lunes, 9 de noviembre de 2015

El despegue eléctrico y los misioneros aviadores

En este Blog ya hemos hablado muchas veces de los aviones eléctricos y de como la electricidad podría ser utilizada en aviación. Hoy vamos a discutir una de las ideas que hace tiempo se viene teniendo en cuenta para abaratar los costes de operación. Se trata del despegue asistido por electricidad o Electric Takeoff. 

Suena raro (...y en realidad es muy raro), pero técnicamente posible. La idea en realidad no es excesivamente complicada. Se trata de un cabrestante (Winch en inglés) que se encargaría de proporcionar corriente electrica a un avión sin piloto (Unmanned aircraft o pilotado de forma remota), el cual daría vueltas alrededor de un "hub" o punto de anclaje. Dicho avión (¿Podría ser un dron?) se encargaría de remolcar a un avión convencional hasta una cierta altura. Una vez allí se soltaría al avión para que continuara su vuelo. Las ventajas de no gastar combustible y horas de servicio de motores son claras, Lo que ya no está tan claro es la viabilidad general del sistema. Debajo se puede ver un diagrama con la propuesta.




El despegue eléctrico es una combinación de avión no tripulado dando vueltas en circulo alrededor de un hub a una altura de unso 10km. Dicho avión o drone estaría unido por un cable. Un sistema de enganche con unas poleas se encargaría de arrastrar y elevar a un avión comercial hasta una altura de crucero para luego liberarlo.

Los técnicos que están involucrados en este proyecto (John Carpinelli es el que ha hecho el estudio teórico) piensan que la electricidad en la aviación es el futuro del "Transporte Aéreo Limpio". En 2011, en el discurso de el Estado de la Unión, el presidente Obama se refirió al desarrollo de tecnologías energéticas y de transporte limpias como si fuera el "proyecto Apolo" de nuestra era. Sin embargo, el discurso de Obama no mencionó nada sobre la aviación. Según los impulsores de este proyecto, la aviación comercial eléctrica puede reemplazar eficazmente el actual sistema de transporte a base de quemar combustibles fósiles. La electricidad es limpia y según ellos más barata, además todo esto se puede lograr con la tecnología existente. No se requieren baterías avanzadas para construir este sistema. 

En 2008, la NASA financió varios equipos para una especie de competición en la que se pedía diseñar aviones que fueran un 70 por ciento más económicos y con una reducción de 71 decibelios por debajo de los estándares actuales de ruido (estándares de la FAA). Estos equipos fueron dirigidos por la compañía General Electric, el MIT, Northrop Grumman y Boeing. El equipo de Boeing diseñó un avión eléctrico híbrido que reunía los requisitos propuestos. El informe final concluyó que la tecnología a base de motor híbrido eléctrico "es la clara ganadora, ya que potencialmente puede mejorar el rendimiento en relación con todos los objetivos propuestos por la NASA." Desgraciadamente, aunque ya se ha avanzado mucho en este campo, la principal limitación del avión eléctrico sigue siendo el peso y el coste de las baterías. El avión eléctrico actual tiene muy bajas capacidad de transportar carga y adolece de velocidades bajas debido a la  capacidad muy limitada de la batería. 

¿Es posible mantener un avión dando vueltas alrededor de un punto fijo?

En la década de los 50, el piloto Nate Saint (piloto Cristiano evangelizador y misionero) fue pionero en el uso de los vuelos circulares para la recuperación de cargas útiles desde el suelo.

File:Nate Saint.JPG
Elliot aprendió varias frases en el idioma de los huaorani gracias a Dayuma, una joven huaorani que abandonó su tribu y se hizo amiga de Rachel Saint, misionera y hermana de Nate Saint. Los misioneros esperaban que, mediante el intercambio regular de regalos por medio de la avioneta y la comunicación en su lengua, pudieran ganarse paulatinamente su amistad.
Nate utilizó una avioneta en la que con cable se bajaba una especie de contenedor o cubo desde la aeronave a tierra. La avioneta se mantenía estacionaria volando en círculos mientras los que estaban debajo metían cosas dentro del cubo. Se arrollaba del cable con un pequeño motor y una vez izado el cubo con la carga útil, el avión volvería a vuelo recto. En Internet se pueden ver algunos pilotos demostrado esta técnica.



La técnica que utilizaron, los evangelizadores, desarrollada por Nate Saint, consistía en volar cerca del lugar de entrega en pequeños círculos concéntricos mientras se acercaba el regalo desde el avión a tierra por medio de una soga. Esto, en buena medida, mantenía al bulto en la misma posición a medida que se acercaba al suelo. El 6 de octubre de 1955 Saint hizo la primera entrega, soltando una pequeña olla que contenía botones y sal de roca. La entrega de regalos continuó durante las siguientes semanas, durante las cuales los misioneros entregaron machetes, lazos, ropa, vasijas y varios dijes.

Tras varias visitas al pueblo huaorani, que los misioneros llamaron «Terminal City», se dieron cuenta que los huaorani parecían estar emocionados por recibir sus regalos. Animados, empezaron a usar un altavoz para gritar pequeñas frases en huaorani mientras volaban en círculos. Después de algunas entregas más, en noviembre los huaorani empezaron a atar regalos para los misioneros en la soga tras retirar los que recibían. Los misioneros consideraron este un gesto de amistad y elaboraron planes para conocer a los huaorani en tierra. Saint pronto localizó una barra de 180 metros a través del río Curaray, a aproximadamente 7 kilómetros de «Terminal City», que podía servirles como pista de despegue y aterrizaje así como de campamento, a la que llamó «Palm Beach».

...pero volvamos con el despegue eléctrico

Un sistema de despegue eléctrico puede ser construido con el mismo principio para cargas útiles mucho mayores, como por ejemplo un avión comercial de tipo medio. Unos aviones eléctricos preparados para el remolque darían vueltas alrededor de un punto cercano a un aeropuerto con una rotación cada dos minutos. El avión comercial convencional se acercaría al punto de amarre y se conectaría a un cable usando un arnés de tres puntos. Un potente torno situado en el "hub" tiraría del cable o cabrestante. El cable usaría el sistema de poleas que lleva el avión/drone nodriza. El avión comercial sería inmediatamente remolca do a la altitud adecuada con una aceleración similar a la de un ascensor eléctrico. El despegue sería silencioso y suave para los pasajeros y respetuoso con el medio ambiente.

En la parte superior del cable del cabrestante, el avión comercial adquiría la velocidad del avión nodriza y con una altitud de unos 30.000 pies o más ya estaría en disposición de ser liberado de forma automática en la dirección que marque el plan de vuelo. Existen planes también para aplicar esta técnica a vuelos suborbitales.

La "pela", que es lo que importa

Cualquier nuevo sistema de transporte debe ser evaluado en términos económicos y de seguridad. Un modelo económico sencillo demuestra que un hipotético sistema de toma de energía  eléctrica sería más barato de operar que el transporte aéreo convencional o el uso de camiones de transporte por carretera. Los precios de la energía eléctrica son generalmente más bajos y más estable que los precios del petróleo. Para una aeronave típica, el despegue eléctrico y el ascenso sería llevado a cabo en menos de tres minutos, en comparación con los quince minutos que normalmente lleva un despegue convencional.

Un Boeing 737 consume alrededor de 2.300 kg de queroseno en un despegue normal y un ascenso a altitud de crucero. Una compañía aérea puede pagar el kg de combustible a unos 0,6 Euros/kg, con lo que el coste de la operación (solo en combustible) sería cerca de 1400 Euros. En comparación un despegue eléctrico podría ser (a los precios de hoy) unos 500 Euros. Se espera que los precios del combustible acaben subiendo y existe una fuerte presión por parte de las líneas aéreas para poner en práctica cualquier tecnología segura que pueda reducir el consumo de combustible y abaratar costes de operación. La industria de aeronáutica mundial gasta aproximadamente 200 millones de dólares en combustible de aviación. Una fracción significativa del gasto de combustible se produce durante el taxi, el despegue y el ascenso. Estas son las fases menos eficientes de cualquier vuelo. 

Si se reconvirtieran las aeronaves para poder efectuar despegue asistido electricamente, se ahorraría una gran parte de este en combustible, eso sin contar con la reducción de emisiones de CO2. Además de los aviones de pasajeros, con este sistema los aviones de carga se acabarían haciendo con la cuota de mercado de la industria del transporte gracias a los menores costos de combustible. Se estima que la industria del transporte contribuye en un 5% al PIB de Estados Unidos. El desarrollo de las operaciones con despegue eléctrico podría revolucionar la forma del transporte de mercancías en los Estados Unidos.

El despegue es la fase más costosa y una de las más peligrosas de cualquier vuelo. Un fallo de motor en el primer minuto de vuelo da a los pilotos poco tiempo para responder. El despegue eléctrico tiene el potencial de ser más seguro que el despegue convencional, ya que utiliza motores eléctricos fiables y varios aviones/drones de remolque. En caso de un fallo de alimentación, los aviones de remolque eléctricos podrían aterrizar en el aeropuerto bajo demanda de la energía provista por sus baterías internas. El cable del cabrestante podría estar equipado con paracaídas para ser desplegados en caso de rotura. Los residentes que viven cerca de los aeropuertos estarían encantados de tener un sistema eléctrico en el aeropuerto, ya que eliminará totalmente el ruido de los despegues. Los aviones de remolque que vuelan a gran altura no son audibles desde el suelo.

En resumen el sistema eléctrica tiene el potencial de ser seguro, económica y de poder capturar una gran parte del mercado aeronáutico. El centro del sistema se construiría junto a pistas de aeropuertos existentes. La capacidad total del aeropuerto se incrementaría ya que los despegues no requerirían el uso de la pista de aterrizaje. Se utilizaría solo para los aterrizajes.

Pruebas con cables para un despegue eléctrico en un aeropuerto de norteamericano. 

NOTA (triste): El piloto misionero Nate Saint, que fue pionero en esta técnica de volar en círculo, junto con los demás misioneros que le acompañaban fueron muertos por indígenas huaorani de la selva del Ecuador al tratar de evangelizarlos... Se puede leer la historia aquí: Operación Auca. Existe también una película: El final del espíritu o End of the Spear (http://www.imdb.com/title/tt0399862/) Se puede encontrar también en Internet.

El final del espíritu (2005) Poster

5 comentarios:

  1. Manolo:

    Un par de preguntas para dejar (sólo de momento, I'll be back) la aviación militar y la historia...

    1.- Es muy interesante lo que cuentas, y sólo cabe esperar que no pase como con otros intentos que no han acabado de funcionar, pero tengo una duda que también se da respecto de los coches eléctricos, al menos desde el punto de vista ambiental (que no de su rendimiento mecanico)¿de donde proviene la energía eléctrica que alimenta los motores y recarga las baterías? Lo he leído respecto de los coches eléctricos, incluidos los de pila de hidrógeno, son muy limpios, pero ¿que impacto ambiental ha tenido la generación de la electricidad con la que se recargan o con la que han construido sus componentes?
    2. Y guardando relación con lo que cuentas, ¿que ha sido de los motores eléctricos instalados en los trenes de aterrizaje para la rodadura sin motor? Lo vi hace algún tiempo y no he vuelto aa tener noticias.¿como ha quedado la cosa?

    Y bueno, no he tardado en volver a lo militar, pues hay una coda que añade aun más tristeza al dramático final de los misioneros: como seguramente recordarás su inventó fue adaptado a los cañoneros AC-47de la USAF en Vietnam, sólo que sustituyendo el cubo de los regalos por un cono de fuego concentrado de Miniguns de 7,62 mm...
    Un saludo.
    Pablo.

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    1. Hola Pablo, muchas gracias por tu comentario. Efectivamente existe una gran controversia entre los que defienden las nuevas tecnologías que proponen el uso de la elctricidad para contaminar menos y ls que defienden que estas nuevas tecnologías no son an "verdes" como afirman sus defensores.

      Es cierto que para generar la energía eléctrica hay que utilizar centrales que por fuerza van a polucionar. La enrgía solar pura y dura todavía no puede asumir a nivel i dustrial los requerimientos del mercado. Hay que recordar que esto de lo que hablamos no son gadgets de bajo consumo :)

      No me cabe duda de que con el tiempo podremos producir energía realmente limpia, pero hoy por hoy (hablo de 20 a 30 años), las cosas son las que son. El proyecto del despegue eléctrico podría tener interés a partir de que los precios d crudo se dispararan realmente. Pero eso es algo que no va a ocurrir, entre otras cosa porque los norteamericanos han dado luz verde al famoso Fracking, que junto con las nuevas tecnologías en prospección petrolífera han dado com muchas más reservas de las que se podía pensar hace solo cinco o diez años. Por decirlo de algna manera... La edad de piedra no se acabó por falta de piedras.

      Daremos con nuevas energías realmente limpias, pero de momento vamos a seguir quemando combustibles fósiles y parece que a un precio tan barato que no va a merecer la pena introducir los despegues eléctricos o cosas por el estilo.

      Lo de la rodadura eléctrica es un dilema. Si es verdad que se sigue investigando y ya hay varios modelos de avión que lo llevan como equipo de pruebas. Por una parte se trata de aligerar el equipo para que merezca la pena llevar el peso extra que requiere el sistema, por otra parte se requiere que esté certificado por las autoridades de aviación civil. El sistema debe de ser seguro y cumplir con la normatica... Eso también es dinero. Por último se exige del sistema que sea facil de manejar por parte de los pilotos. Este último parece ser que es un problema no resuelto todavía, pues existen implicaciones no resueltas en caso de no operar el sistema correctamente. Parece que tendremos que esperar un poco para poder ver si esto se materializa. Desde luego, como digo más arriba, a los precios del barril de crudo hoy en día parece que va aser dificil verlo como equipo estándar en los aviones.

      Con respecto al tema militar decirte que efectivamente se diseñó el famoso AC-47 y algún otro, pero el cañonero basado en el C-130 H Pave Spectre Hercules que llevaba El Vulcan de 20mm y el cañón Bofors de 40 mm y el Howitzer de 105mm... eso. eso es la caña! Aver si dedico un post a esta bestia parda :)

      Un cordial saludo
      Manolo

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  2. Un post muy interesante, gracias por la historia. El despegue asistido, eléctrico o mediante otro sistema cualquiera, permitiría equipar la aeronave con motores de menor potencia, necesitaría cargar menos combustible, su estructura podría aligerarse y el coste operativo se reduciría de forma significativa. Los cables y el remolcador creo que plantean bastantes problemas, pero hay otras alternativas.

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    1. Hola Francisco, muchas gracias por tu comentario. Es una idea bastante original desde luego. De todas las propuestas que yo he escuchado esta es la que creo podría ahorrar más dinero si hacemos el cómputo general, tal como tu comentas. Tengo mis dudas en cuanto a la operación propiamente dicha... como instructor veo muchas meteduras de pata en operaciones normales y me da por pensar que en este tipo concreto de maniobra podría haber bastante riesgo si no se ejecuta debidamente.

      Un cordial saludo y mi enhorabuena por tu estupendo Blog que recomiendo a todos desde aquí.
      Manolo

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  3. La historia completa sobre los indios y el piloto evangelizador nos la cuenta magníficam3nte Francisco en su estupendo Blog ¨El secreto de los pájaros¨ https://elsecretodelospajaros.wordpress.com/2015/11/12/de-francois-alabrune-al-misionero-nate-saint-y-los-indios-huaorani/comment-page-1/#comment-280

    Un gran Blog que merece la pena visitar.

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