Así es el avión sin hélices ni turbinas que no necesita combustible

Desde el primer vuelo de un avión hace más de 100 años, la mayoría de aeronaves han sido propulsadas usando partes móviles como hélices o turbinas y combustibles fósiles. Pero con el auge de los transportes eléctricos, cada vez más expertos y empresas del sector de la aeronáutica prestan atención a nuevos modelos. Entre ellos, un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), que ha conseguido volar por primera vez un avión sin partes móviles utilizando la propulsión iónica, que es silenciosa y permite volar aviones sin combustible convencional.

Los investigadores han diseñado un avión de cinco metros que pesa dos kilogramos y medio y contiene una pila de baterías y un convertidor de potencia de alto voltaje que puede producir alrededor de 500 vatios. La aeronave ha volado con éxito en 10 ocasiones 60 metros en un espacio interior con una altitud promedio de vuelo de medio metro y una velocidad de 4,8 metros por segundo. Los resultados de esta investigación, publicada este miércoles en la revista científica Nature, muestran que el vuelo constante de una aeronave no tripulada con viento iónico es sostenible. Steven Barrett, uno de los autores del estudio, asegura a EL PAÍS que este hallazgo abre vías de investigación para el desarrollo de sistemas de propulsión mejorados y el diseño de nuevos aviones.

"La propulsión iónica consiste en acelerar iones positivos, es decir, partículas con carga eléctrica positiva, a partir de una diferencia de potencial eléctrico. Por el principio de acción y reacción [la tercera ley de Newton], la fuerza que actúa sobre el acelerador es la misma que la que reciben los iones, pero de sentido opuesto", explica Oriol Lizandra, profesor de mecánica de vuelo y propulsión de la Universidad Politécnica de Cataluña.

En la década de 1960, algunos estudios sugerían que la propulsión iónica no sería posible en aviones. Demostraron que solo alrededor del 1% de la energía eléctrica de entrada se usaba en la propulsión, frente al 2.6% reportado por los investigadores. Pese a que este es también un porcentaje bajo, hay algunos factores que hacen reseñable esta investigación, según sostiene el científico de la Universidad de Toulouse (Francia) Franck Plouraboué, que ha escrito un artículo adjunto al estudio en Nature.

En primer lugar, la eficiencia energética mejora sustancialmente cuando aumenta la velocidad de la aeronave. "Además, muchos estudios han demostrado que el viento iónico puede mejorar la aerodinámica de las alas planas", declara Plouraboué. Para Barrett, un punto fuerte es que el tipo de propulsión utilizada es muy silenciosa, ya que el avión no tiene partes móviles: "Esto puede conllevar que los drones que se encuentran en el entorno urbano podrían ser mucho más silenciosos".

Pero para Manuel Martínez Sánchez, profesor emérito del MIT en el departamento de Aeronáutica y Astronáutica, la ausencia de ruido "es común a cualquier sistema eléctrico, como puede ser una hélice movida por un motor eléctrico". Las desventajas de este tipo de propulsión, según el profesor, son "la ineficiencia, que parece inevitable dado que hay que ionizar el aire; la generación de ozono por la descarga; y la presencia de voltajes altos a bordo".

¿Cómo podría cambiar el sector aéreo con este tipo de aeronaves en unos años? Los propios investigadores advierten de la probabilidad de que este sistema no pueda competir con los métodos tradicionales. "Un problema potencial es si podemos producir suficiente empuje en un volumen lo suficientemente pequeño como para permitir que los aviones más grandes y pesados sean impulsados por este tipo de propulsión", afirma el autor. A día de hoy, sólo puede plantearse el uso de propulsión iónica en drones pequeños y con poco peso, según afirma Lizandra.

Barrett reconoce que el prototipo aún no es útil en la práctica y señala que por el momento no se sabe si un avión propulsado por viento iónico podría transportar, por ejemplo, a personas: "Si esto fuera posible, ocurriría en décadas". A partir de ahora, considera importante realizar estudios para mejorar la eficiencia de este sistema y cuantificar la cantidad de ozono que podría producir "por si fuera un problema".

Auge de aviones eléctricos

"La principal ventaja de los aviones de propulsión eléctrica es la reducción de emisiones contaminantes en las capas altas de la troposfera", sostiene el ingeniero aeronáutico Alejandro Herrera, que es miembro del grupo de expertos en aviación comercial del Colegio Oficial de Ingenieros Aeronáuticos de España. Herrera subraya que uno de los retos clave al que se enfrentan los expertos del sector es cómo garantizar la disponibilidad de potencia eléctrica suficiente a bordo. "De hecho, las primeras aeronaves de propulsión eléctrica que se comercializaron y certificaron fueron planeadores, que contaban con un pequeño motor eléctrico que usaban únicamente para su autolanzamiento, por lo que no tienen el problema el abastecimiento eléctrico continuado en vuelo", explica.

Cada vez hay más fabricantes como Boeing y Airbus que apuestan por el desarrollo de aeronaves de propulsión eléctrica. El ingeniero aeronáutico afirma que "en 2017 fueron anunciados más proyectos de aviación eléctrica que en los nueve años precedentes". "La propulsión eléctrica convencional [motor que hace girar una hélice] está a día de hoy en pleno auge. Los principales constructores están trabajando en diseños de aviones propulsados por motores eléctricos impulsando un ventilador dentro de un conducto. Esto posibilitaría velocidades de crucero bastante elevadas, pero todavía por debajo de las que se consiguen con motores de turborreacción actuales", sostiene Lizandra.

Las capacidades de almacenamiento de energía eléctrica son limitadas, por lo que el profesor de la Universidad Politécnica de Cataluña defiende que la opción más interesante a medio plazo es un sistema híbrido: "Motores eléctricos ayudados por turbinas de gas que los complementen, proporcionando la potencia mecánica requerida en determinadas fases de vuelo".

Una propulsión espacial

La propulsión iónica lleva varias décadas aplicándose en propulsores para vehículos espaciales como satélites, según explica Lizandra. Pero la técnica que ahora se propone para aviones difiere a la utilizada en propulsores para naves espaciales. El profesor de mecánica de vuelo y propulsión señala que un vehículo espacial no requiere un empuje —fuerza propulsora— demasiado elevado, porque en el espacio la resistencia aerodinámica a vencer es muy baja o nula. En cambio, los aviones se desplazan a través de la atmósfera, "donde la densidad del aire es considerable y, en consecuencia, la resistencia aerodinámica, también". Por lo tanto, asegura que el empuje requerido sería mucho mayor en el caso de un avión.

En segundo lugar, subraya que el uso de la propulsión iónica en aviones no implicaría llevar a bordo ningún propulsante almacenado, sino que cogería el propio aire atmosférico para ionizarlo y acelerarlo. "En este caso no se requeriría una cámara de ionización como tal, sino que electrodos fliformes, con una diferencia de potencial de varias decenas de kilovoltios, ionizarían el aire además de acelerar los iones producidos", explica.