El regreso de los aviones X y por qué tienen la clave de los viajes supersónicos

Era el noveno vuelo a motor del avión experimental Bell X-1, y a bordo el piloto luchaba con los controles mientras la estabilidad de la nave fluctuaba a medida que aumentaba la velocidad.

La leyenda de los aviones X de Estados Unidos nació a mediados de los años 40 y floreció hasta los 60, cuando los aviones cohete volaron hasta los límites del espacio.

Los vuelos de aviones de última generación como el X-1 y el X-15 allanaron el camino para los eventuales triunfos del programa Apolo y los primeros pasos de Neil Armstrong en la Luna. El más rápido de los aviones X llevaría a sus pilotos humanos a más de seis veces la velocidad del sonido.

Ahora, en 2023, el último avión X, el avión X-59QueSST (Quiet SuperSonic Technology), tiene como objetivo repetir una hazaña lograda por el primer avión X: superar la barrera del sonido nuevamente. Solo que esta vez, si todo va de acuerdo a lo planeado, nadie en tierra se dará cuenta.

Avión silencioso

En 1973, el gobierno de EE.UU. prohibió los vuelos supersónicos comerciales sobre el país. Con esa prohibición, y otras similares, desapareció el negocio de aviones como el Concorde.

Eso podría estar a punto de cambiar si años de investigación sobre cómo crear un estampido sónico silencioso llegan a buen término. La NASA y el “Skunk Works” (el pseudónimo oficial para los Programas de Desarrollo Avanzado del fabricante de aviones Lockheed) están tratando de construir un avión con esta característica.

A pesar de los avances en el modelado por computadora y la tecnología de túneles aerodinámicos, todavía es demasiado arriesgado construir un avión de pasajeros supersónico silencioso sin evidencia real de que la tecnología funcionará.

“Creo que el X-59 podría ser significativo”, dice Christopher Combs, de la Universidad de Texas, en San Antonio. “Estás demostrando por primera vez con un vehículo del mundo real que puedes hacer estampidos sónicos silenciosos, y eso puede abrir la puerta para que la industria comercial comience a construir aviones como este”.

El X-1 parecía un avión diseñado para romper la barrera del sonido. Tenía forma de bala con dos alas rectas (cuando se diseñó, los diseñadores de aviones estadounidenses no habían entendido completamente las ventajas de las alas en flecha, como la reducción de la resistencia) y un motor de cohete.

El X-59, similar a un caza, es una respuesta bastante más elegante -y rentable- a un problema complicado. El avión reutiliza partes de otros aviones, incluido el tren de aterrizaje de un caza F-16, el dosel y el asiento eyectable de un avión de entrenamiento supersónico T-38 mucho más antiguo y parte del sistema de motor utilizado en el avión espía U-2.

Todo en el X-59 está diseñado para crear un estampido sónico silencioso en el punto de prueba de Mach 1,4 (1074 mph) a 16.800 metros, que es el rango en el que es probable que vuele un avión comercial.

Hará esto minimizando la cantidad de ondas de choque que salen de la aeronave y extendiéndolas más ampliamente por la estructura del avión para evitar que se conviertan en un fuerte estallido.

La larga nariz del avión (que con 12 metros equivale a un tercio de la longitud total de la aeronave) está diseñada para separar las ondas de choque que salen de la nariz de las producidas por el ala.

Los motores están por encima del ala, en lugar de por debajo como los del Concorde, para que las ondas no viajen hacia el suelo. La parte inferior del avión también es inusualmente lisa para un avión; esto es para minimizar el número de ondas de choque que produce.

Pilotos humanos

El nuevo avión X también será pilotado por un ser humano en lugar de una computadora, para ayudar a generar confianza en las comunidades sobre las que vuela.

El avión cuenta con el llamado sistema de visión digital eXternal (XVS). Este sistema utiliza una cámara de alta definición en la nariz y otra debajo para crear una pantalla para el piloto que es el equivalente a una ventana orientada hacia adelante.

“Siempre bromeamos con que el X-1 rompió la barrera del sonido y ahora estamos tratando de arreglarlo”, dice Catherine Bahm, gerente del proyecto de Low Boom Flight Demonstrator (LBFD).

“Su estampido sónico no será lo suficientemente fuerte como para que la gente lo note. Será como un trueno distante, o la puerta del auto de tu vecino cerrándose, sonidos que se fusionan con la vida cotidiana”.

No obstante, para que una nueva era de aeronaves supersónicas para pasajeros sea económicamente viable, los aviones deberán poder volar a velocidades supersónicas, por ejemplo, desde aeropuertos en América del Norte hacia Europa.

“Entonces, no son solo los estándares estadounidenses los que buscamos cambiar: son los estándares globales”, agrega Bahm.

Integración de ideas

Para algunos, construir un avión X que produzca un estruendo silencioso está muy lejos de los días gloriosos de superar la barrera del sonido. Significa que la aviación es una tecnología madura que se ha quedado sin grandes nuevas ideas. Otros no están de acuerdo.

“La integración de nuevas ideas o nuevas tecnologías es parte integral de lo que se trata con el X-59”, señala Christian Gelzer, historiador jefe del Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA.

Como lo es la recopilación de datos del mundo real. “Los ingenieros que están trabajando en el X-59 quieren la información por la misma razón que los que trabajaron en el X-1”, dice Gelzer. “Están tratando de averiguar si pueden predecir cómo será un avión sin haberlo construido.

“Nadie antes había construido algo así antes”.

Antes de los aviones X, los científicos que trabajaban para el Comité Asesor Nacional para la Aeronáutica (Naca), el precursor de la NASA, llevaron a cabo sus investigaciones en túneles de viento y con aviones modificados, construyendo una reputación mundial por su calidad.

Luego, en los años 30, todo cambió. El experto en aerodinámica John Stack esbozó su idea de un avión de investigación a gran escala especialmente diseñado capaz de alcanzar Mach 1, la velocidad del sonido.

Diez años más tarde, Stack y un pequeño grupo de ingenieros trabajaron para convertir esta idea en un diseño para un vehículo de prueba de alta velocidad.

Lo que era un proyecto extraoficial creció en importancia a medida que comenzaron a crecer los rumores de experimentos con aviones y cohetes alemanes. La USAAF (Fuerza Aérea del Ejército de EE.UU.) se enteró del proyecto y quería un cambio importante: el avión tenía que ser propulsado por un motor de cohete.

Puede que los aviones propulsados ​​por motor de cohete nos parezcan ridículos, pero eran ideales para atravesar la barrera del sonido porque tenían una aceleración y velocidades mucho más altas que los aviones a reacción del mismo tamaño.

Laboratorio volador

El vuelo supersónico actual se basa en lo que el X-1 enseñó a los ingenieros sobre el flujo de aire supersónico, el desempeño de los materiales a altas velocidades y las formas más efectivas de propulsión, así como los datos que proporcionó sobre cómo el vuelo supersónico afectó la fisiología humana.

“El vuelo estable en un régimen subsónico ha estado ocurriendo desde los hermanos Wright y de repente tienes un avión que has diseñado para superar estas velocidades”, dice Combs. “Eso realmente distingue al X-1 como uno de los aviones más impactantes jamás construidos. Es un gran hito que realmente establece un listón alto para el resto de los aviones X”.

La era de oro de los aviones X alcanzó su apogeo a fines de la década de 1950, con el primer vuelo del X-15 estadounidense en 1959. “El X-15 fue un gran proyecto, dominó todo, e hizo cosas extraordinarias”, afirma Gelzer.

Era un demostrador hipersónico, y todavía tiene el récord del vuelo hipersónico tripulado más rápido. Entre 1959 y 1968, el X-15 demostró que se puede ir al espacio y volver, sin necesidad de una cápsula con un paracaídas. Voló a ocho de sus 12 pilotos hasta el borde del espacio y de regreso.

Sin embargo, detrás del glamour de la carrera espacial, el X-15 era esencialmente un laboratorio volador. Se escribieron alrededor de 765 artículos de investigación, que analizaron elementos tales como los efectos biomédicos del vuelo de alta g y la ingravidez, los problemas de estabilidad y control en vuelo y en el reingreso, el rendimiento de las estructuras de aeronaves a temperaturas muy altas y la precisión de los túneles de viento.

“El X-15 dio lugar a una tonelada de investigaciones, pero una de las cosas que realmente se pasa por alto es lo que nos enseñó sobre los factores humanos”, explica Amy Shira Teitel, autora de “Breaking the Chains of Gravity: The Story of Spaceflight Before Nasa”.

“Aprendimos mucho sobre cómo entrenar a los pilotos que vuelan vehículos no convencionales y cómo enseñarles a los pilotos cómo lidiar con ir mucho más allá de lo normal”.

¿Inicio de una nueva era?

Gran parte de esta investigación sigue siendo relevante hoy en día, particularmente cuando se trata de vuelos hipersónicos. “Definitivamente hubo lecciones aprendidas de ese programa de las que todavía hablamos, como cómo maniobrar a velocidad hipersónica“, dice Combs, cuyo propio laboratorio tiene un túnel de viento hipersónico.

El programa X-15 fue cancelado en diciembre de 1968 después de 199 vuelos. A éste le siguió una nueva generación de aviones X. En lugar de aviones cohete pilotados diseñados para ir más alto y más rápido, los nuevos aviones X a menudo no tenían tripulación y estaban diseñados para resolver problemas técnicos específicos y poco glamorosos, y no han logrado captar la atención del público.

Los aviones cohete como el X-1 y el X-15 fueron simplemente un acto difícil de seguir. “Tenías este puñado de pilotos que volaban a los confines del espacio y estaban al frente de esta nueva era”, dice Teitel. “Había una sensualidad en eso que también atraía a la gente. No era solo la increíble tecnología. Era el futuro”.

Aún así, hubo muchos aviones X en los últimos 30 años, y continúan estableciéndose récords. Bahm trabajó en varios de ellos.

El Lockheed Martin X-33 Venture Star fue un demostrador del proyecto Nasa-Lockheed Martin para construir un sucesor del transbordador espacial.

Se canceló en 2001 antes de que se pudieran realizar vuelos de prueba por la falla del tanque de combustible durante la prueba, aunque la construcción estaba completa en un 85%.

Ahora, el objetivo del X-59 no es ir más rápido sino ser más silencioso. Pero ese es solo el comienzo.

“El X-59 es una especie de escala de avión de combate”, dice Combs. “La siguiente pregunta es, ¿puedes construir uno más grande que sea del tamaño de un 737?”

Esta historia fue publicada en BBC Future. Haz clic aquí para leer la versión original (en inglés).

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