El nuevo motor de detonación para acelerar la propulsión hipersónica

China y Estados Unidos continúan con su pulso hipersónico. Los dos países trabajan intensamente para lograr aviones capaces de cruzar el mundo en pocas horas y el goteo de noticias sobre sus avances parece imparable. Hace unos días los dos países presentaban el diseño de sus nuevos motores hipersónicos, uno por cada país, que prometen resucitar y optimizar una tecnología muy prometedora que lleva rondando desde los años 50: el motor de detonación rotativo.

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Jesús Díaz

Los motores de detonación rotativos son el santo grial de la propulsión hipersónica. En teoría, este tipo de motores tienen más empuje que los convencionales de deflagración, llegando a velocidades de Mach 17, unos 21.000 kilómetros por hora, y son más baratos, pudiendo ahorrar hasta un 25% del combustible.

Se han construido muchos prototipos desde que se desarrollaran por primera vez en los años 50 por ingenieros rusos, pero los problemas con el peso de su cámara de combustión cilíndrica y su falta de estabilidad acabaron haciendo que todos estos intentos fracasaran.

La nueva carrera hipersónica, que se extiende desde los aviones hasta las armas, ha hecho que se vuelvan a revisar diseños antiguos a la luz de los últimos avances en tecnología y materiales. China y EE.UU. están a la cabeza, aunque la agencia espacial japonesa hace pocos meses ya probó con éxito por primera vez un motor de detonación rotativo que consiguió funcionar durante seis segundos en pleno vuelo.

El motor de detonación rotativo chino

Según informa el diario hongkonés ‘South China Morning Post’ (SCMP), un equipo de investigadores de la Universidad de Tsinghua, en Pekín, asegura haber desarrollado un motor de detonación que evita los problemas de los diseños anteriores al sustituir el cilindro por un disco más pequeño y ligero.

En los modelos anteriores con cilindros, el combustible y el oxidante se inyectan en un espacio entre dos paredes provocando una explosión que hace girar las paredes causando una cadena autosostenida de explosiones. Pero el nuevo diseño, mucho más pequeño, ha obligado a los investigadores a colocar todos los componentes con extrema precisión. El equipo asegura que en algunos casos no han podido usar ni siquiera tornillos de sujeción para algunos de los componentes y han tenido que optar por unirlos por fricción.

Aun así, aseguran que este motor es capaz de alcanzar velocidades hipersónicas, consumir combustible de manera mucho más eficiente —un 50% comparado con los motores de cohetes actuales— y, gracias a su capacidad de usar el oxígeno de la atmósfera, reducir el peso de la nave.

Según el equipo, el pasado enero llevaron a cabo un vuelo de prueba con un diseño de motor de detonación rotativa cilíndrico. El motor, que iba montado en un cohete de dos etapas, se encendió en el aire y proporcionó un empuje adicional al cohete de la segunda etapa. Los investigadores no han dado datos de la potencia de empuje de su nuevo motor o de cuando lo tendrán listo el nuevo diseño para un vuelo de prueba.

Los mismos investigadores plantaron en un artículo publicado hace dos años la posibilidad de unir este tipo de motores con otros de tipo scramjet —que comprimen el aire de la atmósfera y lo usan como combustible para alcanzar velocidades hipersónicas— para crear aviones espaciales capaces de llegar a la órbita baja terrestre a velocidades superiores a Mach 5.

El motor de detonación rotativo estadounidense

La compañía aeroespacial americana Pratt & Whitney anunció hace unos días un encargo por parte de la USAF, la Fuerza Aérea estadounidense, para desarrollar un prototipo de avión con un motor de detonación rotativo. Pratt & Whitney ya ha llevado a cabo el diseño inicial, aunque no ha trascendido el coste de esta nueva fase del proyecto.

"El motor se está diseñando para volar a velocidades Mach más altas, lo que permitirá y ampliará los futuros diseños y aplicaciones de los vehículos y será un elemento clave de la cartera de motores de alta velocidad de Pratt & Whitney para satisfacer los futuros requisitos de los clientes", afirma la empresa.

El pasado mes de mayo ya contamos aquí cómo un equipo de la facultad de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Universidad de Florida Central (UCF) conseguía estabilizar uno de estos motores. Para esto sustituyeron las detonaciones rotatorias por unas oblicuas y utilizaron una “cámara especial de reacción hipersónica” situada dentro de un motor a reacción a la que denominan HyperREACT (‘hypersonic high-enthalpy reaction’ o reacción hipersónica de alta entalpía).

Según Kareem Ahmed, profesor de la UCF y uno de los autores del estudio: “el descubrimiento de la estabilización de una detonación — la forma más potente de reacción intensa y liberación de energía — tiene el potencial de revolucionar los sistemas de propulsión hipersónica y lo sistemas de energía”.