Incrementar la masa de la carga que un cohete puede poner en órbita se ha erigido como uno de los retos a superar en los próximos años. La gran demanda de lanzadores y microlanzadores —que en España lideran PLD Space y Pangea Aerospace— supera con creces la oferta disponible en este momento.
De esa necesidad están apareciendo nuevas compañías que apuestan por formatos y esquemas tecnológicos rompedores, combinando sistemas de propulsión para alcanzar un mejor rendimiento. "Mi empresa Astro Mechanica ha inventado un nuevo tipo de motor de reacción", ha publicado Ian Brooke, fundador, en la red social X.
"A diferencia de cualquier motor existente, es eficiente en todas las velocidades", sentencia Brooke. Quien también explica que, gracias a ello, pueden utilizarlo como la primera etapa de un vehículo de lanzamiento orbital.
El secreto de la propuesta tecnológica de Astro Mechanica es la de combinar tres tipos de motores en uno con el objetivo de ser lo más eficiente posible a medida que asciende. "La plataforma resultante pondrá en órbita cargas útiles de forma mucho más barata que los sistemas exclusivamente de cohetes", señala. "Tiene muchas aplicaciones posibles".
"La idea clave es utilizar motores eléctricos para accionar un compresor", explica Brook, que funcionaría como una caja de transmisión capaz de girar a un rango muy amplio de revoluciones por minuto. "De esa manera podemos hacerlo girar a cualquier velocidad, permitiéndole una adaptación a la velocidad del aire y al ciclo de combustión".
Motor revolucionario
El principal inconveniente de los cohetes actuales es que tienen que llevar a bordo una gran cantidad de propelente, compuesto de combustible y oxidante. Esto reduce en buena medida su capacidad para despegar carga de pago lo que encarece de forma notoria el coste de cada kilogramo lanzado.
Otro de los puntos esenciales a tener en cuenta son los ciclos de uso. Los lanzadores como el Falcon 9 de SpaceX, el más reutilizado hasta el momento, tiene una vida estimada muy inferior a los 30.000 ciclos de vuelo completo para los que está diseñado cualquier avión comercial actual.
I've kept a pretty low (online) profile of what I'm building, but word's getting out.
— Ian Brooke (@k2pilot) February 29, 2024
My company Astro Mechanica has invented a new kind of jet engine. Unlike any existing engine, it's efficient at every speed. Because it's efficient at every speed, we can use it in a new way:… pic.twitter.com/YecrslCiPZ
Partiendo de ambas premisas, la propuesta de Astro Mechanica es emplear un motor que en las primeras fases del vuelo se comporte como el de un avión tradicional y, después, pasa por un turborreactor y más tarde por un estratorreactor. A medida que aumenta la velocidad y la altitud va pasando de un modo a otro.
Los motores a reacción de los aviones comerciales están diseñados para proporcionar el máximo rendimiento a través de los primeros miles de metros en la atmósfera y hasta una velocidad máxima estipulada. En esta región de velocidad-altitud, los propulsores de cohete son tremendamente ineficientes gastando mucho más combustible y consumiendo al mismo tiempo oxidante.
"Los aviones utilizan la atmósfera como una escalera", asegura Andrew Côté, amigo de Brooke, que ha explicado la tecnología más a fondo. "El aire se mezcla con combustible, se quema y se utiliza como masa de reacción". Al contrario, "los cohetes deben transportar su propio aire líquido".
El esquema de funcionamiento que propone Astro Mechanica comienza en un motor alimentado por combustible que se encarga de generar corriente para mover a su vez un motor eléctrico. "Cada generador tiene una eficiencia cercana al 98% cuando está crioenfriado", asegura Ian Brooke, el fundador. El conjunto da una eficiencia del 95%.
Ese motor eléctrico hace girar el propulsor primario —tipo turbofán, en la jerga aeronáutica— como el de un avión de pasajeros moderno para emprender los primeros compases del lanzamiento. El siguiente pasa por encender el postquemador, un sistema que inyecta combustible justo antes de la salida de gases para ganar un impulso extra, sin detener la primera etapa.
El motor con postquemador es un elemento muy utilizado en los cazas desde hace décadas. Les permite alcanzar velocidad supersónica de una forma mucho más rápida que sólo empleando un motor turbofán. Puede proporcionar empuje hasta más allá de 3 veces la velocidad del sonido (3.700 km/h), un terreno en el que pocas aeronaves son capaces de moverse.
La propulsión de la última etapa de lanzamiento la ejerce un estratorreactor. Se trata de un tipo de motor de reacción específicamente diseñado para el funcionamiento a altas velocidades. Gracias a su geometría de entrada, el aire se comprime por sí sólo y se mezcla con el combustible para proporcionar empuje de una manera muy eficiente.
Cohete y avión
Para la última fase del despegue, cuando el lanzador vaya a más de 8.000 kilómetros por hora, Astro Mechanica apuesta por el desacople de esta primera fase reutilizable y emplear un cohete tradicional. En este caso y a esa velocidad y altitud, los cohetes son por el momento el sistema de propulsión más eficiente que se conoce.
Por el momento se desconocen las especificaciones. La compañía ha anunciado que ya han estado probando un prototipo en miniatura y se encuentran en pleno desarrollo de uno 10 veces más grande.
Otro de los grandes campos donde este propulsor podrá tener aplicación es en la aviación comercial. La ida de la compañía es obtener la experiencia necesaria en el terreno del lanzamiento de cargas al espacio con el fin de recaudar dinero, certificar su tecnología y, más tarde, internarse en el campo del transporte de pasajeros y carga.
Esperan poder triplicar la velocidad del vuelo de un avión comercial actúa, entre 2.700 y 2.900 kilómetros por hora. Esto acortaría notablemente trayectos como el que va de Madrid a Nueva York dejándolo en poco más de dos horas.