Cómo la Tecnología de Vuelo Hipersónico Está Pasando del Laboratorio al Cielo

Imagina que pudieras volar de una parte del mundo a otra en una hora, en lugar de tomar todo un día. ¿No es emocionante? 

Aunque pueda parecer un deseo, está cerca de convertirse en posible en un futuro no muy lejano, ya que un nuevo estudio acerca los vuelos hipersónicos otro paso importante a la realidad.

Publicado en Nature Communications, el estudio detalla un avance en la comprensión de la turbulencia hipersónica¹ que podría transformar los viajes de larga distancia. 

Cuando se trata de vuelos hipersónicos, el diseño de la aeronave es crítico para su éxito. Para diseñar un vehículo de alta velocidad, es importante predecir con precisión la resistencia aerodinámica y la transferencia de calor, lo que requiere una comprensión física de la turbulencia a estas velocidades extremas.

Para obtener esa comprensión, investigadores del instituto privado Stevens Institute of Technology realizaron pruebas al respecto, con sus experimentos de criptón basados en láser que sugieren que la turbulencia a velocidades hipersónicas se comporta más como el flujo de aire más lento de lo esperado. 

Con los resultados que muestran que la turbulencia a velocidades extremas puede no diferir mucho de la de velocidades más bajas, esto podría simplificar y optimizar el diseño de vehículos hipersónicos y acelerar el progreso hacia hacer del viaje ultrarrápido una realidad.

Y si trasciende del reino de la ciencia ficción y se vuelve realidad, los vuelos hipersónicos pueden cambiar completamente los viajes globales. Las rutas de larga distancia que actualmente toman de 10 a 20 horas de vuelo pueden convertirse en breves desplazamientos que podrían durar solo una hora. 

“Realmente encoge el planeta,” dijo el coautor del estudio Nicholaus Parziale del Departamento de Ingeniería Mecánica, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, EE. UU. “Harán los viajes más rápidos, más fáciles y más agradables.”

El enfoque de la investigación de Parziale es convertir el vuelo hipersónico en una realidad. Lo que esto significa es un vuelo a través de la atmósfera por debajo de altitudes de aproximadamente 56 millas (alrededor de 90 km) a una velocidad superior a cinco veces la velocidad del sonido, lo que se conoce como Mach 5.

Mach 1 es simplemente la velocidad del sonido, es decir, 761 millas por hora. Los investigadores están intentando que los aviones vuelen a hasta Mach 10 para reducir drásticamente el tiempo, pero, por supuesto, a esas altas velocidades, el aire no se comporta alrededor de la aeronave de la misma manera que a bajas velocidades.

Desde el punto de vista científico, a bajas velocidades, por debajo de Mach 1, hay un flujo incompresible. Esto significa que la densidad del aire se mantiene casi constante, y el diseño del avión es sencillo.

Pero esto cambia a velocidades más altas, donde ocurre flujo compresible, y eso se debe a que el gas puede comprimirse. Lo que esto significa es que, debido a variaciones en la presión y la temperatura, la densidad del aire cambia significativamente, y esa compresión afecta cómo vuela una aeronave.

“La compresibilidad afecta cómo el flujo de aire rodea el cuerpo, y eso puede cambiar cosas como la sustentación, la resistencia y el empuje necesario para despegar o mantenerse en el aire,” todo lo cual es clave para el diseño de la aeronave.

En números de ‘Mach bajo’, los ingenieros tienen una buena comprensión de cómo funciona este flujo de aire y afecta a los aviones. Pero no tanto en números de Mach más altos.

Existe la hipótesis de Morkovin, sin embargo. La hipótesis es fundamental para nuestra comprensión de la turbulencia compresible supersónica e hipersónica. Según la hipótesis, “podemos esperar con confianza que la dinámica esencial de estos flujos de cizallamiento supersónicos seguirá el patrón incompresible”.

Compuesta hace más de medio siglo por Mark Morkovin, la hipótesis sugiere que a Mach 5 o 6, el comportamiento de la turbulencia no difiere mucho del de velocidades más bajas. Aunque la densidad del aire y la temperatura cambian más en flujos más rápidos, la hipótesis dice que el movimiento básico “irregular” de la turbulencia en su mayor parte permanece igual. 

“Básicamente, la hipótesis de Morkovin significa que la forma en que el aire turbulento se mueve a bajas y altas velocidades no es tan diferente. Si la hipótesis es correcta, significa que no necesitamos una forma completamente nueva de entender la turbulencia a estas velocidades más altas. Podemos usar los mismos conceptos que usamos para los flujos más lentos.” 

– Parziale

Esto también significa que no se necesita enfoques de diseño significativamente diferentes, simplificando así los aviones hipersónicos.

Hasta ahora, sin embargo, no ha habido evidencia experimental suficiente para respaldar la hipótesis. Por lo tanto, Parziale y su equipo aceptaron el desafío y pasaron más de una década construyendo el montaje para lo mismo.

En su estudio titulado “Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis”, su equipo utilizó criptón, un gas noble incoloro, insípido, inodoro y el más ligero, que solo se encuentra en trazas en la atmósfera.

Usando láseres, el equipo de Parziale ionizó primero el criptón. El gas se introdujo en el flujo de aire dentro de un túnel de viento, provocando temporalmente que sus átomos formaran una línea luminosa. Aunque inicialmente recta, la línea fluorescente de criptón se dobló y retorció mientras se movía a través del aire del túnel. El equipo utilizó cámaras de ultra alta resolución para capturar su movimiento.

“A medida que esa línea se mueve con el gas, puedes ver pliegues y estructuras en el flujo, y a partir de eso, podemos aprender mucho sobre la turbulencia,” dijo Parziale. “Y lo que descubrimos fue que a Mach 6, el comportamiento de la turbulencia es bastante cercano al flujo incompresible.”

Según el estudio, sus datos experimentales respaldan la hipótesis de Morkovin, que es fundamental para nuestra comprensión de la turbulencia compresible hipersónica y supersónica.

Aunque la hipótesis de Morkovin no está completamente confirmada, es un logro. Al sugerir que los aviones no necesitan un enfoque de diseño completamente nuevo para volar a velocidades hipersónicas, simplifica las cosas y nos lleva un paso importante más cerca del vuelo hipersónico.

“Hoy, debemos usar computadoras para diseñar un avión, y los recursos computacionales para diseñar un avión que volará a Mach 6, simulando todos los pequeños y finos detalles sería imposible,” dijo Parziale. “La hipótesis de Morkovin nos permite hacer suposiciones simplificadoras para que las demandas computacionales del diseño de vehículos hipersónicos sean más factibles.”

Según Parziale, quien ha recibido el Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers por su investigación en la mecánica de fluidos que afecta el vuelo a alta velocidad, los hallazgos del estudio pueden ayudar a transformar el transporte espacial. Él dijo:

“Si podemos construir aviones que vuelen a velocidad hipersónica, también podemos llevarlos al espacio, en lugar de lanzar cohetes, lo que facilitaría el transporte hacia y desde la órbita terrestre baja. Será un cambio de juego para el transporte no solo en la Tierra, sino también en la órbita baja.”

La Carrera por Desbloquear el Vuelo Hipersónico, la Movilidad y la Defensa

Aunque el vuelo hipersónico aún no está aquí, el primer jet de pasajeros supersónico realizó su primer vuelo comercial en 1976. Concorde, un esfuerzo conjunto del Reino Unido y Francia, fue el avión comercial supersónico que podía volar más rápido que la velocidad del sonido. Era conocido por su lujo y velocidad, operando rutas transatlánticas y reduciendo a la mitad los tiempos de vuelo. 

Pero después de apenas 50.000 vuelos, fue retirado en 2003 tras un accidente fatal, bajo número de pasajeros y altos costos de mantenimiento. Este capítulo temprano en la aviación de alta velocidad estableció tanto el potencial como las limitaciones para futuros esfuerzos.

Aunque Concorde fracasó, demostró que era posible cruzar el Atlántico en pocas horas, y ahora las organizaciones se centran en aumentar la eficiencia del combustible y diseñar aeronaves que puedan alcanzar altas velocidades. Una nueva generación de jets también está trabajando para cumplir la promesa del vuelo hipersónico.

Mientras que los aviones comerciales aún no han alcanzado velocidades extremas, los aviones militares ya vuelan a aproximadamente triple la velocidad del sonido, es decir, Mach 3. Mientras tanto, muchos vuelos hipersónicos se han probado a velocidades mucho más altas que Mach 5 o incluso Mach 10.

Estos hitos se remontan a los primeros objetos capaces de movimiento hipersónico. El primero fabricado para el vuelo hipersónico fue el cohete Bumper, que, en 1949, alcanzó una velocidad de aproximadamente Mach 6. Sin embargo, no sobrevivió a la reentrada.

Para sostener y controlar esas velocidades en aeronaves, se volvieron esenciales nuevas soluciones de propulsión.

Una tecnología clave para el vuelo hipersónico ha sido el scramjet. Un ramjet de combustión supersónica, o scramjet, es una variante de un motor a reacción de respiración de aire ramjet, que realiza la combustión en un flujo de aire supersónico, haciéndolo más eficiente para el vuelo hipersónico que un ramjet tradicional.

Un tipo avanzado de motor a reacción de respiración de aire, un scramjet opera a Mach 5 y superiores. No tiene partes móviles y utiliza el movimiento hacia adelante de la aeronave para comprimir el aire para la combustión.  

Antes de los scramjets, los ramjets ofrecían la ruta más eficiente de Mach 3 a Mach 5, sirviendo como la etapa inferior de muchos sistemas hipersónicos. Entre ramjet y scramjet existen ramjets de modo dual que permiten el vuelo de Mach 3 a Mach 8 en un solo motor.

Luego están los motores de ciclo combinado basados en turbina (TBCC), que son un híbrido de un turbojet tradicional y un ramjet/scramjet. Mientras que los turbojets pueden operar hasta aproximadamente Mach 2 a Mach 3, para velocidades más altas, hacen la transición al modo ramjet/scramjet.

Otros tipos de motores incluyen los motores de cohete turbofluido (ATR) que utilizan oxígeno atmosférico para quemar combustible, los motores de detonación rotativa (RDEs) que usan una onda de detonación rotativa continua para la combustión, y los motores de ciclo combinado de Reaction Engines (SABRE), que son un híbrido de respiración de aire y cohete con un precooler que enfría el aire hipersónico entrante a temperatura ambiente.
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Estas innovaciones han allanado el camino para conceptos comerciales ambiciosos. Por ejemplo, el A-HyM Hypersonic Air Master imagina una aeronave comercial que opere a Mach 7.3. Este concepto de jet futurista está diseñado para un avión comercial que permitiría que un viaje de Londres a Los Ángeles se completara en solo 90 minutos. Se estima que tiene una capacidad de alrededor de 170 pasajeros.

Su sistema de motor combinaría un motor de detonación oblicua (ODE), ramjet y tecnologías de turbojet en una configuración de ciclo combinado. Además, sería propulsado por un motor de hidrógeno. Además, el A-HyM tendría una estructura de titanio y fibra de carbono, y para abordar las preocupaciones de ruido, incorporará un Sistema de Mitigación de Boom sónico.

Un boom sónico es un ruido atronador causado por un objeto que viaja más rápido que la velocidad del sonido. No es solo un “boom” único, sino un sonido continuo emitido mientras el objeto vuela a velocidades supersónicas. 

Luego está el concepto reutilizable de nave espacial hipersónica llamado Stargazer, propuesto por Venus Aerospace, que apunta a velocidades alrededor de Mach 9, un rango del orden de 5.000 millas y altitudes de crucero muy por encima de los 100.000 pies, posicionándola como una plataforma ultrarrápida para viajes globales.

Recientemente, Lockheed Martin (LMT ) Ventures adquirió una participación estratégica en la startup de propulsión de cohetes en medio de una creciente competencia para acelerar el desarrollo de misiles hipersónicos.

Venus Aerospace ha desarrollado un sistema de propulsión, un motor cohete de detonación rotativa (RDRE), que utiliza una onda de choque de detonación rotativa continua para generar empuje y completó su prueba de vuelo de un RDRE de 2.000 libras de empuje a principios de este año. La financiación no revelada ayudará a la compañía a avanzar sus “capacidades para entregar a escala y desplegar el motor”.

Así, las empresas aeroespaciales privadas están acelerando hacia plataformas hipersónicas reutilizables, pero no están solas; agencias gubernamentales de todo el mundo también están invirtiendo en investigación hipersónica avanzada.

Ingenieros de la NASA están trabajando con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL) y la Organización de Defensa, Ciencia y Tecnología de Australia (DSTO) en un Programa de Experimentación de Investigación de Vuelo Hipersónico Internacional (HIFiRE) que probaría un ramjet/scramjet de modo dual para una velocidad objetivo de Mach 8. 

El gobierno australiano recientemente comprometió una inversión de capital de 10 millones de dólares en la empresa aeroespacial local Hypersonix Launch Systems (HLS), que está desarrollando una aeronave que volaría a más de Mach 12 y será propulsada por combustible de hidrógeno. Su motor scramjet propietario se llama “SPARTAN”, y es reutilizable y fabricado en 3D.

El mes pasado, GE Aerospace (GE ) probó en vuelo ATLAS, un demostrador impulsado por el nuevo ramjet de combustible sólido de la compañía, bajo el programa Título III de la Ley de Producción de Defensa del Departamento de Defensa de EE. UU.

La Agencia Espacial Europea (ESA) también ha lanzado un programa de investigación llamado INVICTUS para desarrollar sus propias tecnologías de vuelo hipersónico. Demostrará tecnologías clave para el vuelo hipersónico sostenido y será un vehículo totalmente reutilizable capaz de volar a Mach 5.

Invertir en Tecnología de Vuelo Hipersónico

Lockheed Martin Corporation es una empresa aeroespacial y de seguridad que diseña, fabrica, integra y apoya sistemas de tecnología avanzada. Opera a través de:

• Aeronáutica
• Misiles y Control de Fuego (MFC)
• Sistemas Rotatorios y de Misión (RMS)
• Segmentos espaciales

La compañía principalmente se dedica al desarrollo de aviones militares, sistemas de defensa de misiles aéreos, marítimos y terrestres, helicópteros militares y comerciales, vehículos terrestres tripulados y no tripulados, satélites, sistemas de transporte espacial y soluciones de gestión de energía.

En asociación con la NASA, Lockheed Martin ha desarrollado el X-59 para abordar específicamente el problema del boom sónico.

Con una fuselaje alargada, el diseño del X-59 busca redistribuir la onda de choque al romper la barrera del sonido. Ha reducido el ruido percibido en el suelo a aproximadamente 75 decibelios, creando solo un “golpe” sónico, que es “aproximadamente tan ruidoso como cerrar la puerta de un coche”.

A finales del mes pasado, el X-59 voló por primera vez, desde su instalación Skunk Works en Palmdale hasta el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA, lo que Lockheed Martin describe como un “impulso” que demuestra que “el futuro del vuelo puede ser más rápido y más silencioso que nunca”.

Mide menos de 100 pies de largo, tiene una envergadura de aproximadamente 30 pies y una altura de alrededor de 14 pies. Cruza a unos 55.000 pies y puede alcanzar velocidades de Mach 1.4, es decir, 925 mph.

“El X-59 se utilizará para recopilar datos de respuesta de la comunidad sobre la aceptabilidad de un boom sónico silencioso generado por el diseño único de la aeronave. Los datos ayudarán a la NASA a proporcionar a los reguladores la información necesaria para establecer un estándar aceptable de ruido supersónico comercial y levantar la prohibición de viajes supersónicos comerciales sobre tierra,” dice la compañía. “Este avance abriría la puerta a un mercado global completamente nuevo para los fabricantes de aviones, permitiendo a los pasajeros viajar a cualquier parte del mundo en la mitad del tiempo que lleva hoy.“

No solo ha desarrollado el X-59 con la NASA, sino que también está trabajando en el SR-72, con un objetivo operativo de alrededor de Mach 6. Aunque se sabe poco sobre este sucesor conceptual del SR-71 Blackbird, el SR-72 está destinado a inteligencia, vigilancia y reconocimiento y se le conoce comúnmente como “Hijo del Blackbird”.

Este está posicionado como una aeronave hipersónica que podría entrar en servicio en la década de 2030.

Con una capitalización de mercado de 109 mil millones de dólares, las acciones de Lockheed Martin cotizan actualmente a 470,78 $, con su rango de 52 semanas siendo 410,11 $ y 546,00 $. Tiene un BPA (TTM) de 17,95 y una relación P/E (TTM) de 26,22.

Lockheed paga un rendimiento de dividendo de 2,93%. A principios del mes pasado, autorizó un pago de dividendo del cuarto trimestre de $3,45 por acción, un aumento del 5 % respecto al dividendo trimestral anterior. La compañía también devolvió 1,8 mil millones de dólares en efectivo a sus accionistas en el tercer trimestre de 2024 mediante dividendos y recompras de acciones, que se incrementaron en 2 mil millones a un total de 9 mil millones.

Durante este período, registró ventas de 18,6 mil millones de dólares y ganancias netas de 1,6 mil millones de dólares, o 6,95 $ por acción. Su efectivo de operaciones fue de 3,7 mil millones de dólares, mientras que el flujo de caja libre fue de 3,3 mil millones de dólares.

Lockheed también informó una cartera de pedidos récord de 179 mil millones de dólares, que el CEO Jim Taiclet dijo, “subraya la confianza que nuestros clientes depositan en nosotros y sustenta las perspectivas de crecimiento a largo plazo de la compañía”. También señaló que como resultado de “una demanda sin precedentes, estamos aumentando la capacidad de producción significativamente en una amplia gama de nuestras líneas de negocio”.

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Conclusión

El vuelo hipersónico ya no es una frontera distante sino un desafío de ingeniería comprobable, que está acercándose a convertirse en realidad gracias a los avances en sistemas de propulsión, la inversión global en vehículos de alta velocidad reutilizables y nuevos experimentos que validan hipótesis de décadas de antigüedad.

Referencias

1. Segall, B. A., Keenoy, T. C., Kokinakos, J. C., Langhorn, J. D., Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, N. J. “Cantidades turbulentas hipersónicas en apoyo de la hipótesis de Morkovin.” Nature Communications 16, Artículo 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4