Científicos chinos logran simular vuelo a Mach 8 con un motor de detonación oblicua que usa queroseno RP-3, marcando un avance en propulsión hipersónica.
Avance chino en motores hipersónicos con combustible convencional
Un equipo de investigadores de la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento (CALT) y la Universidad Politécnica del Noroeste logró un hito en la propulsión hipersónica al realizar una prueba exitosa de un motor de detonación oblicua (ODE) que utiliza RP-3, un queroseno de aviación similar al JP-8 empleado por el ejército estadounidense. La prueba, publicada en mayo de 2025 en la Journal of Aerospace Power, simuló un vuelo a Mach 8 (aproximadamente 9.800 km/h) a una altitud de 30 km durante 2,2 segundos. Este avance destaca por emplear un combustible convencional, superando limitaciones previas asociadas a combustibles como hidrógeno o etileno, que presentan desafíos de almacenamiento y manejo.
El motor de detonación oblicua aprovecha ondas de choque para desencadenar explosiones controladas que generan empuje en flujos supersónicos. A diferencia de los estatorreactores de combustión supersónica (scramCazas), que requieren cámaras de combustión voluminosas y enfrentan riesgos de apagado a altas velocidades, el ODE ofrece una combustión hasta 1.000 veces más rápida. Esto permite operar en un rango de velocidades de Mach 6 a Mach 16, alcanzando potencialmente los 19.756 km/h. La prueba demostró una detonación estable, con sensores que registraron un pico de presión de 272 kilopascales, más de diez veces superior a la presión inicial, confirmando la viabilidad del sistema para aplicaciones prácticas.
El experimento se llevó a cabo en un túnel de choque hipersónico, donde se inyectó RP-3 mediante un inyector central con orificios de 0,3 mm de diámetro en un flujo de aire supersónico. La estabilidad de la combustión se mantuvo durante el breve periodo de prueba, destacando la capacidad del ODE para superar el problema del retardo de ignición prolongado del queroseno, un obstáculo histórico en la propulsión hipersónica. Los investigadores utilizaron una técnica de precompresión del combustible a temperaturas extremas, alcanzando hasta 3.527 °C, junto con un diseño que incorpora un pequeño resalte en la pared del combustor para inducir detonaciones autosostenidas.
El concepto del ODE no es nuevo. En 1958, investigadores de la Universidad de Michigan, bajo un contrato de la Fuerza Aérea de EE. UU., propusieron este sistema como una solución para la propulsión hipersónica. En la década de 1970, la NASA exploró su potencial para velocidades de Mach 6 a Mach 16, pero abandonó el proyecto debido a dificultades para estabilizar las ondas de detonación y gestionar las condiciones extremas de temperatura y presión. En contraste, el reciente avance chino revive esta tecnología, demostrando un progreso significativo en la estabilización de las detonaciones y el uso de combustibles convencionales.
Datos clave sobre el motor de detonación oblicua
- Combustible: Queroseno de aviación RP-3, similar al JP-8, con alta densidad energética.
- Velocidad operativa: Rango de Mach 6 a Mach 16 (7.350 a 19.756 km/h).
- Duración de la prueba: 2,2 segundos a Mach 8, con detonación estable.
- Eficiencia: Combustión 1.000 veces más rápida que en scramCazas tradicionales.
- Presión de detonación: Pico de 272 kilopascales, diez veces superior a la inicial.
- Innovación: Resalte de 5 mm en el combustor para inducir detonaciones autosostenidas.
Implicaciones tecnológicas y desafíos pendientes
La prueba china marca un paso adelante en la carrera global por la supremacía hipersónica. A diferencia de los combustibles tradicionales como el hidrógeno, que requieren almacenamiento criogénico complejo, el RP-3 es ampliamente disponible y fácil de transportar, lo que reduce costos operativos. La reducción del 85% en la longitud del combustor respecto a los scramCazas tradicionales disminuye el peso de las aeronaves, aumentando su rango de vuelo. Estas características posicionan al ODE como una opción viable para aplicaciones militares, como misiles hipersónicos, drones de largo alcance y bombarderos, así como para usos civiles, como aviones comerciales capaces de reducir vuelos transcontinentales a menos de una hora.
En 2021, investigadores de la Universidad de Florida Central lograron estabilizar una onda de detonación oblicua en su High-Enthalpy Hypersonic Reacting Facility, alcanzando velocidades potenciales de hasta Mach 17. Sin embargo, los programas estadounidenses han enfrentado dificultades para mantener detonaciones estables durante periodos prolongados y gestionar el calor extremo generado a estas velocidades. Por su parte, los avances chinos sugieren un enfoque más intensivo, con pruebas realizadas a una frecuencia significativamente mayor.
A pesar del éxito, los investigadores chinos reconocen desafíos pendientes. La optimización de la eficiencia de vuelo real requiere un mayor entendimiento de los subproductos de la combustión del RP-3 y ajustes en la configuración del combustor, como la forma y disposición de los resaltes. Además, la gestión del calor generado por las velocidades hipersónicas sigue siendo un obstáculo crítico, ya que las temperaturas extremas pueden comprometer la integridad estructural de las aeronaves.
En mayo de 2025, Estados Unidos realizó una prueba exitosa de un avión hipersónico reutilizable propulsado por cohetes, un proyecto conjunto entre Stratolaunch y Ursa Major. Este vuelo marcó el primer avance significativo en este tipo de tecnología desde el programa X-15 de 1968. Aunque el enfoque estadounidense se centra en sistemas reutilizables, la frecuencia de pruebas chinas, reportada como diez veces superior, subraya una brecha en el ritmo de desarrollo.
Contexto global de la carrera hipersónica
La propulsión hipersónica ha sido un objetivo estratégico para potencias como China, Estados Unidos y Rusia. En 2023, China probó con éxito un motor de detonación rotativa (RDE) en un dron, demostrando avances en tecnologías de detonación. Rusia, por su parte, ha implementado misiles hipersónicos como el Zircon, capaces de alcanzar Mach 8-9, con trayectorias diseñadas para evadir defensas antimisiles. Estos desarrollos reflejan una competencia tecnológica que busca no solo ventajas militares, sino también aplicaciones civiles, como viajes intercontinentales en tiempos récord.
Los experimentos chinos en el túnel de choque JF-12 en Beijing, uno de los más avanzados del mundo, han permitido simular condiciones de vuelo a altitudes superiores a 40 km. En pruebas previas, realizadas en 2022, un equipo liderado por Liu Yunfeng del Instituto de Mecánica de la Academia China de Ciencias logró detonar RP-3 en un ODE, marcando un precedente para los ensayos de 2025. Estos esfuerzos han superado las limitaciones de los combustibles de ignición rápida, como el hidrógeno, que dominaron la investigación hipersónica durante décadas.
El diseño del ODE chino incorpora innovaciones como estruturas en forma de ala para mejorar la dispersión del combustible y una precompresión extrema del RP-3 para reducir el tiempo de ignición. Estas adaptaciones han permitido que el motor alcance un rendimiento superior, con una conversión de energía química a cinética cercana al 80%, frente al 20-30% de los motores turbofan tradicionales. Los datos obtenidos en las pruebas de 2025 confirman que el ODE puede generar un empuje significativo incluso en condiciones extremas, un factor clave para su futura implementación.
La carrera por la tecnología hipersónica continúa intensificándose, con avances que prometen transformar tanto la aviación militar como la comercial. Los logros chinos en el uso de queroseno de aviación para propulsión hipersónica representan un paso crucial hacia sistemas más accesibles y eficientes, aunque la plena operatividad de estas tecnologías aún requiere superar importantes desafíos técnicos.