Científicos chinos están trabajando en el desarrollo de un misil antibuque alimentado por boro que no sólo puede viajar más rápido que cualquier torpedo existente, sino también recorrer mayores distancias, según informan los medios de comunicación chinos.
Un equipo de científicos especializados en cohetes de la facultad de ciencia e ingeniería aeroespacial de la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa de Changsha ha revelado el proyecto de un sistema de propulsión de misiles basado en el boro en el número del 8 de septiembre del Journal of Solid Rocket Technology, publicado por la Sociedad China de Astronáutica.
El boro es un “metaloide”, con propiedades tanto de los metales como de los no metales, y suele utilizarse en detergentes, antisépticos, etc. También se sabe que reacciona violentamente cuando se expone al agua y al aire, liberando un calor masivo.
Arde con llamas verdes y se dice que libera un 40% más de energía por kilogramo en comparación con el combustible de aviación convencional.
Nuevo misil antibuque
El nuevo misil antibuque diseñado por los científicos de Changsha está pensado para volar en el aire antes de sumergirse en el agua y alcanzar su objetivo.
Según afirman los científicos, el nuevo sistema de propulsión basado en el boro permitirá al misil de cinco metros de largo volar a 2,5 Mach – 2,5 veces la velocidad del sonido – a una altitud de unos 10.000 metros, hasta una distancia de 200 kilómetros antes de sumergirse y desplazarse bajo el agua hasta 20 kilómetros.
Según los investigadores, una vez que el misil se encuentre a menos de 10 kilómetros de su objetivo, pasará al modo torpedo y se desplazará bajo el agua a una velocidad de hasta 100 metros por segundo gracias a la supercavitación, es decir, a la formación de una gigantesca burbuja de aire a su alrededor que reduce considerablemente la resistencia.
Además, los investigadores afirman que el proyectil podría alterar su rumbo a voluntad o descender a una profundidad de 100 kilómetros para esquivar los sistemas de defensa submarinos sin perder impulso.
El científico principal, Li Pengfei, y su equipo afirmaron que ningún sistema de defensa naval existente podía hacer frente a un ataque rápido “cruzado”. “Esto puede mejorar en gran medida la capacidad de penetración del misil”, dijeron.
Motor a base de boro
China no es el primer país que explora el uso del boro como combustible de aviación. La Fuerza Aérea de EE.UU., en la década de 1950, comenzó a trabajar en combustibles de aviación basados en el boro a partir de informes de inteligencia sobre llamas verdes que salían del escape de un cohete experimental soviético.
Los combustibles de aviación convencionales se basan en hidrocarburos refinados a partir de combustibles fósiles, en los que el hidrógeno, un elemento altamente explosivo, está unido a átomos de carbono.
Aunque idealmente el hidrógeno es el mejor combustible si se utiliza de forma independiente, ocupa mucho espacio incluso cuando se enfría hasta convertirse en un líquido criogénico. Resulta difícil y peligroso manejarlo por sí solo. Por ello, se combinan los átomos de carbono, lo que hace que el combustible esté muy empaquetado y sea más fácil de controlar.
Sin embargo, los combustibles a base de hidrocarburos no producían suficiente energía por unidad para satisfacer la exigencia del ejército estadounidense de contar con reactores supersónicos capaces de volar por medio mundo.
Por ello, los ingenieros estadounidenses decidieron utilizar el boro, que se encuentra justo al lado del carbono en la tabla periódica, lo que dio lugar a una nueva familia de combustibles basados en compuestos de “hidro-boro” o “boranos” desarrollados bajo el nombre en clave de “Proyecto Zip”, de ahí que se les apodara “combustibles zip”.
Al principio, estos combustibles eran muy prometedores por la energía que producían. Estaba previsto utilizarlos en el bombardero estratégico XB-70 Valkyrie, en el interceptor de largo alcance XF-108 Rapier y en el misil BOMARC. Además, estaba previsto convertir los motores a reacción existentes para que pudieran quemar también boranos.
Sin embargo, estos planes se abandonaron en 1959 porque los boranos resultaron ser muy peligrosos debido a su toxicidad, lo que obligaba a quienes trabajaban con ellos a utilizar máscaras de gas únicas. Además, las partículas de boro son difíciles de controlar, ya que se inflaman espontáneamente y pueden llegar a explotar.
Al menos ocho personas involucradas en el Proyecto Zip murieron en accidentes relacionados con el borano.
Además, cuando se introducía en los reactores, el borano no se quemaba por completo y dejaba una capa de residuos pegajosos en los álabes de la turbina, lo que reducía gradualmente el rendimiento del motor.
La carrera hipersónica recupera el interés por el boro
En los últimos años, la actual carrera hipersónica ha reavivado el interés por el boro. Por ejemplo, el año pasado se informó de que China había construido motores scramjet de respiración aérea con un combustible sólido que contenía nanopartículas de boro para acelerar los misiles a cinco Mach o más.
Incluso Estados Unidos está trabajando en el desarrollo de combustibles basados en el boro. El año pasado, la Marina estadounidense solicitó propuestas para un nuevo proyecto de investigación destinado a determinar “una forma de boro o una vía química basada en el boro que conduzca a la aplicación del boro en compuestos energéticos, especialmente en combustibles (sólidos y líquidos)”.
Los informes sugieren que la nueva forma física del elemento, denominada “alótropos”, podría superar los problemas como la combustión parcial y la toxicidad de los combustibles basados en el boro. Los alótropos de un mismo elemento pueden tener propiedades muy diferentes; por ejemplo, el grafito y el diamante son alótropos del carbono.
La idea es que un nuevo “alótropo del boro”, probablemente en combinación con algún otro material químico, podría proporcionar un combustible completamente no tóxico.
Los investigadores estadounidenses también están estudiando las posibles aplicaciones estructurales del boro en un avión para alcanzar velocidades hipersónicas. Actualmente, las estructuras específicas de los aviones utilizan nanotubos de carbono (CNT), ya que pueden soportar altas temperaturas cuando un avión viaja a altas velocidades.
En 2017, ingenieros de la NASA y de la Universidad de Binghamton publicaron un estudio, supuestamente financiado por la Marina de los Estados Unidos, en el que se descubrió que una combinación de boro y nitrógeno también podría utilizarse para fabricar nanotubos para las estructuras de los aviones.
Los CNT pueden soportar temperaturas de hasta 450 grados Celsius. Un estudio de la NASA demostró que los nanotubos de nitruro de boro podían soportar 900 grados centígrados, lo que los hace adecuados para su uso en estructuras de aviones supersónicos o incluso hipersónicos.
Además, los nanotubos de nitruro de boro son más ligeros y mejores que los CNT, con gran resistencia a la tracción y estabilidad química y térmica.
El uso del boro sigue siendo difícil y arriesgado
Como ya se ha dicho, Pengfei y sus científicos de cohetes de Changsha han diseñado un motor ramjet impulsado por boro que podría funcionar tanto en el aire como bajo el agua. Esto es bastante inusual, ya que la mayoría de los motores impulsados por boro están diseñados para funcionar sólo en el aire.
Los investigadores suelen preferir el aluminio o el magnesio como combustible para los torpedos de supercavitación debido a su alta reactividad con el agua.
Por ello, el motor ramjet diseñado por Pengfei y sus colegas cuenta con algunos componentes únicos, como entradas y boquillas de escape ajustables para mantener la eficacia de la combustión del boro en diferentes entornos. Sin embargo, el mayor cambio está en la composición del combustible, según su documento.
El boro suele representar alrededor del 30% del peso total del combustible en un misil de respiración aérea debido a la necesidad de otras sustancias químicas para controlar y mantener una combustión intensa.
Sin embargo, el equipo de Pengfei duplicó el porcentaje de boro en el combustible, lo que estimó que podría dar lugar a un empuje superior al del aluminio en el agua.
Al mismo tiempo, el equipo también dijo que el aumento del porcentaje de boro podría causar algunos problemas en la producción en masa, el encendido y el control de la combustión, pero éstos “pueden resolverse mediante la modificación de las partículas de boro, la mejora del proceso de fabricación y el estudio de las propiedades de la masa del grano”.
También es difícil ajustar el empuje de un motor de combustible sólido. Por ejemplo, el polvo de boro se comporta como un sólido y un fluido cuando se inyecta en la cámara de combustión, lo que hace difícil simular o regular físicamente el proceso de combustión.
Además, China se enfrenta a los riesgos de depender de los borofueles para fabricar armas en masa, según un científico de materiales de Pekín que estudia el elemento boro. La mitad de los minerales de boro de China proceden del extranjero, y una gran parte de ellos de Estados Unidos.