeronaves han sido propulsadas usando partes m¨®viles como h¨¦lices o turbinas y combustibles f¨®siles. Pero con el auge de los transportes el¨¦ctricos, cada vez m¨¢s expertos y empresas del sector de la aeron¨¢utica prestan atenci¨®n a nuevos modelos. Entre ellos, un grupo de investigadores del Instituto de Tecnolog¨ªa de Massachusetts (MIT), que ha conseguido volar por primera vez un avi¨®n sin partes m¨®viles utilizando la propulsi¨®n i¨®nica, que es silenciosa y permite volar aviones sin combustible convencional.

Los investigadores han dise?ado un avi¨®n de cinco metros que pesa dos kilogramos y medio y contiene una pila de bater¨ªas y un convertidor de potencia de alto voltaje que puede producir alrededor de 500 vatios. La aeronave ha volado con ¨¦xito en 10 ocasiones 60 metros en un espacio interior con una altitud promedio de vuelo de medio metro y una velocidad de 4,8 metros por segundo. Los resultados de esta investigaci¨®n, publicada este mi¨¦rcoles en la revista cient¨ªfica Nature, muestran que el vuelo constante de una aeronave no tripulada con viento i¨®nico es sostenible. Steven Barrett, uno de los autores del estudio, asegura a EL PA?S que este hallazgo abre v¨ªas de investigaci¨®n para el desarrollo de sistemas de propulsi¨®n mejorados y el dise?o de nuevos aviones.

¡°La propulsi¨®n i¨®nica consiste en acelerar iones positivos, es decir, part¨ªculas con carga el¨¦ctrica positiva, a partir de una diferencia de potencial el¨¦ctrico. Por el principio de acci¨®n y reacci¨®n [la tercera ley de Newton], la fuerza que act¨²a sobre el acelerador es la misma que la que reciben los iones, pero de sentido opuesto¡±, explica Oriol Lizandra, profesor de mec¨¢nica de vuelo y propulsi¨®n de la Universidad Polit¨¦cnica de Catalu?a.

En la d¨¦cada de 1960, algunos estudios suger¨ªan que la propulsi¨®n i¨®nica no ser¨ªa posible en aviones. Demostraron que solo alrededor del 1% de la energ¨ªa el¨¦ctrica de entrada se usaba en la propulsi¨®n, frente al 2.6% reportado por los investigadores. Pese a que este es tambi¨¦n un porcentaje bajo, hay algunos factores que hacen rese?able esta investigaci¨®n, seg¨²n sostiene el cient¨ªfico de la Universidad de Toulouse (Francia) Franck Plourabou¨¦, que ha escrito un art¨ªculo adjunto al estudio en Nature.

En primer lugar, la eficiencia energ¨¦tica mejora sustancialmente cuando aumenta la velocidad de la aeronave. ¡°Adem¨¢s, muchos estudios han demostrado que el viento i¨®nico puede mejorar la aerodin¨¢mica de las alas planas¡±, declara Plourabou¨¦. Para Barrett, un punto fuerte es que el tipo de propulsi¨®n utilizada es muy silenciosa, ya que el avi¨®n no tiene partes m¨®viles: ¡°Esto puede conllevar que los drones que se encuentran en el entorno urbano podr¨ªan ser mucho m¨¢s silenciosos¡±.

Pero para Manuel Mart¨ªnez S¨¢nchez, profesor em¨¦rito del MIT en el departamento de Aeron¨¢utica y Astron¨¢utica, la ausencia de ruido ¡°es com¨²n a cualquier sistema el¨¦ctrico, como puede ser una h¨¦lice movida por un motor el¨¦ctrico¡±. Las desventajas de este tipo de propulsi¨®n, seg¨²n el profesor, son ¡°la ineficiencia, que parece inevitable dado que hay que ionizar el aire; la generaci¨®n de ozono por la descarga; y la presencia de voltajes altos a bordo¡±.

?C¨®mo podr¨ªa cambiar el sector a¨¦reo con este tipo de aeronaves en unos a?os? Los propios investigadores advierten de la probabilidad de que este sistema no pueda competir con los m¨¦todos tradicionales. ¡°Un problema potencial es si podemos producir suficiente empuje en un volumen lo suficientemente peque?o como para permitir que los aviones m¨¢s grandes y pesados sean impulsados por este tipo de propulsi¨®n¡±, afirma el autor. A d¨ªa de hoy, s¨®lo puede plantearse el uso de propulsi¨®n i¨®nica en drones peque?os y con poco peso, seg¨²n afirma Lizandra.

Barrett reconoce que el prototipo a¨²n no es ¨²til en la pr¨¢ctica y se?ala que por el momento no se sabe si un avi¨®n propulsado por viento i¨®nico podr¨ªa transportar, por ejemplo, a personas: ¡°Si esto fuera posible, ocurrir¨ªa en d¨¦cadas¡±. A partir de ahora, considera importante realizar estudios para mejorar la eficiencia de este sistema y cuantificar la cantidad de ozono que podr¨ªa producir ¡°por si fuera un problema¡±.

Auge de aviones el¨¦ctricos

¡°La principal ventaja de los aviones de propulsi¨®n el¨¦ctrica es la reducci¨®n de emisiones contaminantes en las capas altas de la troposfera¡±, sostiene el ingeniero aeron¨¢utico Alejandro Herrera, que es miembro del grupo de expertos en aviaci¨®n comercial del Colegio Oficial de Ingenieros Aeron¨¢uticos de Espa?a. Herrera subraya que uno de los retos clave al que se enfrentan los expertos del sector es c¨®mo garantizar la disponibilidad de potencia el¨¦ctrica suficiente a bordo. ¡°De hecho, las primeras aeronaves de propulsi¨®n el¨¦ctrica que se comercializaron y certificaron fueron planeadores, que contaban con un peque?o motor el¨¦ctrico que usaban ¨²nicamente para su autolanzamiento, por lo que no tienen el problema el abastecimiento el¨¦ctrico continuado en vuelo¡±, explica.

Cada vez hay m¨¢s fabricantes como Boeing y Airbus que apuestan por el desarrollo de aeronaves de propulsi¨®n el¨¦ctrica. El ingeniero aeron¨¢utico afirma que ¡°en 2017 fueron anunciados m¨¢s proyectos de aviaci¨®n el¨¦ctrica que en los nueve a?os precedentes¡±. ¡°La propulsi¨®n el¨¦ctrica convencional [motor que hace girar una h¨¦lice] est¨¢ a d¨ªa de hoy en pleno auge. Los principales constructores est¨¢n trabajando en dise?os de aviones propulsados por motores el¨¦ctricos impulsando un ventilador dentro de un conducto. Esto posibilitar¨ªa velocidades de crucero bastante elevadas, pero todav¨ªa por debajo de las que se consiguen con motores de turborreacci¨®n actuales¡±, sostiene Lizandra.

Las capacidades de almacenamiento de energ¨ªa el¨¦ctrica son limitadas, por lo que el profesor de la Universidad Polit¨¦cnica de Catalu?a defiende que la opci¨®n m¨¢s interesante a medio plazo es un sistema h¨ªbrido: ¡°Motores el¨¦ctricos ayudados por turbinas de gas que los complementen, proporcionando la potencia mec¨¢nica requerida en determinadas fases de vuelo¡±.