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PROPULSION A HIDROGENO Por Graham Warwick

El concepto de la propulsión híbrida ofrece gran autonomía de vuelo y promete bajos costos operativos.

espués de un vuelo inicial con una duración de una hora y propulsión a batería, la aeronave no tripulada Global Observer de AeroVironment, comenzó un programa de evaluación que culminará en un vuelo de una semana en la estratosfera, propulsado con hidrógeno líquido. Este vuelo marca un enfoque novedoso para la vigilancia y constituye un acontecimiento clave para una empresa que

domina el mercado de los UAV pequeños, lanzados manualmente. El Global Observer (GO) vuela desde la Base Edwards de la Fuerza Aérea, California, donde se someterá a una estimación operativa, conforme a un concepto de demostración tecnológica con el patrocinio de diversas agencias norteamericanas y liderada por el Comando de Operaciones Especiales. El GO-1 inicial está

En su primer vuelo del 5 de agosto, el Global Observer despega de la pista de la Base Edwards de la Fuerza Aérea, impulsado con una batería con una duración de una hora. La aeronave casi alcanzó una altura de 4.000 pies.

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diseñado para mantenerse en vuelo durante siete días, hasta 65.000 pies, llevando una carga de 400 libras. En su primer vuelo del 5 de agosto, la aeronave alcanzó casi 4.000 pies y realizó una serie de maniobras, incluyendo ascensos y giros. Después de los vuelos propulsados con batería para expandir los límites estructurales, el Global Observer comenzará a utilizar hidrógeno como combustible.

de 600 millas de diámetro desde una posición ventajosa de la estratósfera con una plataforma persistente y costos accesibles, se traduce en una mayor cobertura con menos dólares, agregó Conver.

Las plataformas no tripuladas que orbitan en la estratosfera durante largos períodos, le permitirían a los operadores combinar las capacidades de los satélites con la flexibilidad de las aeronaves. Sin embargo, la autonomía medida no en horas sino en días, requiere un enfoque diferente en cuanto al diseño y la propulsión.

Si se lo compara con una aeronave convencional, el GO requiere menos despegues y aterrizajes, con la consiguiente reducción de costos y si se lo compara con los satélites, será más fácil de reposicionar el GO, mejorar la tecnología y cambiar las cargas útiles. La empresa calcula que el sistema GO requiere hasta dos veces menos aeronaves, y ocho veces menos despegues y aterrizajes, para mantener una cobertura anual en comparación con los UAV convencionales.

Después de experimentar con la energía solar, AeroVironment seleccionó la propulsión con hidrógeno como la solución más práctica para los UAV con gran autonomía y que se desplazan a gran altura. Dichas aeronaves se pueden lanzar con un preaviso breve para mantener una presencia constante a un bajo costo con el objetivo de lograr una vigilancia persistente, transmisión de comunicaciones, seguridad de las fronteras, obtención de datos a distancia y otras misiones.

AeroVironment es muy conocida por sus pequeñas aeronaves no tripuladas, en particular el RQ-11 Raven, de los cuales se han fabricado miles de unidades. El Raven, que opera a batería y se lanza manualmente, pesa 4,2 libras y vuela durante 90 minutos. El Wasp es incluso más pequeño y la empresa también está desarrollando el Switchblade, un UAV letal que se lanza a través de tubos y el Shrike, un micro UAV de despegue y aterrizaje vertical, del tipo de ubicarse y observar.

De la misma manera en que las aeronaves abrieron la atmósfera más baja para el uso práctico y los satélites lo hicieron para el espacio, pensamos que la estratósfera se puede abrir al uso práctico mediante el Global Observer, sostuvo Tim Conver, Presidente del Directorio y Ejecutivo Principal. El hecho de cubrir un área

El Global Observer es un regreso a los orígenes de AeroVironment en el diseño de aeronaves grandes y livianas. La empresa fue fundada por Paul MacCready, cuyo Gossamer Conder realizó el primer vuelo sustentado, controlado y con propulsión humana en el año 1977. Ello llevó al desarrollo de la aeronave con

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Propulsión a hidrógeno propulsión solar; el Solar Challenger que cruzó el Canal de La Mancha en el año 1981. Como parte del programa de Tecnología de Sensores y Aeronaves para Investigación Ambiental (Erast = Environmental Research Aircraft and Sensor Technology) de la NASA, posteriormente AeroVironment desarrolló una serie de aeronaves no tripuladas, con propulsión solar y que vuelan a gran altura. En el año 1977 el Pathfinder con una envergadura de 100 pies alcanzó 71.500 pies de altura y en el 2001 el Pathfinder-Plus de 120 pies excedió los 80.000 pies y el Helios de 247 pies alcanzó 96.860 pies. Todas estas aeronaves volaban con sus alas recubiertas con pilas fotovoltaicas.

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Al finalizar el programa Erast, nos dimos cuenta que la energía solar no iba a ser suficiente para respaldar las operaciones constantes más allá de los trópicos en el invierno local, durante varios años, sostuvo Kirk Flittie, gerente de programas del Global Observer. Teniendo en cuenta que la mayoría de las áreas de interés se encuentran más allá de los trópicos, en el año 2000 decidimos que se debería reemplazar la energía solar para permitir las operaciones de gran autonomía, involucrando mayormente el hidrógeno líquido. Mientras tanto, el PathfinderPlus demostró la transmisión de comunicaciones por celular y de televisión de alta definición desde la estratosfera, convalidando así el

Después de construir una serie de grandes UAV para la NASA, AeroVironment comenzó a construir aeronaves con una disposición convencional.

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concepto del uso de UAV que se desplazan a gran altura para las comunicaciones persistentes. El diseño inicial del Global Observer se desarrolló en el año 2004 con una disposición convencional con fuselaje, cola y ala montada en lo alto. El requerimiento era maximizar la autonomía a 55.000/65.000 pies, suministrando 2,8 kilowatt/horas de energía a una carga de 380 libras. Se escogió el hidrógeno ya que su energía específica es tres veces superior a la del combustible convencional. Esto presentaba una serie de inconvenientes en cuanto al diseño. El almacenaje de hidrógeno líquido sin tanques pesados representa un desafío significativo. AeroVironment desarrolló una tecnología de contención exclusiva para permitir unidades de almacenamiento que son significativamente más livianos que las soluciones convencionales, señaló Flittie. El Global Observer está impulsado por un motor con combustión interna, modificado para quemar

el hidrógeno. Este impulsa un generador que produce electricidad para activar las cuatro hélices y cargar las baterías. La constante combustión interna en la estratósfera, donde el contenido del oxígeno es aproximadamente 1/16 del nivel del mar, representa un desafío que se solucionó mediante una exclusiva solución de compresión, agregó Flittie. Si se lo compara con la alternativa de quemar el hidrógeno en los motores de combustión interna que impulsan directamente las hélices, la empresa sostiene que la red de energía totalmente eléctrica del generador, motores y baterías brinda ventajas en cuanto a la flexibilidad, confianza y redundancia. La división Sistemas de Energía Eficiente (EES = Efficient Energy Systems ) de AeroVironment desarrolló el motor de arranque/ generador, que produce aproximadamente 60 kw de electricidad, de los cuales 2,8 kw están disponibles para la carga útil. El GO es posible, en parte, por las exclusivas capacidades dentro

El Global Observer quemará hidrógeno en un motor de combustión Interna que generará electricidad para impulsar los motores que activan las cuatro hélices.

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Propulsión a hidrógeno de la división EES que permiten esta solución. Sin dichas capacidades, sería muy difícil desarrollar y demostrar el GO con éxito, sostuvo Covner . La empresa no quiso brindar detalles sobre el contenido de hidrógeno, solución para la compresión o sistema de energía. Para demostrar que el hidrógeno líquido se podría utilizar con seguridad y eficiencia, en el año 2005 AeroVironment voló un prototipo en subescala. El GO-0, con una envergadura de alas de 50 pies y 175 libras, se impulsó con una batería electroquímica con hidrógeno y se desplazó a baja altura. Si bien para el GO-1 la empresa recurrió a la combustión interna, la empresa cree que, teniendo en cuenta que aumenta la confiabilidad y disminuyen los costos, las baterías electroquímicas podrían ser una fuente factible de energía en el futuro. Si bien el ala tiene una envergadura de 175 pies, el GO-1 pesa menos de 10.000 libras. Para la construcción del fuselaje con materiales compuestos, la empresa se basó en su experiencia con los UAV livianos y que funcionan con energía solar. Al trabajar con nuestros proveedores, desarrollamos nuestro propio proceso para fabricar las alas de material compuesto con una reducida cantidad de capas, señaló Flittie. El fuselaje también es modular para que el Global Observer se pueda transportar en un avión de carga. El Global Observer está diseñado para orbitar sobre un blanco durante largos períodos. El lanzamiento, ascenso, descenso y aterrizaje se controlarían a distancia, en tanto el

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sobrevuelo se haría mediante el piloto automático siguiendo los puntos de referencia del GPS designados previamente, sostuvo Flittie. Un piloto humano estaría disponible en todo momento, incluso en la modalidad de piloto automático. Conforme al JCTD se están construyendo tres GO-1. Los vuelos iniciales utilizarán la energía de las baterías para convalidar el manejo y desempeño de la aeronave. Los vuelos para evaluar las cargas útiles utilizarán hidrógeno. Se espera que la segunda aeronave vuele a fin de año y que opere junto a la primera para demostrar una cobertura persistente. La tercera aeronave opera como apoyo. Las cargas útiles incluyen un equipo para transmisión de comunicaciones y un paquete para observación remota. Una vez que se complete el JCTD, los vehículos aéreos y los equipos terrestres estarán disponibles para las evaluaciones operativas adicionales y misiones de apoyo. Los patrocinantes del JCTD aún deben determinar de qué manera el Global Observer hará la transición hacia el desarrollo y operación, así como también los usos potenciales del hardware residual. Mientras tanto, AeroVironment planea comenzar la producción del Global Observer. Conver sostuvo que para la fabricación de los sistemas iniciales se estableció una cadena de suministros y una infraestructura para la producción inicial de un máximo de cinco aeronaves por año. Se desarrollaron las pautas para la producción en mayor escala y planeamos empezar con dicha etapa cuando la demanda

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supere nuestra capacidad existente, finalizó Conver. Se ha propuesto un GO-2 más grande, una aeronave con una envergadura de 250 pies en condiciones de transportar una carga útil de 1.000 libras, pero la empresa sostuvo que su objetivo principal es la configuración actual. Si bien el Global Observer parece muy distinto a las pequeñas aeronaves no tripuladas, Conver sostuvo que hay tecnologías y clientes

en común. Con el crecimiento de los negocios de los UAV pequeños, la empresa desarrolló un programa paralelo al Global Observer con su propio diseño, desarrollo, integración, producción y capacidades de apoyo. El resultado es que estamos listos para la transición de la producción de los GO, finalizó.

DE “AVIATION WEEK & SPACE TECHNOLOGY”, AUG 16, 2010

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