Avance hipersónico: aviones que volarán a 10 veces la velocidad del sonido

El vuelo hipersónico podría transformar radicalmente los viajes internacionales, permitiendo que lo que actualmente toma un día se reduzca a una duración similar a la de una película. Por ejemplo, un trayecto entre Sídney y Los Ángeles, que hoy dura aproximadamente 15 horas, podría realizarse en solo una hora.

El profesor Nicholaus Parziale, cuyo trabajo se centra en convertir el viaje hipersónico en una realidad, destacó: "Realmente encoge el planeta". Parziale recibió recientemente el Premio Presidencial a Jóvenes Investigadores por su investigación en mecánica de fluidos a velocidades extremas. "Hará que viajar sea más rápido, fácil y placentero".

Aunque cubrir la mitad del mundo en una hora puede parecer imposible, la tecnología necesaria no está tan lejos. Algunos aviones militares ya alcanzan velocidades de Mach 2 o Mach 3, es decir, dos o tres veces la velocidad del sonido. Para viajar de Los Ángeles a Sídney en 60 minutos, un avión necesitaría alcanzar Mach 10. Los principales obstáculos son la extraordinaria turbulencia y el calor generados durante el vuelo a estas velocidades extremas.

Existen diferencias fundamentales en el comportamiento del aire alrededor de un avión a bajas y altas velocidades. Los ingenieros describen estas condiciones como flujo incomprensible y flujo comprensible. En el flujo incomprensible, que ocurre a velocidades inferiores a Mach 0.3 (225 millas por hora), la densidad del aire se mantiene casi constante, lo que simplifica el diseño aeronáutico. Sin embargo, al superar la velocidad del sonido, el flujo de aire se vuelve comprensible, lo que significa que el gas puede comprimirse.

Cuando el aire se comprime, su densidad cambia en respuesta a variaciones de presión y temperatura, lo que influye en cómo un avión interactúa con el aire circundante. "La compresibilidad afecta cómo el flujo de aire rodea el cuerpo, lo que puede cambiar aspectos como la sustentación, la resistencia y el empuje necesarios para despegar o mantenerse en el aire". Todos estos factores son cruciales en el diseño de aeronaves.

Los ingenieros ya comprenden bastante bien el flujo de aire para aviones que vuelan por debajo o cerca de la velocidad del sonido, un rango denominado números de Mach bajos. La creación de aeronaves hipersónicas requiere un entendimiento mucho más profundo de cómo se comporta el aire a Mach 5, Mach 6 o incluso Mach 10. Gran parte de este comportamiento sigue siendo incierto, salvo por la guía proporcionada por la hipótesis de Morkovin.

Desarrollada por Mark Morkovin a mediados del siglo XX, la hipótesis propone que cuando el aire se mueve alrededor de Mach 5 o Mach 6, la naturaleza fundamental de la turbulencia se mantiene sorprendentemente similar a la turbulencia a velocidades más bajas. Aunque el flujo de aire a alta velocidad implica cambios más grandes en temperatura y densidad, Morkovin sugirió que el patrón general del movimiento turbulento permanece mayormente consistente. "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", explicó Parziale. "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 utilizamos para los flujos más lentos".

A pesar de su importancia, la hipótesis ha carecido de una validación experimental sólida. Esta brecha llevó a la reciente investigación de Parziale, descrita en su estudio "Cantidades turbulentas hipersónicas en apoyo a la hipótesis de Morkovin", publicado en Nature Communications el 12 de noviembre de 2025.

En el estudio, el equipo de Parziale introdujo gas kripton en un túnel de viento y utilizó láseres para ionizarlo. Este proceso creó brevemente una línea recta brillante formada por los átomos de kripton. Cámaras de alta resolución capturaron cómo esta línea iluminada se doblaba, retorcía y distorsionaba al moverse a través del flujo de aire, similar a cómo una hoja se desplaza y gira dentro de pequeñas corrientes en un río. "A medida que esa línea se mueve con el gas, se pueden ver arrugas y estructuras en el flujo, y de eso podemos aprender mucho sobre la turbulencia", comentó Parziale. Desarrollar el equipo experimental requirió 11 años de esfuerzo. "Y lo que encontramos fue que a Mach 6, el comportamiento de la turbulencia es bastante similar al flujo incomprensible".

El grupo de Parziale recibió apoyo inicial de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea en 2016 y de la Oficina de Investigación Naval en 2020, siendo este último trabajo también financiado por ONR.

Si bien la hipótesis de Morkovin aún no está completamente probada, los nuevos resultados acercan a los científicos a entender cómo diseñar aeronaves que puedan soportar velocidades hipersónicas. Los hallazgos indican que los ingenieros pueden no necesitar reinventar el enfoque fundamental del diseño de aeronaves para estas condiciones extremas, lo que simplifica significativamente el desafío.

"Hoy, debemos usar computadoras para diseñar un avión, y los recursos computacionales para diseñar un avión que vuele a Mach 6, simulando todos los pequeños detalles, serían imposibles", explicó Parziale. "La hipótesis de Morkovin nos permite hacer suposiciones simplificadoras para que las demandas computacionales para diseñar vehículos hipersónicos sean más manejables".

Parziale agregó que los mismos principios podrían transformar el acceso futuro al espacio. "Si podemos construir aviones que vuelen a velocidades hipersónicas, también podemos volarlos al espacio, en lugar de lanzar cohetes, lo que facilitaría el transporte hacia y desde la órbita terrestre baja", afirmó. "Será un cambio radical para el transporte, no solo en la Tierra, sino también en la órbita baja".