Una detonaci\u00f3n interminable podr\u00eda ser la clave para el vuelo hipers\u00f3nico y los aviones espaciales que pueden volar sin problemas desde la Tierra a la \u00f3rbita. Y ahora, los investigadores han recreado el fen\u00f3meno explosivo en el laboratorio que podr\u00eda hacerlo posible.<\/p>\n\n\n\n
Las detonaciones son un tipo de explosi\u00f3n particularmente poderosa que se mueve hacia afuera m\u00e1s r\u00e1pido que la velocidad del sonido. La explosi\u00f3n masiva que sacudi\u00f3 el puerto de Beirut en el L\u00edbano en agosto pasado fue una detonaci\u00f3n, y la destrucci\u00f3n generalizada que caus\u00f3 demuestra las enormes cantidades de energ\u00eda que pueden producir.<\/p>\n\n\n\n
Los cient\u00edficos han so\u00f1ado durante mucho tiempo con construir motores de aviones que puedan aprovechar esta energ\u00eda; te\u00f3ricamente, esta nave podr\u00eda volar de Nueva York a Londres en menos de una hora. Pero las detonaciones son incre\u00edblemente dif\u00edciles de controlar y, por lo general, duran menos de un microsegundo, por lo que nadie ha podido hacerlas realidad. Ahora, un equipo de la Universidad de Florida Central ha creado una configuraci\u00f3n experimental que les permite mantener una detonaci\u00f3n en una posici\u00f3n fija durante varios segundos, lo que, seg\u00fan los investigadores, es un paso importante hacia los futuros sistemas de propulsi\u00f3n hipers\u00f3nica.<\/p>\n\n\n\n
“Lo que estamos tratando de hacer aqu\u00ed es controlar esa detonaci\u00f3n”, dijo Kareem Ahmed, profesor asociado de ingenier\u00eda mec\u00e1nica y aeroespacial en la Universidad de Florida Central, y autor principal de un nuevo art\u00edculo sobre la investigaci\u00f3n publicado el lunes 10 de mayo en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.<\/p>\n\n\n\n
“Queremos congelarlo en el espacio y aprovechar esa energ\u00eda. En lugar de que destruya edificios, como vieron en el L\u00edbano, ahora quiero usarlo y producir empuje con \u00e9l”, dijo Ahmed a Live Science.<\/p>\n\n\n\n
“Si podemos hacer eso, podemos viajar s\u00faper r\u00e1pido”.<\/p>\n\n\n\n
El avance se bas\u00f3 en d\u00e9cadas de investigaci\u00f3n en un sistema de propulsi\u00f3n te\u00f3rico llamado motor de onda de detonaci\u00f3n oblicua (ODWE). El concepto funciona canalizando una mezcla de aire y combustible a velocidades hipers\u00f3nicas (m\u00e1s de cinco veces la velocidad del sonido) hacia una rampa, lo que crea una onda de choque. Esta onda de choque calienta r\u00e1pidamente la mezcla de aire y combustible y hace que detone, expulsando los gases de escape de la parte trasera del motor a alta velocidad. \u00bfEl resultado? Mucho empuje.<\/p>\n\n\n\n
Cuando una mezcla de aire y combustible detona de esta manera, la combusti\u00f3n resultante es extra eficiente ya que se quema cerca del 100% del combustible. La detonaci\u00f3n tambi\u00e9n genera mucha presi\u00f3n, lo que significa que el motor puede generar mucho m\u00e1s empuje que otros enfoques. En teor\u00eda, esta detonaci\u00f3n deber\u00eda ser capaz de propulsar una aeronave a hasta 17 veces la velocidad del sonido, dicen los investigadores, lo que podr\u00eda ser lo suficientemente r\u00e1pido como para que la nave espacial simplemente vuele fuera de la atm\u00f3sfera, en lugar de tener que levantar un cohete.<\/p>\n\n\n\n
El desaf\u00edo es mantener la detonaci\u00f3n durante el tiempo suficiente para impulsar dicho vuelo, y las demostraciones experimentales anteriores han alcanzado un m\u00e1ximo de unos pocos milisegundos. La principal dificultad, dijo Ahmed, radica en evitar que la detonaci\u00f3n viaje r\u00edo arriba hacia la fuente de combustible, donde puede causar da\u00f1os graves, o m\u00e1s adelante, donde desaparecer\u00e1.<\/p>\n\n\n\n
“Siempre ha existido la pregunta de: “Bueno, si la mantienes durante un milisegundo m\u00e1s o menos, \u00bfla mantienes temporalmente?”, dijo Ahmed.” No sabes si te has estabilizado o no”.<\/p>\n\n\n\n
Para ver si pod\u00edan mejorar el r\u00e9cord anterior, Ahmed y sus colegas construyeron una serie de c\u00e1maras de aproximadamente 0,76 metros que mezcla y calienta aire y gas hidr\u00f3geno antes de acelerarlo a velocidades hipers\u00f3nicas y dispararlo en una rampa. Al equilibrar cuidadosamente las proporciones de la mezcla de aire y combustible, la velocidad del flujo de gas y el \u00e1ngulo de la rampa, pudieron generar una detonaci\u00f3n que permaneci\u00f3 fija en su posici\u00f3n durante unos 3 segundos. Eso es lo suficientemente largo para confirmar que la detonaci\u00f3n se estabiliz\u00f3 en una posici\u00f3n fija y no viajaba hacia arriba o hacia abajo, dijo Ahmed, que es un primer paso importante hacia la realizaci\u00f3n de un ODWE de la vida real.<\/p>\n\n\n\n
Frank Lu, profesor de ingenier\u00eda mec\u00e1nica y aeroespacial de la Universidad de Texas en Arlington que se especializa en motores basados \u200b\u200ben detonaciones, dijo que demostrar una detonaci\u00f3n estable es un logro significativo. Para desarrollar un motor pr\u00e1ctico, los investigadores ahora tendr\u00e1n que averiguar c\u00f3mo operar en un rango de velocidades y altitudes y lidiar con las inestabilidades de combusti\u00f3n causadas por cosas como la mezcla desigual del combustible y el aire.<\/p>\n\n\n\n
“Creo que los investigadores han hecho un excelente trabajo y espero m\u00e1s resultados”, dijo Lu a Live Science.<\/p>\n\n\n\n
Los investigadores solo realizaron su experimento durante unos segundos principalmente porque la intensidad de la detonaci\u00f3n erosiona r\u00e1pidamente los lados de vidrio de la c\u00e1mara de prueba, explic\u00f3 Ahmed. Tuvieron que usar vidrio en sus pruebas iniciales para poder hacer mediciones \u00f3pticas de la detonaci\u00f3n, pero si fueran a reemplazarlos con lados de metal, deber\u00edan poder ejecutar la detonaci\u00f3n por mucho m\u00e1s tiempo, dijo.<\/p>\n\n\n\n
Y, de manera prometedora, Ahmed dijo que la estructura del aparato de prueba no es tan diferente del dise\u00f1o de un ODWE a gran escala. El principal desaf\u00edo para los investigadores ahora es averiguar c\u00f3mo pueden alterar los tres ingredientes clave de la mezcla de combustible, la velocidad del aire y el \u00e1ngulo de la rampa mientras mantienen la estabilidad de la detonaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
“Ahora, hemos demostrado que es factible, es m\u00e1s un problema de ingenier\u00eda explorar c\u00f3mo sostenerlo en un dominio operativo m\u00e1s grande”, dijo Ahmed.<\/p>\n\n\n\n