El audaz plan de Hermeus de construir un avión de pasajeros capaz de viajar a Mach 5 es una apuesta arriesgada, pero ha obtenido respaldo del Pentágono.
A principios de este mes, un esqueleto curvado de aluminio de 40 pies de largo esperaba en la cavernosa fábrica de Hermeus en Atlanta. Era el prototipo de un dron llamado Quarterhorse. Nunca volará. En su lugar, está programado para pruebas en tierra a partir de septiembre. AJ Piplica, CEO de Hermeus, y sus cofundadores creen que es el primer paso hacia un objetivo audaz: construir un avión capaz de transportar 20 pasajeros a velocidad hipersónica, cinco veces más rápido que el sonido, o 3,850 millas por hora.
Imagina Nueva York a París en 90 minutos. Una gran mejora frente a las siete horas y media de un vuelo comercial en la actualidad.
Han pasado 20 años desde el último vuelo del Concorde, el innovador pero perdedor supersónico. Hasta ahora, ninguna de las numerosas startups que han intentado traer de vuelta los viajes supersónicos ha despegado. Piplica reconoce que Hermeus está asumiendo desafíos técnicos aún más difíciles al construir un avión que pueda volar durante largos períodos de tiempo en el intenso calor y las extrañas dinámicas creadas a medida que se asciende por encima de la velocidad del sonido. Pero él dice que ese no es el problema más grande. “Los desafíos empresariales son en realidad los más difíciles”, le dice Piplica, de 35 años, a Forbes. “No vas a recaudar miles de millones de dólares para desarrollar una aeronave de pasajeros”.
La solución de Piplica: demostrar la tecnología en gran parte con el dinero del Pentágono al desarrollar drones hipersónicos más pequeños, aprovechando la urgencia de Washington por ponerse al día con Rusia y China en la implementación de misiles hipersónicos maniobrables.
Se espera que Quarterhorse sirva como un prototipo reutilizable para someter materiales y equipos a condiciones de alta velocidad. Hermeus ganó un contrato de US$30 millones de la Fuerza Aérea de EE. UU. que se destinará a la construcción y vuelo de tres versiones de la aeronave. El primer vuelo está programado para 2024, y Piplica dice que espera que el costo total de desarrollo sea inferior a US$100 millones.
Se planea que un segundo dron más grande, Darkhorse, que Hermeus espera comenzar a probar en vuelo en 2026, también se use como vehículo de prueba, así como para vigilancia y ataque de largo alcance.
Si todo sale bien, para cuando Hermeus llegue a construir Halcyon, su avión de pasajeros planificado, Piplica dice que habrán construido sucesivamente de seis a diez prototipos de Quarterhorse y Darkhorse y encontrado las soluciones para muchas de las incógnitas técnicas del vuelo de alta velocidad. Después de todo, Piplica dice que los humanos tienen solo unos 30 minutos de experiencia en vuelos sobre Mach 4 con aeronaves de “respiración de aire”, que utilizan el oxígeno circundante para la combustión de combustible en lugar de llevarlo a bordo como lo hacen los cohetes, lo que deja menos espacio para la carga útil como pasajeros. Cuando todas las pruebas estén completas, Piplica espera tener una flota de drones hipersónicos que generen ingresos sólidos al realizar misiones del Departamento de Defensa.
En ese momento, dice, Hermeus “habrá construido una base financiera lo suficientemente sólida como para invertir en la transición a Halcyon sin una cantidad ridícula de capital privado”.
Basándose en ese plan de negocios, Hermeus ha recaudado US$119 millones, con una ronda B completada en marzo de 2022 a una valoración de US$400 millones. Las ambiciosas metas de la compañía le valieron un lugar en la lista de 25 startups respaldadas por capital de riesgo de Forbes ‘Next Billion-Dollar Startups’ de este año, que creemos que son las más propensas a alcanzar una valoración de $1 mil millones.
Ciencia extraña
El objetivo de Hermeus de tener aviones de pasajeros en servicio a mediados de la década de 2030 es una tarea increíblemente difícil, dicen los expertos a Forbes.
El desafío no es alcanzar velocidades hipersónicas: los misiles y vehículos espaciales lo hacen regularmente. La dificultad radica en construir algo que pueda sostener esas velocidades y tensiones y sea reutilizable, dice Luca Maddalena, investigador de hipersónica en la Universidad de Texas, Arlington.
La fricción con el aire crea cada vez más calor a medida que una aeronave aumenta la velocidad. Para adaptarse, el avión espía SR-71 Blackbird, que estableció el récord del avión tripulado de respiración de aire más rápido a Mach 3.3 en 1976, tenía secciones de ala de aluminio corrugadas para permitirles expandirse a medida que la piel se calentaba. Goteaba combustible en la pista porque los tanques solo se sellaban cuando el metal se hinchaba en vuelo.
Una aeronave se vuelve supersónica cuando supera la velocidad del sonido, o Mach 1, pero no hay una velocidad específica en la que comience el territorio hipersónico. Está definido por sus dinámicas particulares. A medida que las velocidades aumentan por encima de Mach 5, el calor comienza a causar reacciones químicas en el aire alrededor del vehículo. El oxígeno y el nitrógeno se dividen en átomos individuales y pueden reaccionar con la piel de la aeronave. La aeronave ya no está volando en el aire que la rodeaba en la pista. “Es una sopa de diferentes gases”, dice Maddalena, “y es probablemente diferente en cada punto del vehículo” debido a las variaciones de temperatura y presión. A velocidades más altas, parte del gas puede convertirse en plasma. Predecir cómo se comportará una aeronave requiere combinar la química y la mecánica cuántica con la aerodinámica. Los científicos todavía tienen mucho trabajo por hacer.
Un requisito clave para hacer que un avión hipersónico sea viable será su durabilidad. “No puede llegar con la mitad de la cantidad de vida que tiene hoy un vehículo subsónico”, dice Mary Jo Long-Davis, jefa del Proyecto de Tecnología Hipersónica de la NASA. “Eso no cerrará el modelo de negocios”.
Piplica admite libremente que no hay forma de predecir la vida útil o el programa de mantenimiento de Halcyon. “Los datos no existen”, dice. Hermeus tiene como objetivo obtener la información a través de Quarterhorse y Darkhorse, y puede tener una oportunidad debido al actual entusiasmo del gobierno de Estados Unidos por desarrollar armas hipersónicas.
Arma de elección
El Congreso le otorgó al Pentágono US$5.800 millones en el año fiscal 2023 para aproximadamente 70 programas hipersónicos, frente a menos de medio billón de dólares en 2016. Pero el progreso ha sido lento, en parte debido a la insuficiente cantidad de túneles de viento capaces de simular condiciones hipersónicas y al lento ritmo de las pruebas de vuelo. Muchos programas solo están logrando un par de pruebas de vuelo al año.
Esa es una de las razones por las que Hermeus podría estar en algo al apuntar primero a construir drones que puedan usarse para probar en vuelo sus componentes.
Otros también persiguen la oportunidad. Stratolaunch, anteriormente financiado por el difunto multimillonario de Microsoft Paul Allen, está desarrollando un vehículo de prueba hipersónico autónomo propulsado por cohetes que se lanzará al aire desde su avión Roc, el avión más grande del mundo. Esta primavera, la Unidad de Innovación en Defensa otorgó contratos a la empresa australiana Hypersonix y a Fenix Space y Rocket Lab de California para desarrollar bancos de pruebas hipersónicos.
Piplica y sus cofundadores – CTO Glenn Case, COO Skyler Shuford y el Jefe de Producto Mike Smayda – todos tienen antecedentes en la industria espacial y trabajaron juntos en Generation Orbit, que estaba desarrollando un cohete líquido lanzado al aire para pruebas de vuelo hipersónico. Creen que pueden mantener los costos al imitar a las startups espaciales en la construcción de una serie de aeronaves que resuelvan progresivamente los problemas del vuelo hipersónico.
Por ejemplo, Quarterhorse solo volará a Mach 3 durante unos minutos, por lo que Hermeus no tendrá que resolver los problemas de gestión de calor de un dron hipersónico de vuelo más largo, y mucho menos los necesarios para mantener con vida a los pasajeros. Quarterhorse probará el sistema de propulsión de respiración de aire, que está diseñado para ser relativamente asequible.
Tanto Quarterhorse como Darkhorse serán propulsados desde el despegue por un motor de jet de combate disponible comercialmente que propulsará la aeronave a cerca de Mach 3, lo suficientemente rápido como para encender un ramjet, que no tiene partes móviles y depende del movimiento hacia adelante para comprimir el aire necesario para quemar combustible de manera eficiente. Los ramjets han estado en desarrollo durante décadas y son una tecnología relativamente madura, dice Piplica.
El año pasado, la compañía demostró que el sistema de propulsión, llamado Chimera, podría hacer la transición a un ramjet en un túnel de viento de alta velocidad.
Se planea que Darkhorse sea aproximadamente un 50% más largo que Quarterhorse y capaz de recorrer más de 1,000 millas a Mach 5. Con los avances en el radar que amenazan con anular las propiedades sigilosas de las aeronaves estadounidenses como el avión de combate F-35, Piplica argumenta que la velocidad de Darkhorse dará a la Fuerza Aérea la capacidad de continuar operando en el espacio aéreo de adversarios como China que tienen defensas aéreas avanzadas.
Otras startups de aviones de pasajeros hipersónicos apuntan a ir aún más rápido que Hermeus, con tecnología más exótica.
Venus Aerospace con sede en Houston está trabajando para perfeccionar un motor de cohete de detonación giratoria, que planea impulsar un avión de 12 pasajeros que puede volar a Mach 9 en el borde del espacio. Inversionistas, incluida la filial de capital de riesgo de Airbus, le han dado $48 millones, según PitchBook.
La startup suiza Destinus planea un avión alimentado con hidrógeno diseñado para volar a Mach 15. Tiene $39 millones en financiamiento, según PitchBook.
Costo de la velocidad
Cuanto mayor sea el número de Mach, más materiales exóticos se requerirán, y mayores serán los costos de mantenimiento, dice Long-Davis de la NASA. También aumentan con la velocidad los costos de combustible y los precios de los boletos, según algunos estudios financiados por la NASA en los últimos cuatro años sobre la economía del transporte aéreo de alta velocidad. Están llenos de suposiciones, pero los estudios sugieren que el mayor potencial de mercado es para aeronaves que crucen en el rango relativamente tranquilo de Mach 2 a Mach 3, con 20 a 30 pasajeros.
Un avión hipersónico teórico de 20 pasajeros con un alcance de 4,000 millas a Mach 5 podría tener precios de boletos superiores a $10,000, según un estudio de SpaceWorks.
Piplica dice que el rango de velocidad para el cual Chimera será optimizado, de Mach 3 a 5, le da a Hermeus flexibilidad. Incluso si Mach 1 a 2 tiene más potencial para el servicio de pasajeros, Piplica argumenta que las startups de aeronaves supersónicas enfrentan la desventaja de tener menos atractivo para el ejército y sin perspectivas de vender productos intermedios para financiar su camino hacia el objetivo final, como Hermeus espera hacerlo con sus drones planeados.
Pero el Pentágono es famoso por experimentar con nuevas tecnologías y luego cambiar de dirección. Después del aumento pronunciado en el gasto en el desarrollo de armas hipersónicas en la Administración Trump, los críticos se preguntan si valdrán la pena. Podrían ser un tercio más caro que los misiles balísticos de la misma gama, y menos sobrevivientes, concluyó la Oficina de Presupuesto del Congreso en un informe de enero.
Ya es suficientemente difícil construir un vehículo hipersónico maniobrable en una misión unidireccional para explotar, por lo que hablar de transporte hipersónico en este momento es una “historia de Ray Bradbury”, dice Richard Aboulafia de AeroDynamic Advisory, refiriéndose al autor de ciencia ficción. “La idea de que una pequeña startup pueda mover la aguja en un camino de un siglo es un poco extraña”.
Maddalena dice que es bueno que startups como Hermeus estén atrayendo atención y capital con diseños de aeronaves emocionantes, pero fuera del foco, otras empresas y académicos están trabajando silenciosamente en componentes fundamentales que permitirán el vuelo hipersónico. “No es que el éxito de nuestro programa hipersónico dependa exclusivamente de unas pocas startups”.