El Solar Stratos volará a la estratosfera gracias a la tecnología eléctrica y solar

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Llevan tiempo anunciándolo, preparándolo y haciendo las pruebas necesarias de vuelo para que todo salga bien y es que quieren demostrar, que pueden volar a la estratosfera en 2018 con un avión de hélice eléctrico biplaza, alimentado por revolucionarias baterías de Kreisel y paneles solares, una hazaña no realizada hasta la fecha. Es el apasionante proyecto Solar Stratos del que vamos a realizar un repaso algo más profundo en este artículo.

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25.000 metros de altura, en un avión eléctrico solar a baterías biplaza de hélice, ese es el reto a batir en 2018.

Un Poco de historia:

Hasta hoy en día solo era posible volar a esas alturas gracias a combustible liquido y motores de cohetes (SR71-Cohetes espaciales y similares) o bien mediante el uso del caro helio en globos estratosféricos, como el que llevo a Felix Baumgatner al record de salto en paracaídas desde la estratosfera en 2012, superado por Alan Eustace en 2014.

El problema actual de los motores de hélice y pistón usados en aviación general, es que debido a la mezcla estequiométrica necesaria de 15 a 1 de aire y combustible, según se pierde presión con la altura del mismo aire, hay que bajar la mezcla de combustible para que siga en una proporción lógica para lograr la combustión interna del motor térmico.

El coste es elevadísimo y más aun si se llevaban personas a bordo.

Esto hace que un motor de 200 CV de potencia a nivel del mar, se quede con 130-140 CV para cruzar unas montañas con margen de seguridad o hacer un crucero decente, ya que si miramos sus tablas de performance y ajuste de la mezcla, nos lo muestra claramente.(tenemos 2/3 de presión atmosférica a unos 4000mts de altura).

Además se requiere de una altísima cilindrada, gasolina de un elevado octanaje (100-130 octanos) y una limitación de rpms para garantizar la fiabilidad del motor en avionetas (lo que trae un altísimo consumo de carburante parecido al de un superdeportivo V10-V12, cuando en eléctrico equivaldría a la misma energía gastada por un coche eléctrico).

Variación aproximada de la presión atmosférica con la altura, partiendo desde nivel medio del mar, a 1013mb en una atmósfera estándar.

Entonces salió el turbocompresor aplicado a estos motores, para incrementar la presión de ese aire en la admisión del motor e igualarla a la que tenemos a nivel del mar, por ello se inventó primeramente para aviación y después fue añadido en los automóviles, aunque no es perfecto ya que requiere mayor mantenimiento y fuerza más el motor.

Más tarde se mezcló el concepto del turborreactor con la hélice, lo que se llama un turbohélice moderno que busca la máxima eficiencia de los 2 mundos ante todo, donde la propia hélice gira impulsada por toda una turbina, clonada de la de un motor a reacción, para incrementar la potencia y velocidad del avión, con el beneficio añadido de poder usar combustible de reactores Jet A1 (económico y sin apenas impuestos).

Soluciones que aporta de la tecnología eléctrica-solar y otros grandes retos por delante:

Por ello el motor eléctrico es perfecto para eliminar este problema de pérdida de potencia con la altura y revolucionará la aviación general hasta límites insospechados, como llegar a la estratosfera de una forma más económica.

(Es evidente que el reactor llega más alto y hay jets y cazas que suben a 45.000 pies o incluso 50.000 pies con facilidad en la tropopausa, pero esa tecnología tardará más en ser sustituida, al necesitar de una densidad energética en sus baterías, similar a la de combustibles fósiles, para garantizar un vuelo de aviones de estas características y 40-80 toneladas de media).

Existe otro problema y es que a esa altura la baja presión atmosférica, hace que la densidad del aire circulante entorno a las superficies alares de una aeronave se reduzca considerablemente, por lo que necesitamos un diseño alar más parecido al del U2 (mítico avión espía de la guerra fría) o muy similar al de un avión planeador sin motor, lo que implica máxima fineza aerodinámica o un gran L/D, una máxima sustentación con la mínima resistencia inducida posible, ya que sino necesitaríamos un cohete y mucha velocidad para no “caernos de esas alturas”.

Un vuelo a dicha altura nos acerca a un “Coffin Corner” de velocidades peligroso donde se puede entrar en pérdida por alta y baja velocidad en torno a 1-3 nudos de margen inclusive, una prueba que será arriesgada sin lugar a dudas, a pesar del bajo peso de la aeronave catalogada de ULM.

Pero esa baja presión implica alteraciones químicas en las baterías y por ello están testeando las baterías previamente con globos de helio, para ver su comportamiento en las alturas y específicamente diseñadas para tal tarea, lo que haría posible mejores y nuevas baterías aplicadas a la aviación sin sufrir incidentes, como los del B787.

Nos queda además el reto de poder hacer que el piloto y copiloto sobrevivan a esa altura y será gracias a un traje espacial diseñado por los rusos, algo más ligero de lo normal y que ira conectado a un sistema químico de O2 (si no me equivoco) pero que requiere consumo de energía para dar presurización al traje además y esta provendrá de sus células solares dispuestas en la superficie alar, que alimentaran un poco las baterías en vuelo de paso y al propio motor.

Estos son los retos a los que pretende enfrentarse el equipo de Solar Stratos y la revolución que traerá consigo efectos sorprendentes que no imaginábamos, como la de traer algún día la posibilidad de vuelos estratosféricos a un coste lógico aunque sea con fines científicos o de turismo de alto standing, pero que podría desembocar en vuelos comerciales a esas alturas para evitar posible mala meteorología y reducir los tiempos de los vuelos junto con los consumos o la posibilidad de abaratar los vuelos al espacio con lanzaderas normalizadas algún día.

Sin olvidar drones totalmente eléctricos, puede que alimentados únicamente por energía solar, analizando condiciones meteorológicas como la del pasado Huracán de Florida y otros desastres naturales, a un coste sensato (el Global Hawk que participó, costaba la friolera de 50.000 dólares la hora de vuelo aproximadamente).
Queda el reto de las altas radiaciones a esas alturas y también se estudiara como solucionarlas más a largo plazo debido a su mayor complejidad.

El avión usado es de PC Aero, el famoso Elektra Solar, motovelero eléctrico y tiene estas características específicas para la misión encomendada:

Length 8.5 meters
Wingspan 24.9 meters
Weight 450 kg
Autonomy more than 24 hours
Propulsion propeller, 2.2 m, 4 blades
Engine electrical, max. 32 kW / 2200 rpm
Engine efficiency 90%
Two seater in tandem
Energy solar
Solar cells  22 m2
Cells efficiency 22-24%
Battery lithium-ion, 20 kWh

La misión

La misión durará unas 2 horas en su ascenso hasta los 25.000 metros de altura, o 75.000 pies. Volarán en la estratosfera 15 minutos y luego descenderán lentamente durante 3 hrs para adaptar la presurización del traje sobre todo.
En un primer vuelo solo volara su precursor de la idea, Raphael Domjan piloto y aviador como solemos decir, un aventurero como Piccard y compañía que busca devolvernos la magia de esa aviación milagrosa y peligrosa de hace 100 años cuando había que reinventarse cada día para llegar a lo que hemos llegado.

Solo que esta vez se cuenta con simulador para entrenar, ordenadores para ajustar a la perfección el avión y sus componentes, además de sus sistemas, un gran equipo de expertos ingenieros, físicos e incluso el jefe de vuelos Miguel López Alegria (Astronauta de la Nasa), se realizaran miles de pruebas iniciales para que nada falle y se monitorizará como si fuese un vuelo de un cohete de la Nasa, pero con un menor equipo de personas evidentemente el día D.

Puede que en los medios pase mas desapercibido que el Solar Impulse, pero los vuelos cambiarán radicalmente con esta tecnología; y es que se plantean ofrecer ir de pasajero a la estratosfera por un precio de 60.000 euros, muy por debajo de lo que otras compañías con otros medios (Virgin Space o SpaceX) planean hacerlo realidad, lo que supone una revolución.

Por si fuese poco, se aplicará a vuelos terrestres todo lo que se aprenda de este proyecto con unas bajadas de costes importantísimas y una eficiencia energética máxima para dañar al mínimo el medio ambiente, haciéndolo sobre todo popular (algo que ahora está reservado a privilegiados, aficionados y estudiantes) para que una gran cantidad de gente pueda acceder a ello.

 


Energias renovables

8 Comment responses

  1. Avatar
    March 04, 2017

    Interesante. Puede que el futuro de los vuelos transoceánicos pasen por subir hasta la estratosfera y luego planear en descenso hasta el destino.

    La vista de la curvatura terrestre a esa altura debe ser una pasada

    Salu2

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      March 04, 2017

      Veo muy dificil que eso ocurra en bastante tiempo. Por lo menos con aviones de 200-300 pasajeros tal como los conocemos ahora.

      Volar a esas alturas implica muchisimos cambios y es bastante mas arriesgado en caso de algun problema.

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        March 05, 2017

        El problema nunca es volar, el problema es aterrizar bien.

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          March 05, 2017

          Si el avión no tiene incidencias durante el vuelo , el aterrizar no es ningún problema.

          La cuestión es que para volar a 25 km de altura el avión tiene que estar diseñado y preparado para ello. Y los de aviación comercial por ahora no lo están. Ni tiene pinta que lo vayan a estar en los próximos años.

          Quizás algún Jets privado,de poca capacidad de alguna empresa que quiera destacar pues lo podrían hacer, pero la aviación comercial no va a volar tan alto en la próximas décadas.

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  2. Avatar
    March 04, 2017

    Los aviones turbo hélices tiwnen una turbina que REMPLAZA al motor a pistones, no es ninguna mezcla ni cosa rara.
    Un vuelo a 20km de altura en un Mig 29, de 45 min de duración, con sesion de maniobras acrobaticas, cuesta €17.500, Space X no lleva turistas a ningún lado (miento, acaban de anunciar que tal vez lleven a dos turistas a dar una vuelta por la Luna), Blue Origin y Virgin quieren llevar a turistas a hacer un vuelo suborbital, a 100km de altura.
    El gasto de Global Hawk es elevado, por supuesto, es un dron militar con seguimiento via satélite.
    El tema de la radiación a esa altura no es baladí, era ya un problema importante con los pilotos del Concorde.
    No hace falta subir a 25km para evitar las inclemencias meteorológicas.

    Dicho todo esto, me parece una idea muy interesante, porque para poder desarrollar cosas más mundanas, se necesitan de este tipo de iniciativas, aunque a priori parezca que no tengan mucha utilidad.

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      March 04, 2017

      En el caso del turbohélice quería decir que sigue usando una hélice, aunque la mecánica interna sea una turbina la que la mueva, (abandonando el ICE) y ambas en su conjunto producen una alta eficiencia pero no dan la altura o velocidad optimas que dieron el reactor, se agradece la corrección, ya que en el mundillo las denominamos a veces como un concepto híbrido y puede conducir a error.

      El coste nada tiene que ver en fase experimental con el que se logrará con una producción en serie(me quería referir mas a eso), sino fijate en que coste por hora de vuelo plantean para los primeros ULM electricos vs uno termico, mejor no hablemos del coste de cualquier caza de combate en su desarrollo que tiene que tirar de dinero publico o que el caso de Rusia de que te puedan vender esa opción de un caza de alta gama no suele ser una opcion en otros lugares del mundo donde mas de uno de entrenamiento no se suele dejar ni ir para mirar el paisaje.
      Por ello comparo con posibles fases experimentales de otros proyectos lo mas parecidos posibles.

      Aunque agradezco el detalle de la corrección de los km a los que suben o subirán la competencia, pero por desgracia normalmente sobre muchos de estos vuelos experimentales apenas salen datos y de donde lo obtuve así hablaba.

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    March 05, 2017

    Los pilotos del invento me dan una envidia que me cago

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    March 05, 2017

    que usen hélices de paso variable, que con la falta de aire de ahí arriba hará buena falta

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