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Aug 03, 2023

La carretera de Australia hacia la zona de peligro

31 de agosto de 2023 Jamie Seidel es un periodista independiente que vive en Adelaida. Más rápido. Más. Más alto. Hay muchas cosas en juego en la parte trasera de un revolucionario motor scramjet australiano. Incluyendo el futuro de la

31 agosto 2023

Jamie Seidel es un periodista independiente que vive en Adelaida.

Más rápido. Más. Más alto. Hay muchas cosas en juego en la parte trasera de un revolucionario motor scramjet australiano. Incluyendo el futuro de la capacidad de guerra hipersónica del ejército estadounidense.

El sistema de defensa de Estados Unidos observó con desesperación el año pasado cuando China lanzó un avión hipersónico que voló hacia el sur sobre Australia, giró a la izquierda dos veces y finalmente voló sobre Estados Unidos desde el sur.

Estados Unidos no tiene nada parecido y tiene que ponerse al día rápidamente.

La Unidad de Innovación de Defensa de EE. UU. quiere que un dron de prueba pueda atravesar la atmósfera superior a velocidades extremas. En última instancia, se espera que utilice aviones hipersónicos y drones para reconocimiento y lanzamiento de armas; lanzamiento de satélite y tal vez en un futuro lejano, vuelo tripulado.

Sorprendentemente, el primer contrato que la Unidad de Innovación otorgó fue a una empresa australiana con un motor imprimible único impulsado por hidrógeno: Hypersonix.

"Aquí es donde puedes pensar en Top Gun 2", dice el director general de Hypersonix Launch System, David Waterhouse. "Pero no permitiremos que Tom Cruise se acerque a nuestro avión".

En marzo, el Pentágono encargó a Hypersonix la construcción de tres drones de demostración, que ahora se llaman Dart AE, para medir las diferencias entre la teoría hipersónica y el rendimiento en el mundo real.

Hipersónico se define como cualquier velocidad superior a Mach 5 (6200 km/h). El famoso avión espía SR-71 Blackbird de la Guerra Fría volaba a Mach 3,3 (4100 km/h).

Los bancos de pruebas Dart AE, que se entregarán el próximo año, serán vehículos de un solo uso.

Pero el objetivo de la empresa de tecnología profunda con sede en Brisbane es desarrollar un sistema comercial reutilizable de entrega en órbita baja y recientemente recibió una nueva versión de su motor desde Europa.

Es igual que el anterior, con una diferencia crucial: está hecho de compuestos de matriz cerámica de alta temperatura (HTCMC).

“El motor scramjet en sí ha sido diseñado para funcionar entre Mach 5 y Mach 12 (14.800 km/h). Así que es realmente la capacidad de gestionar las térmicas del motor lo que determina la velocidad que obtenemos”, afirma Waterhouse.

El motor scramjet, llamado Spartan (Acelerador impulsado por Scramjet para el avance de la tecnología reutilizable) está impreso a partir de un material compuesto conocido como Inconel 718 y está limitado a Mach 7 (8600 km/h).

Están combinando materiales de una manera que no se podía hacer hace apenas cinco o diez años”.

"El Inconel 718 existe desde los días del Saturn V (cohete de lanzamiento a la Luna)", dice Waterhouse.

“Pero ahora puedo imprimirlo en 3D y hacer cosas que nunca podrías imaginar. Y está todo el asunto de la ingeniería aditiva. Están combinando materiales de una manera que no se podía hacer hace apenas cinco o diez años”.

Este material de níquel-cromo de alta resistencia y resistente a la corrosión tiene una larga historia de uso en la industria espacial debido a su capacidad para soportar temperaturas de hasta 700°C. Se agregan revestimientos para puntos críticos específicos.

"Pero el compuesto de matriz cerámica es bueno para temperaturas superiores a 1.800 °C para operaciones sostenibles", explica Waterhouse. “Así que ese sería el motor que usaríamos para el diseño de nuestro dron de reconocimiento”.

Quema hidrógeno.

"El hidrógeno es fantástico", dice Washington. “Quema limpio, no deja coque ni nada. Y eso permite la reutilización. Pero lo mejor de la economía del hidrógeno es que ahora se pueden comprar tanques de combustible disponibles en el mercado. Hace unos años, construirlos internamente habría costado muchísimo. Y tendría que volar un montón de ellos antes de obtener la certificación para usarlos”.

En el corazón de la tecnología SPARTAN scramjet de Hypersonix está la forma en que su forma contiene (y explota) diferentes ondas de choque generadas por el vuelo a alta velocidad. Cuando se combina con hidrógeno, la interacción explosiva genera empuje.

Todo lo que se necesita para apagar y encender el motor son las válvulas del sistema de inyección de combustible.

"Básicamente, esto inyecta combustible en el lugar correcto para la velocidad correcta", explica Waterhouse. “Muchos otros scramjets están diseñados para una velocidad fija. Pero tenemos un scramjet acelerando. Y el mismo diseño funciona en todo ese rango desde Mach 5 hasta teóricamente Mach 12, sin piezas móviles”.

Y el hidrógeno aporta otro conjunto de ventajas.

"El hidrógeno tiene la mayor cantidad de energía por kilo y me preocupa el peso", dice Waterhouse. “Y un kilo de hidrógeno puede darme 1.000 kilómetros de autonomía. Así que no necesito mucho”.

Otros motores hipersónicos utilizan queroseno, que es más complejo.

“Te coqueas y no puedes encenderla ni apagarla durante el vuelo”, explica. “Y cuando no logras volver a encenderlo, te caes del cielo. Ése ha sido un gran problema con algunas de las pruebas estadounidenses. Mientras que con el hidrógeno, simplemente podemos encenderlo y apagarlo”.

El scramjet patentado SPARTAN tiene otras características únicas que lo sitúan por delante de un grupo de más de 60 contendientes por el contrato hipersónico del Pentágono de Estados Unidos.

"Debido a su geometría fija sin partes móviles, es muy confiable", dice Waterhouse. “Es muy económico de construir. Y, literalmente, puedes volarlo hacia atrás, usar un cepillo de dientes para raspar cualquier arenilla no deseada y luego volarlo nuevamente”.

Los scramjets no son un concepto nuevo, pero han demostrado ser especialmente difíciles.

Se experimentó con sus predecesores, los estatorreactores, antes de la Segunda Guerra Mundial. Los scramjets evolucionaron a partir de ellos en la década de 1950. Y la Universidad de Queensland comenzó su investigación sobre motores hipersónicos en 1981.

Pero la idea sólo recientemente se volvió viable.

"Hemos tenido la convergencia de tres conjuntos distintos de tecnología", dice Waterhouse.

Materiales modernos, hidrógeno y el tercero: supercomputadores.

“Es barato y alegre. Lo que me habría llevado una semana ejecutar hace apenas una década o dos, ahora puedo hacerlo en 15 minutos. Y es asequible incluso para las pequeñas empresas”.

Waterhouse confía en su producto, aunque todavía está en fase de pruebas.

Lo que me habría llevado una semana ejecutar hace apenas una década o dos, ahora puedo hacerlo en 15 minutos.

Amiga Engineering está imprimiendo el motor scramjet de 1,8 m de largo en Australia en su forma Inconel 718. Se compone de tres piezas, ya que la impresora sólo puede procesar segmentos de hasta 60 cm.

La versión de compuesto cerámico fue suministrada por un fabricante europeo, ya que Australia aún no tiene la capacidad de imprimir compuestos de matriz de carbono.

"Lo que tenemos aquí es un banco de pruebas piloto de fabricación", dice Waterhouse. “Estamos tratando de asegurarnos de que podemos medir su rendimiento, construirlo con las tolerancias que necesitamos a partir de los materiales que tenemos y realizarle pruebas térmicas. Y también tenemos que empujar hidrógeno a través de él para asegurarnos de que no se escape a través de la matriz compuesta”.

Se espera que las pruebas se realicen en el campo de investigación de la isla Wallops en Virginia, EE. UU., en 2024.

Publicado originalmente por Cosmos como la autopista de Australia hacia la zona de peligro.