Científicos chinos han diseñado un motor hipersónico, alimentado por una combinación de etileno y polvo de carbón, capaz de alcanzar seis veces la velocidad del sonido. Este motor puede abrir un nuevo capítulo en la aeronáutica volando a Mach 6 y recortando el costo del combustible de aviación en hasta un 20%, señalan los investigadores.
En una prueba en tierra, un dispositivo experimental que usaba la mezcla de bajo costo, produjo descargas eléctricas que viajaban a más de 2 km por segundo. O el equivalente a seis veces la velocidad del sonido, revelaron los ingenieros en un informe publicado en las revistas de la Sociedad de Artillería de China y, Acta Armamentarii.
El etileno es un compuesto químico orgánico y uno de los productos más abundantes de las refinerías de petróleo. Mientras que el carbón actualmente contribuye más a la producción de electricidad de China que cualquier otra fuente de energía.
«La alta densidad de energía, la seguridad y el bajo precio del polvo de carbón le dan una ventaja única cuando se usa como combustible para motores», advierte el equipo liderado por Weng Chunsheng. En el laboratorio nacional de física aplicada en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing, reseñó South China Morning Post.
Los motores de detonación llevan en desarrollo desde 2010. Pero han tomado impulso en esta década, gracias al esfuerzo de la Marina de EE UU, Aerojet Rocketdyne o la agencia espacial japonesa (JAXA).
En mayo de 2021, ingenieros de la Universidad de Florida Central afirmaron haber descubierto la manera de estabilizar explosiones para utilizarlas en la propulsión de aviones y cohetes. Su motor ampliaba el horizonte a aeronaves hipersónicas capaces de viajar de seis a 17 veces la velocidad del sonido, un máximo de 21.000 kilómetros por hora.
Motor hipersónico a carbón
El motor hipersónico de carbón experimental chino utiliza una explosión supersónica para generar empuje, soplando finas partículas de carbón. Cada una del tamaño de una bacteria, en una cámara llena de oxígeno y encendiéndolas con chispas eléctricas. El impacto inicial, si es lo suficientemente rápido, comprime el aire y desencadena más explosiones para crear un impulso poderoso y continuo, explicaron los investigadores.
Weng y su equipo detallan que la idea de usar polvo de carbón como combustible para motores se inspiró en las explosiones de minas, que pueden desencadenar rápidamente una enorme fuerza destructiva. Sin embargo, el uso de carbón para propulsar vuelos hipersónicos fue propuesto por primera vez hace unos diez años por investigadores rusos. Demostraron que era posible generar choques con una mezcla de polvo de carbón e hidrógeno. El desafío del carbón radica en la dificultad para iniciar la explosión de manera controlada.
«La ignición sigue siendo un gran desafío», indicó Weng.
Entra el etileno a la escena y es en este punto que los investigadores ponen su atención. Es un derivado del petróleo y el tercer material de fabricación más común solo detrás del cemento y el amoniaco. El etileno es una sustancia que se usa para fabricar todo tipo de objetos plásticos y otras sustancias químicas como hormonas para estimular el crecimiento de las plantas, pinturas o disolventes, recogió El Confidencial.
Este gas se enciende más fácilmente que las partículas de carbón, que a menudo no se queman lo suficientemente rápido como para lograr una explosión. Y trabaja en estrecha colaboración para desencadenar una cadena de detonaciones. Y en el caso de los motores, el etileno se usa para garantizar que la reacción en cadena de la explosión suceda de forma uniforme durante todo el trayecto.
Desde un aeropuerto hasta altitudes cercanas al espacio sideral
El equipo de Weng realizó el experimento en tierra. Probó la mezcla de combustible de carbón y etileno frente a las condiciones desafiantes que podrían surgir durante un vuelo. Como por ejemplo, una carga eléctrica más baja de lo normal o un exceso o escasez de oxígeno.
Según los resultados informados, los investigadores encontraron que el motor podía arrancar en casi todas las circunstancias y producir ondas de choque extremadamente rápidas.
El equipo espera que el motor hipersónico de carbón logre al menos un 20 % más de eficiencia de combustible que los motores a reacción modernos. Debido a que sus detonaciones extremadamente rápidas pueden convertir más energía química en fuerza cinética.
«La alta densidad de energía, la seguridad y el bajo precio del polvo de carbón le dan una ventaja única cuando se usa como combustible para motores», agregó el equipo. El etileno es uno de los productos más abundantes de las refinerías de petróleo. Mientras que el carbón contribuye actualmente más a la producción de electricidad en China que cualquier otra fuente de energía.
El motor se diseñará para una variedad de condiciones. Desde el despegue del aeropuerto hasta el crucero hipersónico a altitudes cercanas al espacio. Esto lo hará más eficiente, incluso más que los ‘scramjets’ y otros motores hipersónicos tradicionales que no se activan hasta que ya están a velocidades muy altas, detallan los investigadores.
El informe no menciona la decisión de China de bajar el consumo de carbón para reducir las emisiones. El presidente chino, Xi Jinping, prometió el año pasado controlar el uso del carbón. Y comenzar a reducirlo en 2026 para alcanzar el máximo de emisiones de dióxido de carbono (CO2) de gases de efecto invernadero del país antes de 2030.
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