A principios de este mes, un esqueleto de aluminio curvo de 12 metros de largo estaba esperando en la cavernosa fábrica de Hermeus en Atlanta. Era el prototipo de un dron llamado Quarterhorse. Nunca volará. En cambio, está programado para pruebas en tierra a partir de septiembre. El CEO de Hermeus, AJ Piplica, y sus cofundadores creen que es el primer paso en un largo camino hacia una meta audaz: construir un avión capaz de transportar 20 pasajeros a una velocidad hipersónica, cinco veces más rápida que el sonido, o 6.100 km por hora. Imagina Nueva York a París en 90 minutos. Una gran mejora con respecto a las siete horas y media de un vuelo comercial actual.
Han pasado 20 años desde el último vuelo del Concorde, el avión de pasajeros supersónico innovador pero que pierde dinero. Hasta ahora, ninguno de un desfile de nuevas empresas que han intentado traer de vuelta los viajes supersónicos ha abandonado el suelo. Piplica reconoce que Hermeus está asumiendo desafíos técnicos aún más difíciles en la construcción de un avión que puede volar durante largos períodos de tiempo en el intenso calor y la extraña dinámica creada a medida que se asciende por encima de la velocidad del sonido. Pero dice que ese no es el mayor problema. “Los desafíos comerciales son en realidad los más difíciles”, dice Piplica, de 35 años, a Forbes. “No solo vas a recaudar miles de millones de dólares para desarrollar un avión de pasajeros”.
La solución de Piplica: probar la tecnología en gran parte con dinero del Pentágono mediante el desarrollo de drones hipersónicos más pequeños, aprovechando la urgencia de Washington de alcanzar a Rusia y China en el despliegue de misiles hipersónicos maniobrables.
Quarterhorse está destinado a servir como un banco de pruebas reutilizable para someter materiales y equipos a condiciones de alta velocidad. Hermeus ganó un contrato de US$ 30 millones de la Fuerza Aérea de los EE.UU. que se destinará a construir y volar tres versiones del avión. El primer vuelo está programado para 2024, y Piplica dice que espera que el costo total de desarrollo sea inferior a US$ 100 millones.
También se planea utilizar un segundo dron más grande, Darkhorse, que Hermeus espera comenzar a probar en vuelo en 2026, como vehículo de prueba, así como para vigilancia y ataque de largo alcance. Si funciona, para cuando Hermeus llegue a construir Halcyon, su avión comercial planificado, Piplica dice que habrán construido sucesivamente de seis a diez prototipos de Quarterhorse y Darkhorse y encontrado soluciones a muchas de las incógnitas técnicas del vuelo de alta velocidad. Después de todo, dice Piplica, los humanos tienen solo unos 30 minutos de experiencia por encima de Mach 4 con los llamados aviones que respiran aire, que usan el oxígeno que los rodea para la combustión de combustible en lugar de llevarlo a bordo como lo hacen los cohetes, dejando menos espacio para la carga útil como pasajeros.
Cuando finalicen todas las pruebas, Piplica espera tener una flota de drones hipersónicos que generen ingresos sólidos realizando misiones del Departamento de Defensa. En ese momento, dice, Hermeus "habrá construido una base financiera lo suficientemente sólida como para invertir realmente en hacer la transición a Halcyon sin una cantidad ridícula de capital privado".
Sobre la base de ese plan de negocios, Hermeus ha recaudado US$ 119 millones, con una ronda B completada en marzo de 2022 con una valoración de US$ 400 millones. Las ambiciosas metas de la compañía le ganaron un lugar en la lista de Forbes Next Billion-Dollar Startups de este año de 25 empresas respaldadas por empresas que creemos que tienen más probabilidades de alcanzar una valoración de mil millones de dólares.
Ciencia rara
El objetivo de Hermeus de tener aviones comerciales en servicio a mediados de la década de 2030 es una tarea increíblemente difícil, dicen los expertos a Forbes. El desafío no es alcanzar velocidades hipersónicas: los misiles y los vehículos espaciales lo hacen regularmente. La dificultad está en construir algo que pueda soportar esas velocidades y tensiones y que sea reutilizable, dice Luca Maddalena, investigadora de hipersónicos en la Universidad de Texas en Arlington.
La fricción con el aire crea progresivamente más calor a medida que la aeronave acelera. Para adaptarse, el avión espía SR-71 Blackbird, que estableció el récord de la aeronave tripulada con respiración de aire más rápida con Mach 3,3 en 1976, tenía secciones de ala de aluminio que estaban corrugadas para permitirles expandirse a medida que la piel se calentaba. Perdió combustible en la pista porque los tanques solo se sellaron cuando el metal se hinchó en vuelo.
Un avión se vuelve supersónico cuando supera la velocidad del sonido, o Mach 1, pero no hay una velocidad específica a la que comience el territorio hipersónico. Se define por su peculiar dinámica. A medida que las velocidades aumentan por encima de Mach 5, el calor comienza a provocar reacciones químicas en el aire que rodea al vehículo. El oxígeno y el nitrógeno se dividen en átomos individuales y pueden reaccionar con la piel del avión. La aeronave ya no vuela en el aire que la rodeaba en la pista. “Es una sopa de diferentes gases y lo más probable es que sea diferente en cada punto del vehículo” debido a las variaciones de temperatura y presión. A velocidades más altas, parte del gas puede convertirse en plasma. Predecir cómo funcionará un avión requiere combinar la química y la mecánica cuántica con la aerodinámica. Los científicos todavía tienen mucho trabajo por hacer”, dice Maddalena.
Un requisito clave para hacer viable un avión hipersónico será su durabilidad. "No puede llegar con la mitad de vida que tiene hoy un vehículo subsónico", dice Mary Jo Long-Davis, directora del Proyecto de Tecnología Hipersónica de la NASA . “Eso no cerrará el modelo de negocio”.
Piplica admite libremente que no hay forma de predecir la vida útil o el programa de mantenimiento de Halcyon. “Los datos no existen”, dice. Hermeus tiene como objetivo obtener la información a través de Quarterhorse y Darkhorse, y puede tener una oportunidad debido al celo actual del gobierno de los EE.UU. por desarrollar armas hipersónicas.
Arma de elección
El Congreso otorgó al Pentágono 5.800 millones de dólares en el año fiscal 2023 para aproximadamente 70 programas hipersónicos, frente a menos de 500 millones de dólares en 2016. Pero el progreso ha sido lento, en parte debido a la cantidad insuficiente de túneles de viento capaces de simular condiciones hipersónicas y al lento ritmo de las pruebas de vuelo. Muchos programas sólo gestionan un par de pruebas de vuelo al año.
Esa es una de las razones por las que Hermeus puede estar en lo cierto al intentar construir primero drones que puedan usarse para probar componentes en vuelo. Otros también están persiguiendo la oportunidad. Stratolaunch, anteriormente financiado por el difunto multimillonario de Microsoft Paul Allen, está desarrollando un vehículo de prueba hipersónico autónomo propulsado por cohetes que será lanzado desde el aire desde su avión Roc, el avión más grande del mundo. Esta primavera, la Unidad de Innovación de Defensa adjudicó contratos a la empresa australiana Hypersonix y Fenix Space and Rocket Lab de California para desarrollar bancos de pruebas hipersónicos.
Piplica y sus cofundadores (CTO Glenn Case, COO Skyler Shuford y Chief Product Officer Mike Smayda) tienen experiencia en la industria espacial y trabajaron juntos en Generation Orbit, que estaba desarrollando un cohete líquido lanzado desde el aire para pruebas de vuelo hipersónico. Creen que pueden mantener bajos los costos imitando a las nuevas empresas espaciales en la construcción de una serie de aviones que resuelvan progresivamente los problemas del vuelo hipersónico.
Por ejemplo, Quarterhorse solo volará sobre Mach 3 durante unos minutos, por lo que Hermeus no tendrá que resolver los problemas de gestión del calor de un dron hipersónico de vuelo más prolongado, y mucho menos los necesarios para mantener con vida a los pasajeros. Quarterhorse probará el sistema de propulsión de respiración de aire, que está diseñado para ser relativamente asequible.
Tanto Quarterhorse como Darkhorse estarán propulsados desde el despegue por un motor de avión de combate estándar que impulsará la aeronave a cerca de Mach 3, lo suficientemente rápido como para encender un estatorreactor, que no tiene partes móviles y depende del movimiento hacia adelante para comprimir el aire necesario para quemar combustible de manera eficiente. Los estatorreactores han estado en desarrollo durante décadas y son una tecnología relativamente madura, dice Piplica.
El año pasado, la compañía demostró que el sistema de propulsión, llamado Chimera, podría hacer la transición a un estatorreactor en un túnel de viento de alta velocidad. Se planea que Darkhorse sea aproximadamente un 50% más largo que Quarterhorse y capaz de alcanzar un rango de Mach 5. Con los avances en el radar que amenazan con anular las propiedades de sigilo de los aviones estadounidenses como el caza F-35, Piplica argumenta que la velocidad de Darkhorse le dará a la Fuerza Aérea la capacidad de continuar operando en el espacio aéreo de adversarios como China que tienen defensas aéreas avanzadas.
Otras nuevas empresas de aviones de pasajeros hipersónicos pretenden ir incluso más rápido que Hermeus, con tecnología más exótica. Venus Aerospace, con sede en Houston, está trabajando para perfeccionar un motor de cohete de detonación giratorio , que planea impulsar un avión de 12 pasajeros que puede volar a Mach 9 en el borde del espacio. Los inversores, incluido el brazo de capital de riesgo de Airbus, le han dado 48 millones de dólares, según PitchBook.
La startup suiza Destinus está planeando un avión impulsado por hidrógeno diseñado para volar a Mach 15. Tiene US$ 39 millones en fondos, según PitchBook.
Costo de la velocidad
Cuanto mayor sea el número de Mach, más materiales exóticos se requerirán y mayores serán los costos de mantenimiento, dice Long-Davis de la NASA. También aumentan con la velocidad los costos de combustible y los posibles precios de los boletos, según un puñado de estudios que la NASA ha financiado en los últimos cuatro años sobre la economía del transporte aéreo de alta velocidad. Están llenos de suposiciones, pero los estudios sugieren que el mayor potencial de mercado es para aviones que navegan en el rango relativamente tranquilo de Mach 2 a Mach 3, con 20 a 30 pasajeros.
Según un estudio de SpaceWorks, un avión Mach 5 teórico para 20 pasajeros podría tener precios de boletos que superen los US$ 10.000. Piplica dice que el rango de velocidad para el que Chimera se optimizará, Mach 3 a 5, le da flexibilidad a Hermeus. Incluso si Mach 1 a 2 tiene más potencial para el servicio de pasajeros, Piplica argumenta que las nuevas empresas de aviones supersónicos enfrentan la desventaja de tener menos atractivo para los militares y no tienen perspectivas de vender productos intermedios para financiar su camino hacia el objetivo final, como espera hacer Hermeus con sus planeados drones.
Pero el Pentágono es famoso por experimentar con nuevas tecnologías y luego cambiar de dirección. Después del fuerte aumento en el gasto en el desarrollo de armas hipersónicas en la Administración Trump, los críticos se preguntan si valdrán la pena. Podrían ser un tercio más caros que los misiles balísticos del mismo alcance y menos resistentes, concluyó la Oficina de Presupuesto del Congreso en un informe de enero .
Está resultando bastante difícil construir un vehículo hipersónico maniobrable en una misión unidireccional para explotar, por lo que hablar de transporte hipersónico en este punto es una "historia de Ray Bradbury", dice Richard Aboulafia de AeroDynamic Advisory, refiriéndose al autor de ciencia ficción. “La idea de que una pequeña startup pueda mover la aguja en un camino de un siglo es un poco extraña”.
Maddalena dice que es bueno que nuevas empresas como Hermeus estén atrayendo la atención y el capital con diseños de aviones emocionantes, pero lejos del centro de atención, otras empresas y académicos están trabajando en silencio en componentes básicos que permitirán el vuelo hipersónico. “No es que el éxito de nuestro programa hipersónico dependa exclusivamente de unas pocas startups”.
*Nota publicada originalmente en Forbes EE.UU.