Astro Mechanica prepara Duality, un propulsor híbrido-eléctrico para volar a Mach 3 con menos combustible

Cuatro motores eléctricos de 31,3 kilos cada uno están en el centro de las pruebas que Astro Mechanica realiza ahora con Duality, un sistema de propulsión pensado para que un avión pase del vuelo subsónico a Mach 3 sin disparar el gasto de combustible. La empresa californiana, respaldada por United Airlines, valida en banco de pruebas la cuarta generación de su motor, que según lo previsto debería estar listo para volar antes de 2028.

El punto de partida es el Concorde. Se retiró en 2003 por problemas económicos, medioambientales y técnicos, y uno de sus grandes lastres fue un diseño de propulsión muy ineficiente en consumo. Ese es el obstáculo que Ian Brooke, fundador de Astro Mechanica, quiso resolver cuando empezó a trabajar en un nuevo motor a reacción. Otras compañías, como Boom Supersonic, y los avances de la NASA también empujan el regreso de los vuelos supersónicos.

La idea de Duality consiste en combinar tres tipos de motor en uno, de modo que sea eficiente a medida que el avión asciende y acelera. Brooke explica que la clave es usar motores eléctricos para accionar un compresor, que actúa como una caja de transmisión capaz de girar en un rango muy amplio de revoluciones. Así puede adaptarse tanto a la velocidad del aire como al ciclo de combustión.

El esquema funciona así: un motor alimentado por combustible genera corriente para mover un motor eléctrico. Brooke afirma que cada generador alcanza cerca del 98 % de eficiencia cuando está crioenfriado, y que el conjunto llega al 95 %. Ese motor eléctrico hace girar el propulsor primario, de tipo turbofán como el de un avión de pasajeros moderno, para los primeros compases del vuelo. Después se enciende el postquemador, que inyecta combustible justo antes de la salida de gases para ganar empuje extra sin detener la primera etapa. Es una técnica habitual en los cazas desde hace décadas y puede dar empuje más allá de tres veces la velocidad del sonido, unos 3.700 km/h.

Los motores eléctricos los fabrica la británica Helix, especialista en máquinas de flujo radial de gran densidad de potencia, desarrolladas originalmente para la Fórmula E y los hipercoches eléctricos. Duality monta cuatro Helix SPX242-94, cada uno con 400 kW de potencia pico, 470 Nm de par máximo y 31,3 kg de peso. Esa densidad permite separar la generación de energía de la propulsión, de modo que el turbogenerador y los propulsores trabajen en paralelo sin interferirse. Derek Jordanou-Bailey, ingeniero jefe aeroespacial de Helix, dijo en un comunicado que están orgullosos de que sus motores impulsen Duality y que el proyecto demuestra su densidad de potencia.

Ya se diseñan motores a medida para la siguiente generación: 61,5 kg cada uno, 950 kW de potencia pico, 20.000 rpm y 575 Nm de par máximo.

En la práctica, el motor se comportaría como un turbofán muy eficiente en tierra y hasta la velocidad de crucero subsónica. Las palas integradas, llamadas blisks, pueden funcionar incluso en pista sin el turbogenerador, lo que reduce ruido y consumo. En régimen supersónico pasa a ser un turborreactor con combustión activa, mientras los motores eléctricos siguen moviendo el compresor a las revoluciones exactas. En la fase de máxima velocidad puede adoptar una configuración similar a la de un estatorreactor, que permite alcanzar Mach 3.

A largo plazo se dibuja la posibilidad de viajes supersónicos asequibles y bajo demanda con alcance transpacífico, unos 13.000 km. A corto plazo, sin embargo, los sectores más beneficiados serían la defensa y la industria aeroespacial. Brooke también apunta a un uso para poner cargas en órbita más barato que con cohetes solos. Lo que decidirá si el ciclo adaptativo se sostiene son las pruebas en banco, los hot fire tests, en condiciones extremas de temperatura y estrés mecánico.