El último medio de transporte: aeronaves eléctricas VTOL

Lilium_aircraft

De un punto situado en la parte oeste del centro de Nueva York, en Manhatann, a otro, en el aeropuerto internacional Kennedy (JFK), hay una distancia en línea recta de unos 19 kilómetros. Para efectuar un viaje entre estos dos puntos en taxi, el vehículo debe recorrer unos 26 kilómetros y tarda, en condiciones de tráfico normal, alrededor de 55 minutos. La carrera cuesta de 56 a 73 dólares. Según Lilium, el mismo trayecto, en una de las aeronaves que pretende poner en servicio a partir del año 2025, se hará en 5 minutos y, aunque empezará costando 36 dólares, espera que el precio se reduzca, a largo plazo, hasta unos 6 dólares; la reducción del coste se producirá, en mayor medida, por el abaratamiento de los aviones necesarios para prestar el servicio que se fabricarán en grandes series.
Taxis urbanos aéreos capaces de despegar y aterrizar verticalmente, con motores eléctricos, un elevado nivel de autonomía y posibilidad de llevar de 3 a 5 pasajeros, pueden ser una alternativa a los vehículos de servicio público terrestres en zonas urbanas muy congestionadas. La implantación de esta modalidad de transporte no exige la construcción de costosas y complejas infraestructuras, contribuiría a disminuir la contaminación atmosférica y la congestión vial, aminoraría el tiempo que las personas utilizan en moverse de un sitio a otro y permitiría que se incrementara la distancia entre las zonas de oficinas urbanas y residenciales, lo que abarataría el coste de la vivienda.
Pero, a corto y medio plazo… ¿es posible implantar estos servicios en los núcleos urbanos?
Uber Elevate trabaja para desarrollar este concepto de aviación urbana; para ello pretende asociarse con tres ciudades importantes que estén interesadas en la implantación del servicio de aerotaxis. En 2017 encontró las dos primeras, Dallas y Los Angeles, y en la actualidad sigue buscando la tercera. El plan es efectuar demostraciones a partir de 2020 y lanzar los primeros servicios comerciales de vuelos interurbanos en 2023, en dichas ciudades.
Para Uber, la implantación práctica de los aerotaxis se encuentra con una serie de barreras de entrada: el proceso de certificación, la tecnología de las baterías, la eficiencia del vehículo, las actuaciones de la aeronave, el control del tráfico aéreo, la seguridad, el ruido, las emisiones, la infraestructura de vertipuertos y el entrenamiento de los pilotos. A su juicio ninguna es insalvable a corto y medio plazo, por lo que el proyecto puede llevarse a cabo en unos cinco años.
En principio, los aerotaxis deberían operar trayectos de no más de 160 kilómetros y para reducir el tiempo de los desplazamientos (puerta a puerta) a más de la mitad, su velocidad de crucero se tendría que situar entre los 250 y 350 kilómetros por hora. La batería debería de tener una capacidad de almacenamiento de energía suficiente como para efectuar dos trayectos de ida y vuelta de 80 kilómetros; con dos despegues y aterrizajes; y, al completarlos, aún tendría que contar con una reserva de energía con la que la aeronave pudiese volar durante 30 minutos (requisito de la Federal Aviation Administration, FAA), además de la que necesite el avión para aterrizar en un vertipuerto alternativo (no es necesario que esté muy lejos); y en cada ciclo de trabajo, la batería no debería descargarse más allá del 20% de su capacidad, para garantizar una vida útil que resulte económica. Para cumplir con estos requisitos, un aeroplano cuya relación de sustentación/resistencia (L/D) sea del orden de 12/17 y pueda transportar 4 personas, necesitaría una batería con una densidad energética de 450 Wh/kg y capacidad de carga de 140 Kwh.
No existen, hoy en día, baterías comerciales con esas características. Los automóviles eléctricos Tesla, uno de los fabricantes de mayor prestigio en este sector, llevan baterías de hasta 100 Kwh y su densidad energética es de 254 Wh/kg.
El tiempo de carga de las baterías de estos futuros aviones es otro dato importante a tener en cuenta. Para disminuirlo, es preciso contar con un cargador de elevada potencia, aunque dicha disminución tiene un límite: la intensidad máxima que soportan las celdas de la batería. La batería de 100 Kwh —que puede montar el Tesla S— no acepta una intensidad de carga superior a la que proporciona una fuente de 120 Kw de potencia, con la que tarda unos 40 minutos en reponerse hasta el 80% de su capacidad máxima.
Aunque Sony ha anunciado que dispondrá de baterías (Li-S) de 400 Wh/kg en 2020 y el Department of Energy (DOE), en Estados Unidos, actualmente financia el desarrollo de un cargador de 350 Kw, las exigencias que plantean los aerotaxis eléctricos a estos dispositivos apenas se podrán cumplir en un plazo de tres o cuatro años.
Es muy posible que en vez de recurrir, exclusivamente, al almacenamiento de energía en baterías, los futuros aerotaxis eléctricos opten por configuraciones que incluyan pilas de combustible de hidrógeno para generar electricidad de forma continuada; junto con baterías de menor capacidad de carga y tamaño, para satisfacer la demanda energética en los momentos que sea muy exigente (despegue, aterrizaje, ascensos y otras maniobras). Aunque las pilas de combustible de hidrógeno parece que han sido relegadas a un segundo plano en el desarrollo de los vehículos eléctricos, el año 2017 ha marcado un hito importante, en el sentido de que esta tecnología ha iniciado una importante ganancia de cuota de mercado en el sector automovilístico. Las dificultades de almacenamiento de energía y tiempo de carga de las baterías podrían soslayarse con pilas de combustible de hidrógeno.
El planteamiento de Uber Elevate, en cuanto al futuro de los aerotaxis eléctricos a dos y cinco años vista, se sitúa en la frontera de lo que tecnológicamente parece viable, pero no imposible, por lo que cabe que tardemos un poco más en disponer de los servicios de estas aeronaves, cuya entrada en el mercado del transporte parece imparable. Las dificultades relacionadas con la certificación, aeronavegabilidad, licencias de vuelo y control del tráfico aéreo son bastante espinosas, pero no insalvables. Quizá por eso hay, en la actualidad, varias iniciativas para desarrollar aeronaves de estas características de entre las que a mí me llama poderosamente la atención la de Lilium.
Lilium fue fundadada en 2015 por Daniel Wiegand y tres ingenieros de la Universidad Técnica de Munich. La compañía se creó con el apoyo del Centro de Incubación de la Agencia Europea del Espacio en Bavaria. Según Wiegand Lilium nacía con la intención de diseñar y construir el «mejor medio de transporte posible para el siglo XXI… un avión privado de despegue y aterrizaje vertical ha sido el sueño de generaciones, el último medio de transporte».
Se trata de una máquina autónoma, capaz de llevarnos desde cualquier lugar a casi cualquier otro sitio, con una intervención mínima del piloto, con absoluta seguridad, una gran rapidez, economía y sin contaminar el medio ambiente. Para ello es preciso que pueda despegar y aterrizar verticalmente, es decir, que tenga las características de una aeronave VTOL (Vertical Take Off and Landing), navegue de modo inteligente siguiendo las instrucciones de un piloto al que no se le exija demasiada habilidad —merced a sus sistemas de control, sensores y en colaboración con nuevo sistema de gestión de tráfico aéreo— y sus propulsores se alimenten con energía eléctrica. Una importante innovación de la mayoría de estos nuevos proyectos es que la propulsión se genera mediante varias hélices, de forma que el fallo de algún motor no es crítico y en cualquier caso, casi todas irían dotadas de un paracaídas que actuaría como un último recurso para garantizar la integridad de los viajeros.
En el caso de Lilium la configuración de su aeronave es muy curiosa, con 36 propulsores, 24 en las alas y 12 en el morro, de control, empaquetados en grupos basculantes de tres unidades. Cada propulsor dispone de un motor eléctrico que mueve un soplante carenado (ducted fan). Estos grupos de tres propulsores, al girar sobre un eje transversal al aparato, hacen que la línea de empuje de cada uno de ellos adopte, de forma independiente, una dirección tal que, en sus dos posiciones más extremas, les permiten empujar la aeronave para que avance o levantarla; es decir, actúan como elementos que facilitan el vuelo horizontal, en cuyo caso el avión se sustenta con las alas, o sirven para elevar el aparato como si se tratara de un helicóptero. Con estos mecanismos es posible gobernar la aeronave y no necesita controles aerodinámicos —como los alerones, flaps, timón de profundidad o timón de dirección.
Desde su fundación, en 2015, Lilium ha tenido un crecimiento notable. En diciembre de 2016 la empresa contaba con 35 especialistas y Atomico, una sociedad de capital riesgo con la sede en Londres, decidió invertir 10 millones de euros en el proyecto de Daniel Wiegand y sus socios. El 20 de abril de 2017, Lilium anunciaba que su prototipo de avión de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), de dos asientos, eléctrico, había finalizado una serie de vuelos de prueba en Alemania. Durante los ensayos la aeronave realizó maniobras complejas y pasó del vuelo de despegue vertical al de crucero horizontal. A lo largo de 2017, Lilium incorporó a su plantilla a ejecutivos de Tesla, Airbus y Gett y en septiembre amplió sus fondos en 90 millones de dólares. El capital de la nueva ampliación fue suscrito por Tencent, LGT, Atomico, Obvious Ventures y Freigest.
En enero de 2018 Lilium ganó el premio 2018 Early Stage Company of the Year en el Global Cleantech 100 Awards, organizado por el grupo Cleantech. El 24 de abril del mismo año anunció la incorporación a la empresa de Frank Stephenson, famoso diseñador por su trabajo en BMW; MINI; Ferrari, Maserati, Fiat, Alfa Romeo y McLaren, para hacerse responsable de todos lo relacionado con los diseños de los servicios de Lilium.
En la actualidad Lilium trabaja en el desarrollo de un prototipo con capacidad para transportar 5 pasajeros a velocidades de hasta 300 km/h y distancias de 300 km. En 2019 tiene intención de efectuar el primer vuelo de pruebas pilotado con un prototipo y en 2025 pretende que sus aeronaves presten servicios de transporte aéreo como taxis en determinados núcleos urbanos.
Airbus no ha querido quedarse al margen y hace poco más de dos años inició el desarrollo de un avión VTOL, eléctrico, autónomo, para un pasajero: el Vahana. Con una rapidez extraordinaria la compañía aeronáutica logró efectuar las pruebas de un prototipo ya que en febrero de 2018, el Vahana realizó un despegue vertical que duró 53 segundos. El VTOL eléctrico de Airbus lleva ocho hélices montadas en dos alas en tándem, basculantes, cada una de ellas con cuatro propulsores. A diferencia del avión de Lilium en el que únicamente se mueven los propulsores, en el de Airbus basculan las alas en las que se han fijado las hélices para cambiarlas de orientación, dependiendo de la fase del vuelo.
La velocidad a la que ha reaccionado Airbus es un indicador de que el proyecto de aerotaxis eléctricos VTOL no es una quimera.
https://lilium.com/

de Francisco Escarti Publicado en Aviones

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