Despega la aviación eléctrica. Empresas aeroespaciales de todo el mundo, tanto emergentes como consolidadas, están invirtiendo miles de millones de dólares en tipos de aviones totalmente nuevos. Sus conceptos técnicos y modelos de negocio son diversos, pero tienen un objetivo común: lograr la sostenibilidad ambiental en la aviación, al tiempo que se asegura su viabilidad económica.

Sustituir motores de combustión interna que queman combustibles fósiles por motores eléctricos que funcionan con baterías es una de las opciones para eliminar las emisiones dañinas asociadas con la aviación convencional. El desafío al que se enfrentan estos pioneros de la aviación eléctrica es encontrar un nicho de mercado rentable para los aviones eléctricos construidos con las tecnologías actualmente disponibles.

Incluso con las mejores baterías, los mejores sistemas de control y las mejores tecnologías de motor, los aviones eléctricos aún no pueden almacenar energía suficiente para sustituir directamente a los aviones de pasajeros convencionales. En lugar de eso, los fabricantes de aviones eléctricos se centran en aplicaciones de menor intensidad energética, es decir, viajes más cortos a velocidades más bajas con cargas útiles más ligeras.

Muchos actores del sector creen que los servicios de taxi aéreo son la aplicación que mejor se adapta a las capacidades y limitaciones del vuelo eléctrico, y están desarrollando máquinas que podrán transportar entre uno y cuatro pasajeros en trayectos de pocos kilómetros. Diseñados con capacidad de despegue y aterrizaje vertical, podrán operar en entornos urbanos, transportando pasajeros entre el centro de las ciudades y las zonas residenciales en la periferia.

Distancias más largas

Lilium, empresa alemana de movilidad aérea eléctrica y pionera de la aviación eléctrica, ha presentado un plan de vuelo diferente. Fundada en 2015 por cuatro antiguos estudiantes de ingeniería de la Universidad Técnica de Múnich, la empresa está desarrollando una aeronave capaz de transportar un piloto y un máximo de seis pasajeros hasta distancias de 175 kilómetros.

Dentro de unos 15 o 20 años, podremos construir un avión de pasajeros eléctrico convencional con 80 plazas y una autonomía de más de 2000 kilómetros

Daniel Wiegand, fundador de Lilium e ingeniero responsable de innovación y programas futuros.

“La misión de nuestra empresa es maximizar la sostenibilidad ambiental y viabilidad económica de la aviación regional”, explica Daniel Wiegand, uno de los fundadores de Lilium y actual ingeniero responsable de innovación y programas futuros. Argumenta que el denso entramado urbano de muchas ciudades europeas no ofrece el entorno adecuado para los servicios de taxi aéreo de corta distancia. “Si tienes que ir del auto al avión y después otra vez al auto, el tiempo que ahorras no compensa todo el trajín que supone cambiar de modo de transporte”.

Lilium, en cambio, ha optado por centrarse en los viajes interurbanos. “En la aviación regional, no son cinco minutos de vuelo como en los trayectos urbanos, sino que los viajes duran entre 30 y 60 minutos”, dice Wiegand. “Por lo tanto, se necesita otro tipo de avión, con más capacidad y una cabina más grande para repartir los costos entre más asientos. El avión debe ser más confortable, y debe poder volar más rápido”.

Por encima de todo, la aviación regional eléctrica necesita un avión extremadamente eficiente, que sea capaz de volar durante varias horas, a la vez que consume la menor cantidad de energía posible. La eficiencia energética ha sido una constante del trabajo de diseño de Lilium. El modelo actual de la empresa, el Lilium Jet, se parece más a un avión convencional de ala fija que los diseños basados en alas giratorias que prefieren los diseñadores de taxis aéreos.

Diseñado con una configuración canard, las alas principales están colocadas en la parte trasera del fuselaje, equilibradas con “planos de proa” más cortos en el morro. Con sus alas grandes y su forma aerodinámica, el reactor tiene todos los ingredientes necesarios para mantener un vuelo nivelado y eficiente.

Despegue vertical

Para ofrecer a los pasajeros un confort auténtico de principio a fin, el Lilium Jet debe poder despegar y aterrizar desde helipuertos, igual que un helicóptero. Para ello, la aeronave gira sus motores hacia el suelo, y convierte el empuje en sustentación para las maniobras de despegue y aterrizaje vertical.

“Comparada con los rotores abiertos, nuestra tecnología es mucho más eficiente en el vuelo de crucero que en el vuelo estacionario”, afirma Wiegand. “Por eso, nos centramos en la movilidad aérea regional. El vuelo de crucero, que dura entre 30 y 60 minutos, es más eficiente, genera menos ruido y alcanza más velocidad”.

A través del empuje vectorial, el fabricante accede a otros beneficios. Los motores orientables también pueden utilizarse para dirigir el Lilium Jet, lo que elimina las superficies de control que requieren los aviones convencionales. Además de reducir el peso, esta tecnología simplifica la producción, operación y mantenimiento del avión.

Elegir la propulsión

A la hora de elegir la configuración del sistema de propulsión eléctrica, Lilium fue a la vez convencional y radical. Según Wiegand, fue fácil decidir entre imitar el diseño de turbohélice abierta o el de hélice tubular, utilizado en los motores a reacción modernos.

“La mayoría de los pasajeros prefieren la experiencia del motor a reacción”, explica. “Hay menos vibración y ruido. Son un poco más seguros, vuelan más rápido, y tienen más autonomía y capacidad”.

La elección radical fue la cantidad de motores instalados en el Lilium Jet. Los reactores convencionales de ala fija tienen entre dos y cuatro motores. El Lilium Jet tiene nada menos que 30 motores, repartidos entre sus alas y canards.

Una vez más, fue una decisión motivada por la eficiencia. “Los motores grandes tienen que montarse en una góndola suspendida bajo las alas”, explica Wiegand. “El resultado es más peso y más resistencia aerodinámica. En cambio, nosotros repartimos nuestras necesidades energéticas entre muchos motores pequeños. Esto lo podemos hacer porque es un sistema de propulsión eléctrica que podemos adaptar a diferentes tamaños sin perder eficiencia”.

Al integrar pequeños motores en las alas, el diseño de Lilium reduce la resistencia aerodinámica y ahorra mucho peso. “Las góndolas de nuestros motores forman parte del ala”, continúa Wiegand. “Generan sustentación para el avión”.

Resistencia híbrida

El corazón de cada motor eléctrico del Lilium gira rápidamente sobre dos rodamientos, uno justo detrás del ventilador, y el otro, en la parte trasera del motor. Al igual que los demás componentes, afirma Wiegand, los ingenieros de Lilium querían minimizar el tamaño de estos rodamientos como parte de su esfuerzo por reducir al máximo el peso y el volumen.

Los motores prototipo utilizaron rodamientos estándares, pero los ingenieros de Lilium siempre supieron que las versiones de producción requerirían una solución más especializada. “Nuestras exigencias para los rodamientos eran muy claras”, afirma Wiegand. “Necesitamos una unidad muy eficiente para minimizar la pérdida de potencia y la generación de calor. Al no disponer de un sistema de lubricación por aceite o un sistema de refrigeración, el rodamiento debe funcionar únicamente con la lubricación por grasa y la refrigeración por aire. Tampoco prevemos revisiones regulares que impliquen desarmar los motores, por lo que los rodamientos deben durar toda la vida útil del avión”.

Al buscar un producto que cumpliera con estas exigencias, Lilium se puso en contacto con SKF hace unos tres años. Desde entonces, las dos empresas han colaborado para perfeccionar un diseño que cumpla con todos los requisitos de Lilium. A través de cálculos, simulaciones y pruebas físicas, el equipo de SKF identificó un diseño de rodamiento capaz de cumplir con los exigentes requisitos de Lilium en materia de eficiencia y longevidad, y que tuviera la robustez suficiente para resistir las pruebas de impacto y vibración.

El diseño final, actualmente en fase de pruebas en la sede de Lilium en Baviera, Alemania, es un rodamiento rígido de bolas híbrido, con aros de acero y bolas de cerámica. Se lubrica con una grasa avanzada formulada para temperaturas y velocidades altas. Unos sellos cuidadosamente seleccionados garantizan la protección del medioambiente y la retención de la grasa, tanto si el motor funciona horizontalmente en vuelo normal como verticalmente para el despegue y el aterrizaje.

Hacia el lanzamiento

Lilium inició la producción del primer Lilium Jet a finales de 2023, y, actualmente, está inmersa en los preparativos para el primer vuelo tripulado. Los rodamientos de SKF se encuentran entre los miles de componentes listos para la producción que Lilium está ensamblando en su primer avión de certificación. Este avión, al que se unirán otros seis, se utilizará en una campaña de pruebas de vuelo de 18 meses de duración.

Tras 1000 horas de vuelo de demostración de conformidad, se espera iniciar las entregas a los clientes en 2026. Lilium tiene pedidos de reserva para más de 700 aviones, con 106 pedidos y reservas confirmados.

Aún queda mucho trabajo por hacer, pero como ingeniero responsable de innovación y programas futuros, Wiegand ya está pensando en el futuro después del Lilium Jet. Gracias a las mejoras en la tecnología de baterías y los motores, pronostica que, pronto, será posible propulsar aviones más grandes con motores eléctricos. “Todo el mundo está buscando formas de descarbonizar la aviación”, dice. “Otras posibles soluciones, como los e-fuels (o electrocombustibles) o el hidrógeno verde, solo dan respuesta a la mitad del desafío del impacto climático, ya que no eliminan las emisiones a gran altitud procedentes de las estelas de condensación y las nubes que crean”.

“Las baterías mejoran a un ritmo del 5 o 6 por ciento anual”, prosigue Wiegand. “Dentro de unos 15 o 20 años, podremos construir un avión de pasajeros eléctrico convencional con 80 plazas y una autonomía de más de 2000 kilómetros. Con esta tecnología, más silenciosa y más limpia, sería posible sustituir el 80% de los vuelos comerciales del mundo”.