La NASA seleccionó el pasado 2016 cinco conceptos de tecnología sostenible que tienen el potencial de transformar la industria de la aviación en la próxima década, de acuerdo a tres directrices: reducir a la mitad el consumo de combustibles, bajar las emisiones dañinas en un 75 por ciento, así como reducir en gran medida el ruido de avión

El estudio de estos conceptos se englobó dentro del programa de la NASA denominado Conceptos de Aeronáutica Transformable”, de dos años de duración (poner enlace), y directamente relacionados con uno o más de los objetivos estratégicos de investigación de la NASA. Se trata de una iniciativa que prosigue un proyecto culminado en 2015, en el que ya se seleccionaron otros seis conceptos. En palabras de Dough Rohn, responsable del programa, “estos cinco conceptos innovadores tienen el potencial de ayudar a resolver algunos de los mayores desafíos a los que nos enfrentamos en la aviación”.

Tres de dichas tecnologías se relacionan con la propulsión eléctrica, lo que muestra el interés por los investigadores por este sistema, dado que no tiene emisiones de CO2 a la atmosfera y tampoco en cuando a ruidos, comparado con los reactores.

Los conceptos propuestos fueron los siguientes:

1) Nuevas Células de combustible

Una célula de combustible consiste en un sistema que combina hidrógeno y oxígeno para generar electricidad. Se emplearon en sistemas espaciales por la NASA desde mediados de la década de 1.960. Este sistema supone ciertos inconvenientes, como el almacenaje del hidrógeno y del oxígeno en estado líquido, es decir a muy bajas temperaturas, lo que supone sistemas muy complejos que no la hacen un sistema práctico para una aeronave pequeña.

La solución propuesta consiste en emplear una nuevo tipo de célula de combustible que toma el hidrógeno a partir del combustible estándar de aviación, así como el oxígeno del aire, y combina ambos elementos para generar energía eléctrica para propulsar una aeronave eléctrica o híbrida.

2) Fabricación aditiva (Impresión 3D) para mejorar las potencia de un motor eléctrico.

Los investigadores de la NASA estudian la aplicación de las tecnologías de fabricación aditiva (impresión 3D) para producir piezas más ligeras y resistentes con el fin de producir motores eléctricos más potentes.

Esto es posible gracias a que con esta técnica se pueden fabricar formas muy complejas que sería imposible fabricar de otro modo. Ello permite desarrollar piezas en las que se aligerar el peso eliminando solo lo que no contribuye a la integridad estructural, consiguiendo así piezas resistentes y con un peso mínimo. El proceso de diseño en el que se consigue esto se denomina optimización topológica.

Junto con las ventajas de obtener piezas resistentes y muy ligeras, el uso de tecnologías de fabricación aditivas supone una auténtica revolución en la industria aeroespacial, ya que permite la obtención de piezas sin necesidad de utillaje especial, con el consiguiente ahorro en costes. La NASA ya ha ensayado esta tecnología en el espacio, habiendo fabricado una pieza en la ISS.

3) El uso de baterías de Aire-Litio en aviones de propulsión eléctrica

Para que sea viable una aeronave de propulsión eléctrica, el gran hándicap es el almacenaje de esa energía eléctrica necesaria, incluso para aeronaves que realicen vuelos de corto alcance. Los investigadores de la NASA estudian el uso de baterías denominadas Aire Litio (Li-Air), ya que tienen la mayor capacidad de almacenaje dentro todos los tipos de bacterias existentes.

Este tipo de baterías Li-Air utilizan el oxígeno del aire en lugar de almacenar un oxidante internamente. Emplean el oxígeno del aire que reacciona con los iones de litio de la batería para producir la corriente eléctrica. De acuerdo a las fuentes consultadas, la relación masa energía de una batería de litio-aire es similar a la de la gasolina.

Desgraciadamente, los electrolitos estándar se descomponen rápidamente con este tipo de baterías de Aire-Litio, con lo que su vida útil de estas se reduce a unos pocos ciclos de carga/descarga. El objetivo de los investigadores de la NASA consiste en encontrar la viabilidad de desarrollar nuevos electrolitos ultra-estables resistentes a la descomposición.

4) Sistemas para reducir el tamaño del plano vertical de la aeronave.

Concepto de ala-plano vertical ( Imagen: NASA)

Uno de los factores que se tienen en cuenta a la hora de dimensionar el plano vertical de las aeronaves es la capacidad de control durante las maniobras de despegue y aterrizaje. En ambas, la velocidad del avión es menor que en crucero, con lo cual se precisan superficies de control que sean eficientes a bajas velocidades, lo que supone que sean relativamente grandes. El problema es que, durante el vuelo, el tamaño del plano vertical, que tiene que ser lo bastante grande como hemos indicado en el despegue y el aterrizaje, no es tan necesario y además contribuya a la resistencia aerodinámica.

Este concepto de la NASA estudia sistemas mecánicos para desplazar un segmento de la parte externa del ala de una aeronave con la capacidad de actuar como timón de dirección durante el despegue y el aterrizaje, lo que permitiría a los diseñadores emplear plano verticales de menor superficie, lo que supondría una reducción de las emisiones y el consumo de combustible.

5) Una antena de comunicaciones por satélite que se adapta al contorno de una aeronave.

aerogel (Creditos: NASA)

Una posibilidad en los sistemas de seguimiento de los UAV (los más conocidos como “drones) es el empleo de sistemas de seguimiento por satélite. Sin embargo, dichas antenas son pesadas y de protuberantes en relación con la superficie de una aeronave, lo que tiene un efecto en la resistencia y en el consumo de combustible.

Los investigadores piensan en desarrollar un tipo una antena flexible empleando un tipo de aerogel ligero y muy fino. El aerogel, es un tipo de material muy ligero, aislante y resistente, que se ha empleado desde los años 60 en misiones espaciales, como en la Mars Rover.

Los investigadores de la NASA confían en este nuevo concepto de antena se pueda adaptar al contorno de una aeronave, reduciendo por tanto la resistencia aerodinámica.

Una característica clave de este tipo de antena es la capacidad de transmitir señales en una dirección dada, asegurando enlaces robustos con los satélites y minimizando interferencias con tierra cuando la aeronave vuela bajo.

Aunque varios de estos conceptos son esperanzadores y muy interesantes, conllevan sin embargo un riesgo de no acabar prosperando. Los especialistas de la NASA son cautos e indican que se deberá llevar a cabo una evaluación de su viabilidad. Es posible que estos estudios concluyan que por alguna razón, ya sea tecnológica, de costes, legales o física impidan que alguna de las cinco propuestas llegue a término. Su desarrollo supondrá no obstante un posible despliegue de dichas tecnologías en otras áreas.

Alfonso Martín Erro

(http://feynmania.blogspot.com)

Referencias

NASA Charges Toward Greener Aviation With Novel Concepts

Five New Ideas to be Explored by NASA Aeronautics Teams

NASA Aero Teams to Study if Wild Ideas are Possible

¿Qué es un aerogel?

Baterias de Litio, 800 Km de autonomía

New Aviation Horizons Initiative