Scramjet
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El Scramjet es un tipo de reactor sin partes móbiles, en el que debido a la propia velocidad de entrada del aire, y el diseño interior, este se comprime en la cámara de combustión permitiendo alcanzar velocidades supersónicas superiores a Match 15.
[editar] Orígenes
La idea original del hiperreactor o ramjet, nace a principios del siglo XX, en 1913 (fecha de la patente) de las manos de René Lorin. Este ingeniero francés pone las bases teóricas, bajo el simple ciclo termodinámico de compresión, combustión, y expansión, para lo que él denominó Tobera Termopropulsora. Un reactor que podría alcanzar velocidades hipersónicas, por aquel entonces inimaginables.
No fue hasta décadas más tardes, 1933, que René Leduc redescubrió las ideas de René Lorin, entonces el Ramjet (Denominado así en la Unión Soviética) apareció como el reactor ideal, de gran potencia, máxima eficiencia y mínimo coste de producción, pues al desaparecer las partes mecánicas quedaba como un mero tubo, de muy fácil manufacturación. Pero el Ramjet tiene el inconveniente de que es incapaz de despegar por sí mismo. Un avión con una propulsión hipersónica de este tipo necesita ser acelerado por otro hasta una velocidad mínima (Match 3) o estar equipado con un motor híbrido que pudiera funcionar como un turboreactor para el despegue y aterrizaje, que no existe por el momento; y permitiera un modo Ramjet, durante el vuelo . Para tener una idea del salto entre este reactor y el resto debemos tener en cuenta que el propulsor atmosférico más rápido es el SR-71 Blackbird que alcanza Match 3, mientras el Ramjet podría alcanzar Match 10.
[editar] Un simple tubo vacío
La idea básica de René Lorin era un tubo que mientras va absorbiendo aire lo comprime por la misma presión generada por su velocidad y el diseño aerodinámico del interior, entonces se le suministra un combustible que reacciona con el oxigeno y la combustión crea la expansión, el flujo, que impulsaba la nave. Un “simple” ciclo de compresión, combustión, y expansión que permite alcanzar altísimas velocidades, sin ninguna parte móvil necesaria para la compresión, y con un altísimo rendimiento. Siendo mecánicamente sencilla la mayor complejidad se encuentra en su diseño aerodinámico del que depende todo.
Podemos ver el diseño de un reactor ramjet, el aire entra a velocidades supersónicas por la boca del reactor, nada más entrar es necesario reducir su velocidad hasta niveles subsónicos por medio de difusión aerodinámica creada por el istmo y el difusor. El aire entra en la cámara de combustión y se mezcla con el combustible, prenden generando un flujo de salida que, si es mayor que el de entrada, impulsará la nave. Uno de los límites del ramjet es que hasta velocidades de mach 3 no funciona, por lo que necesita de otros propulsores para empezar a funcionar, pero también está limitado en velocidad máxima a Mach 6. Los propulsores ramjet no pueden superar este límite. El empuje deja de ser positivo, debido a la fricción generada por la desaceleración necesaria para la combustión, el aire llega tan caliente que no puede quemarse con el combustible. La única forma de evitar esto es no desacelerar el aire de entrada y es ahí donde entra el scramjet del X-43A.
Scramjet (supersonic combustión ramjet), tipo de reactor del X-43A, no reduce la velocidad del aire para su combustión, si no que esta se realiza a través de él. Es necesario realizar una combustión muy rápida, generalmente se usa hidrógeno, pero no crea el problema de la fricción y su velocidad límite está aún por ver, quizás mach 20. Es mecánicamente muy simple pero extremadamente complejo en aerodinámica como el ramjet sino más. Los tres ejemplares, con pequeñas diferencias cada uno, que se probaron en los ensayos del proyecto Hyper-X han sido los primeros scramjets de la historia de la aerodinámica, y todavía esta por ver todo su potencial.
[editar] Presente y Futuro
La discapacidad de los motores hipersónicos han sido un freno para su uso en la aeronáutica, pero no los ha condenado al olvido, desde el final de la 2ª Guerra Mundial se han desarrollado mísiles tácticos con esta propulsión. Pero el futuro del ramjet no se encuentra únicamente en los mísiles, y en ambos lados del atlántico se compite por alcanzar un avión que combine un despegue turbojet, con las velocidades supersónicas del ramjet. Tanto Europa, como Rusia, unidos a sus respectivas empresas aeronáuticas desarrollan programas parecidos al Hiper-X de los E.E.U.U. Este proyecto desarrolla evoluciones del ramjet como el scramjet ( supersonic combustion ramjet) del X-43A que desarrollan en conjunto la NASA y Boeing.
El futuro en mente de la NASA es la posibilidad de que los reducir los costes de las lanzaderas, propulsores como el X-43A alcanzarían velocidades suficientes para vencer la atracción terrestre (Mach 10). Reduciendo el coste de la puesta en órbita, la posibilidad de enviar más misiones y más grandes sería viable, pero ante este futuro nos encontramos con el problema endémico del ramjet, la velocidad mínima de ignición, y en el caso de una lanzadera espacial su uso está limitado a etapas atmosféricas, como dice el profesor Manuel Martínez Sánchez profesor de MIT “...para poder usar el aire ambiente se necesita una trayectoria larga y suave dentro de la atmósfera, porque las trayectorias normales de cochetes se salen de ella enseguida, y nos quedaríamos sin oxigeno antes de tiempo. Eso implica sustentación, es decir, ala que soporten el peso de la nave, y si no recuerdo mal, el porcentaje de masa para esas alas anda por el 11%. Además, la estructura tiene que ser capaz de aguantar flujos térmicos enormes, como los de una reentrada. Eso no ocurre con los cohetes lanzadores, por la misma razón de antes, es decir, para cuando se alcanzan números de Mach del orden de 6-8 y empezarían los problemas térmicos, el cohete ya está fuera de la atmósfera.”
El único proyecto serio hasta la fecha para el desarrollo de un transbordador con una estructura de alas y trayectoria larga de despegue que aguantara velocidades del orden de Mach 20 por medio de reactores scramjet para ponerse en órbita fue el fallido NASP (National Aerospacial Plane). Sueño aeroespacial de la administración Reagan en los años 80 que pretendía poner a Tokyo de Nueva York en 2 horas y reducir el coste de los viajes espaciales. Pero el proyecto fracasó por que no existían en aquel entonces las tecnologías necesarias, y en 1994 el congreso de los EEUU corto los fondos al proyecto. El programa Hiper-X es heredero de este y el X-43A la demostración de que es posible.
Aunque el hiperreactor no sea el maná que imaginó René Lorin, y todavía estemos lejos antes de que exista una nave tripulada o una lanzadera con un motor scramjet, esta tecnología del siglo pasado parece tener futuro . Esperemos se use con fines pacíficos, y ponga el espacio al alcance de todos, reducir los costes de la investigación espacial, y permita al hombre alcanzar nuevos horizontes, y no para nublarlos.
