El futuro de la tecnología de la aviación, los motores de cohetes y la aviación sostenible

Entrevista con el ingeniero espacial Simone Paternostro de la Universidad de Nottingham

Jane: Representante de Air Charter Service

Simone: investigador aeroespacial y académico en la Universidad de Nottingham

J: Hola Simone, nos gustaría saber un poco más de tí, de tu trabajo en la universidad y de tu especialidad.
S: Después de terminar mi Máster en la Universidad La Sapienza de Roma, me especialicé en dinámicas de vuelos espaciales, análisis de misiones y sistemas de navegación; esas son mis áreas principales.

J: ¿Cuánto tiempo ha estado estudiando está especialidad?
S: Bastante tiempo empecé en 2005, Hice mi licenciatura y dos masters en la Universidad La Sapienza de roma. la Licenciatura era en ingeniería aeroespacial, el primer Master en Ingeniería del espacio y el segundo en sistemas de transporte espacial. He pasado 3 años en la Universidad de Nottingham, por lo que llevo estudiando esta especialidad más de 12 años.

J: ¿Podría darnos algún dato divertido sobre sí mismo, como su película o canción favorita?
S: Como soy un fanático del espacio no sorprenderá que una de mis películas favoritas sea Apollo 13. Muestra la dificultad de las misiones espaciales, donde la atmósfera es muy dura, pero hay que sobrevivir.

J:: Preparando la entrevista hemos notado que recientemente se habla mucho de la aviónica (electrónica en la aviación) con respecto al futuro de la aviación. En su opinión, ¿es la electrónica una parte principal del futuro de la aviación?
S:La electrónica ya es una parte muy importante de la aviación y continuará siéndolo en el futuro. En este momento los centros de investigación y las compañías están intentando mejorar todos los aspectos de la electrónica: su eficiencia y efectividad, su potencia y movilidad, todos elementos cruciales. Estas mejoras traerán más mejoras en su funcionamiento. Los aviones comerciales tienen un componente electrónico en su aviónica, ya incluidos en los sistemas de navegación, comunicación, control de vuelo y colisión, así como en la caja negra. Habrá nuevos progresos en el futuro.

Universidad de Nottingham, tecnología aeroespacial
Por ejemplo, en la Universidad de Nottingham estoy involucrado en el proyecto Innovate. INNOVATE significa Integration of Novel Aerospace Technologies (Integración de nuevas tecnologías aeroespaciales). Es un programa de doctorado Marie Curie financiado por Europa que surgió por la necesidad de un planteamiento integral en el desarrollo y la explotación de la tecnología en el sector aeroespacial. El objetivo principal de este proyecto es promocionar la investigación convencional. Principalmente fomenta el desarrollo de esas tecnologías. En otras palabras, queremos probar que la tecnología puede ser integrada y mejorar.

Proyecto INNOVATE
Este proyecto cuenta con 13 investigadores y estudiantes de posgrado de todo el mundo, cada uno dedicado a un sistema específico conectado con la innovación del sector, como la propulsión, el fuselaje, las operaciones en tierra y la navegación.

Proyecto asociado de la Universidad de Nottingham
Por ejemplo, uno de nuestros colegas está investigando estrategias de control activo sobre las superficies de control del avión para mejorar la aerodinámica del mismo. Esto hará que se reduzca la resistencia del avión hasta un 25%. Como resultado, el avión volará más suavemente, lo que conllevará una reducción del consumo de combustible y de emisiones de CO2. Este es un ejemplo de la nueva tecnología que estamos desarrollando y probando aquí en la Universidad de Nottingham y un ejemplo de otro tipo de electrónica que puede ser incluida en el futuro de la tecnología de la aviación.

El futuro del diseño de aviones

J: ¿Espera algún cambio innovador el diseño de los aviones en el futuro?
S: Sí, hay varias compañías que están desarrollando nuevos conceptos, incluida la NASA, Boeing y Airbus. Estos son diría yo los principales protagonistas del futuro de la aviación. El cambio más importante que ha surgido en el diseño es el llamado “fuselaje integrado”, donde apenas hay distinción entre el hada y el fuselaje del avión. Esta integración tiene una ventaja sobre el diseño convencional de aviones, porque la propia forma del fuselaje ayuda a generar elevación. Al mismo tiempo reduce resistencia y peso lo que significa que el nuevo diseño es más eficiente en combustible y reduce las emisiones de CO2.

Los desafíos por los cambios en el diseño de aviones en el futuro
El mayor desafío se presenta en la perspectiva estructural, ya que un diseño de fuselaje integral no es fácil de construir. Pero los fabricantes de aviones están estudiando cómo resolver estos problemas. La solución puede estar en usar materiales compuestos de fibra de carbono, con los que podrían crear la estructura del avión de una sola pieza. Airbus y Boeing por ejemplo, Están desarrollando sus propios modelos, incluido el A350 XWB y el 787 respectivamente. Los fuselajes estarán hechos de materiales compuestos en un 50%. Airbus pretende conseguir que el A350 XWB tenga un 25% menos gastos de explotación, consumo de combustible y emisiones de CO2 comparado con los aviones de la generación anterior.

J: Cuando habla de estructura, ¿quiere decir todo el avión podría estar hecho de materiales compuestos?
S: Sí, los materiales compuestos son mucho más ligeros, lo que reduce el peso total del avión. Sin embargo, modelar material compuesto es un proceso bastante complicado. A día de hoy los fabricantes de aviones pueden hacerlo con algunos componentes, pero no con todo el avión.

Novedades en los motores de avión y de cohetes

El proyecto Skylon y el motor estatorreactor de combustión supersónica
Conozco una compañía aquí en el Reino Unido llamada Reaction Engines que está desarrollando un nuevo proyecto llamado Skylon. Usan una combinación de diferentes tipos de motores, uno de cohete y un motor de avión estándar. El motor que están desarrollando ahora se conoce como estatorreactor de combustión supersónica. La diferencia entre un motor de avión estándar y uno de combustión supersónica es el uso de compresores y turbinas. El motor de combustión supersónica no lleva esos componentes y necesita operar a gran velocidad para funcionar. Ese es el principal problema y la razón de que no se haya usado antes. Para que un motor así comience a funcionar necesita alcanzar velocidades supersónicas, y si no puedes encender el motor, no puedes volar.

El objetivo del proyecto Skylon
Parece que están intentando combinar estas dos tecnologías o tipos de motores para que el avión encienda un motor estándar y, una vez alcance una altura y velocidad específicas, pueda cambiar al otro motor. Creo que el proyecto Skylon también tiene un componente parecido al del motor de un cohete. El objetivo de este avión es alcanzar una mayor altitud donde hay menos aire en la atmósfera y puede alcanzar mayor velocidad sin problemas de resistencia del aire. Esto implicaría poder viajar más rápido y alcanzar mayores distancias en menos horas. Dicen que en el futuro puede ser posible volar de Londres a Sídney en 4 horas, cuándo en día de hoy creo que se tarda 24h. Sería una ventaja considerable.

J: eso sería impresionante si estuviéramos vivos para verlo
S: Sí, es como lo que pasó con el Concorde, antes de que lo retiraran. Podíamos volar a velocidades supersónicas y llegar de Londres a Nueva York en pocas horas. Por desgracia era demasiado caro y se tuvo que jubilar.

Sostenibilidad y el futuro de la aviación

J: Este nuevo proyecto suena realmente interesante. Sobre el tema de la sostenibilidad, ¿anticipa que en el futuro de la aviación se introducirán prácticas y tecnologías más ecológicas?
S: existe una gran preocupación por las emisiones de CO2 con el rápido incremento del número de vuelos comerciales, ya que al ser mucho más baratos que antes mucha más gente vuela. Según la información de las autoridades, las emisiones de CO2 de la aviación constituyen un 15% de las emisiones mundiales y eso ya es demasiado. El primer paso sería mantener el nivel, ya que las autoridades de la aviación avisan que podrían alcanzar un 30% en los próximos 10 o 15 años. Las organizaciones internacionales de la aviación están intentando regular este ámbito para encontrar una solución.

Las autoridades de la industria y las iniciativas 2021 – CORSIA
En 2021 el Programa de la Aviación Internacional para la Reducción de las Emisiones de CO2 (CORSIA en inglés) se pondrá en marcha. El principal objetivo de este programa es estabilizar las emisiones y si es posible reducirlas. Sin embargo, es algo que tiene que ser aceptado por todas las compañías internacionalmente. No será fácil implementar estas reglas puesto que es voluntario y dependerá de cada país. Sé que los países europeos quieren adherirse a esta resolución, pero como ya he dicho, ya hay otras compañías que están intentando mejorar su funcionamiento para reducir las emisiones de carbono.

Alternativas sostenibles en la aviación
Una opción es reducir la cantidad de combustible con lo que se reduciría el gasto en combustible. Por otro lado, ya se están desarrollando otras tecnologías de combustible, como el biológico, y aviones que usan la energía solar o el hidrógeno para funcionar, pero esto es algo que tardará en dar fruto.

J: Con respecto a los aviones sin combustible como opción alternativa para una aviación más sostenible, ¿cree usted que es un concepto viable que funcionará?
S: Sí lo creo, puesto que ya hay muchas compañías intentando desarrollar motores eléctricos. Ya hay pequeños prototipos de aviones desarrollados por Cessna, Airbus y AgustaWestland. La NASA también está desarrollando aviones que funcionan con energía solar, y ahí tenemos al Solar Impulse, cuyo piloto dió la vuelta al mundo con éxito.

J: Sí ya lo recuerdo, es un avión con un diseño precioso
S: Sí, cuenta con largas alas cubiertas por paneles solares para funcionar. Por ahora solo puede llevar a una persona por lo que no es realmente eficiente. Uno de los principales problemas del avión eléctrico es que, si necesita paneles solares, quema mucho combustible y no es eficiente. Lo mismo ocurre con las bacterias. El prototipo de Airbus usa baterías, pero necesita mucha cantidad, lo que las hace pesadas y no duran mucho, por lo que, a día de hoy, todavía no es posible hacer un vuelo completo. Pasarán algunos años antes de que estas tecnologías sean efectivas.

El proyecto de motor eléctrico en el instituto de Tecnología Aeroespacial de la Universidad de Nottingham
En el Instituto de Tecnología Aeroespacial de la Universidad de Nottingham nos estamos centrando en los aviones eléctricos. Nuestros investigadores intentan descubrir maneras de reducir el impacto de las emisiones de CO2. Uno de mis colegas está desarrollando un motor eléctrico que puede pegarse al tren de aterrizaje y permitir que el avión se traslade desde la puerta de embarque hasta la pista sin usar combustible. Se gasta mucho combustible en esa parte del vuelo, especialmente si hay retrasos y el avión tiene que esperar en la pista con el motor encendido produciendo mucho CO2. Estamos intentando diseñar un motor que o bien vaya en el tren de aterrizaje o se pueda despegar del avión, para transportarlo hasta la pista y de vuelta a la puerta de embarque. Es un ejemplo de lo que se está investigando en el ámbito eléctrico.

Los componentes principales del futuro de la aviación y los vuelos suborbitales

J: Aunque ya lo hemos hablado, ¿cuál cree usted que será el mayor contribuyente al futuro de la aviación, en cuanto a nuevas tecnologías? De los ya mencionados, ¿cuál cree que tendrá un mayor impacto?
S: Existe una combinación de diferentes tecnologías y técnicas que pueden diseñar el futuro de la aviación. Como ya he mencionado antes, con el proyecto Skylon el futuro puede estar en los vuelos suborbitales, que son vuelos a gran velocidad y muy cortos que permiten llegar al otro lado del mundo en pocas horas.

Turismo espacial
S: Hay un gran interés en el turismo espacial. La combinación de este interés y el desarrollo de las tecnologías que hemos mencionado antes puede resultar en la aparición de un nuevo concepto en la industria de la aviación: los vuelos suborbitales.

Vuelos suborbitales
S: Los vuelos suborbitales pueden conectar ciudades muy distantes y reducir el tiempo de vuelo, pero sería una tecnología para usar en vuelos largos y no necesariamente en los regionales. En el futuro, habrá una combinación de ambos. Para vuelos regionales más cortos se podría usar un avión convencional con un nuevo diseño de fuselaje, mientras que para las distancias largas se podría usar la nueva tecnología que es parecida a la del Concorde, pero más avanzada. Así me gustaría ver el futuro de la aviación.

J: ¿Queda algún ámbito importante en el futuro de la tecnología de la aviación que no hayamos cubierto?
S: Otro de mis colegas está involucrado en un proyecto de optimización del despegue, para mejorar los procedimientos antes del despegue. Ha desarrollado un algoritmo que optimiza los tiempos y la trayectoria que sigue el avión desde la puerta de embarque hasta la pista, teniendo en cuenta la posición de otros aviones en el aeropuerto, Esto podría reducir los retrasos y ofrecer información al piloto sobre cuándo trasladar el avión, sin tener que esperar el permiso del controlador aéreo. Al mismo tiempo se reduce el esfuerzo de los controladores aéreos, ya que el sistema estaría integrado en los controles del avión. Es otro ejemplo de cómo la tecnología que estamos investigando mejorará el funcionamiento del aeropuerto y del avión en sí mismo.

Aviones sin piloto y coches voladores

J:No sé qué piensa sobre la aviación privada quiero decir los aviones privados, pero, ¿piensa que los fabricantes de aviones están desarrollando alguna novedad o tiene alguna información al respecto?
S: He visto vídeos de compañías que están desarrollando nuevos conceptos para aviones. No diría aviones privados, sino más bien vehículos aéreos sin piloto (UAV). Podemos aplicar el concepto de los UAVs y los drones a un coche con la configuración interior de un avión, por ejemplo, usando alas fijas y motores de propulsión. Hay un prototipo que ya se ha probado.
Creo que Airbus está desarrollando un sistema más grande, en el que la parte principal de un coche se puede separar de la zona del volante. Cuenta con cuatro rotores que le permiten convertirse en un UAV, así que podría despegar, dejar las ruedas en tierra y volver. Es uno de los conceptos que he visto en los vídeos promocionales de Airbus, pero lo principal es cómo regular estos coches voladores. Si todo el mundo tuviera uno y pudiera despegar de cualquier parte, necesitaríamos un permiso de conducir especial. También necesitaríamos sistemas para evitar colisiones y el tráfico tendría que ser regulado desde tierra, con rutas, carreteras o caminos específicos en el aire. Ciertamente se está considerando, pero todavía es necesaria mucha regulación. Las tecnologías a veces se desarrollan rápidamente, pero las organizaciones que deben regularlas no van a su ritmo. A menudo es difícil para una compañía desarrollar un sistema cuando no hay regulación que la controle.

J: Si pudiera elegir una palabra para describir el futuro de la aviación ¿cuál sería?
S: la palabra que me gustaría usar es “más ecológica

J: Y ya la última pregunta, ¿qué piensa de cómo el Brexit puede impactar en la aviación del Reino Unido?
S: No estoy seguro. Espero que no afecte a la industria de la aviación del R.U. porque, aunque Gran Bretaña esté saliendo de la UE, continuará siendo parte de la Europa física. Europa y el Reino Unido se necesitan mutuamente, así que espero que nuestra colaboración continúe.

Nuestra entrevista con el ingeniero aeroespacial Simone Paternostro nos ha revelado algunos datos sobre el futuro de la aviación. Quizás un futuro más ecológico con un diseño de fuselaje integral para conseguir aviones más eficientes y reducir las emisiones de CO2. Otro avance clave en este ámbito es el uso de materiales compuestos de fibra de carbono, con la NASA, Boeing y Airbus a la cabeza de las nuevas tecnologías de la aviación y del diseño de aviones. Hay otros desarrollos en la aviación ecológica, como los motores eléctricos y los que usan energía solar como el Solar Impulse. Los motores de cohetes y los vuelos suborbitales son objeto de estudio por parte de la compañía Reaction Engines, como parte del Proyecto Skylon. Los vuelos suborbitales podrían reducir los tiempos de vuelo drásticamente, con un Londres- Sídney de solo cuatro horas, en vez de las 23 de ahora.

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