Un avance en la tecnología hipersónica podría permitir la creación de aviones que vuelen a 10 veces la velocidad del sonido
Un avance significativo en la comprensión de la turbulencia hipersónica podría abrir la puerta a vuelos globales de una hora.
Crédito: Shutterstock
sciencedaily.com
Fecha:14 de noviembre de 2025
Fuente: Instituto Tecnológico Stevens
Resumen:El vuelo hipersónico podría algún día hacer que los viajes de larga distancia sean tan rápidos como un cortometraje. Los investigadores están estudiando el comportamiento de la turbulencia a velocidades extremas, un obstáculo crucial para el diseño de estas aeronaves. Sus experimentos con kriptón mediante láser sugieren que la turbulencia a Mach 6 se comporta más como un flujo de aire lento de lo esperado. Los resultados podrían simplificar el diseño de vehículos hipersónicos y acelerar el progreso hacia los viajes ultrarrápidos.
HISTORIA COMPLETA
Nuevos experimentos con láser revelan que la turbulencia a velocidades hipersónicas podría no diferir drásticamente de la turbulencia a velocidades más bajas. Este hallazgo podría optimizar el diseño de aeronaves Mach 5-10 y acercar los viajes ultrarrápidos a la realidad.
Si algún día se logra, el vuelo hipersónico podría transformar radicalmente los viajes internacionales. Lo que actualmente requiere un día entero podría convertirse en un viaje corto, de apenas la duración de una película. Una ruta como la de Sídney a Los Ángeles, que ahora dura unas 15 horas, podría reducirse a tan solo una hora.
«Realmente hace que el planeta parezca más pequeño», afirma el profesor Nicholaus Parziale, cuyo trabajo se centra en convertir los viajes hipersónicos de una aspiración a una realidad. Parziale recibió recientemente el Premio Presidencial a la Trayectoria Profesional Temprana para Científicos e Ingenieros en reconocimiento a su investigación sobre la mecánica de fluidos a velocidades extremas. «Hará que viajar sea más rápido, más fácil y más placentero».
Los desafíos de volar a Mach 10
Recorrer medio mundo en tan solo una hora puede parecer imposible, pero la tecnología no está tan lejos como parece. Algunos aviones militares ya alcanzan velocidades de Mach 2 o Mach 3, lo que significa dos o tres veces la velocidad del sonido. Mach 1 equivale a unos 1223 kilómetros por hora. Para viajar de Los Ángeles a Sídney en sesenta minutos, un avión necesitaría alcanzar Mach 10. Los principales obstáculos son la extraordinaria turbulencia y el calor que se producen durante el vuelo a estas velocidades extremas.
Existe una diferencia fundamental entre el comportamiento del aire alrededor de una aeronave a bajas velocidades y a altas velocidades. Los ingenieros describen estas condiciones como flujo incompresible y flujo compresible. En el flujo incompresible, que se produce a bajas velocidades (por debajo de Mach 0,3 o 225 millas por hora aproximadamente), la densidad del aire se mantiene prácticamente constante. Esta constancia simplifica el diseño aeronáutico. Una vez que una aeronave supera la velocidad del sonido, el flujo de aire se vuelve compresible. «Esto se debe a que un gas puede comprimirse», explica Parziale.
Por qué el comportamiento del flujo de aire es importante para el diseño hipersónico
Cuando el aire se comprime, su densidad cambia en respuesta a las variaciones de presión y temperatura. Estos cambios influyen en la interacción de una aeronave con el aire circundante. «La compresibilidad afecta al flujo de aire alrededor del fuselaje, lo que puede modificar factores como la sustentación, la resistencia y el empuje necesarios para el despegue o el mantenimiento en vuelo». Todos estos factores desempeñan un papel fundamental en el diseño de aeronaves.
Los ingenieros ya comprenden bastante bien el flujo de aire en aeronaves que vuelan por debajo o cerca de la velocidad del sonido, un rango denominado "números Mach bajos". La creación de aeronaves hipersónicas requiere una comprensión mucho más profunda del comportamiento del aire a Mach 5, Mach 6 o incluso Mach 10. Gran parte de ese comportamiento aún es incierto, a excepción de la orientación que proporciona la hipótesis de Mörkovin.
La hipótesis de Morkovin y el misterio de la turbulencia hipersónica
Desarrollada por Mark Morkovin a mediados del siglo XX, la hipótesis propone que, cuando el aire se mueve a velocidades cercanas a Mach 5 o Mach 6, la naturaleza fundamental de la turbulencia se mantiene sorprendentemente similar a la de velocidades más bajas. Si bien el flujo de aire a alta velocidad implica mayores variaciones de temperatura y densidad, Morkovin sugirió que el patrón general del movimiento turbulento permanece prácticamente constante. «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», afirma Parziale. «Si la hipótesis es correcta, significa que no necesitamos un enfoque completamente nuevo para comprender la turbulencia a estas velocidades más altas. Podemos utilizar los mismos conceptos que usamos para los flujos más lentos». Esto también sugiere que las futuras aeronaves hipersónicas podrían no requerir una filosofía de diseño completamente diferente.
A pesar de su importancia, la hipótesis carecía de una validación experimental sólida. Esta carencia motivó la reciente investigación de Parziale, descrita en su estudio «Cantidades turbulentas hipersónicas en apoyo de la hipótesis de Morkovin», publicado en Nature Communications el 12 de noviembre de 2025.
Un experimento con láser y kriptón: once años de preparación
En el estudio, el equipo de Parziale introdujo gas kriptón en un túnel de viento y lo ionizó mediante láseres. Este proceso creó brevemente una línea recta y brillante formada por los átomos de kriptón. Cámaras de alta resolución capturaron cómo esta línea iluminada se curvaba, se retorcía y se distorsionaba al moverse a través del flujo de aire, de forma similar a como una hoja se desplaza y gira en las pequeñas corrientes de un río. «A medida que esa línea se mueve con el gas, se pueden observar ondulaciones y estructuras en el flujo, y a partir de ello, podemos aprender mucho sobre la turbulencia», explica Parziale. Añade que el desarrollo del montaje experimental requirió 11 años de trabajo. «Y lo que descubrimos fue que, a Mach 6, el comportamiento de la turbulencia es muy similar al del flujo incompresible».
El grupo de Parziale recibió apoyo inicial del Programa de Investigación para Jóvenes Investigadores (YIP) de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea en 2016 y del YIP de la Oficina de Investigación Naval (ONR) en 2020, y el trabajo más reciente también fue financiado por la ONR.
Qué significan estos hallazgos para el futuro de los vuelos y el acceso al espacio
Aunque la hipótesis de Morkovin aún no está completamente demostrada, los nuevos resultados acercan a los científicos a la comprensión de cómo diseñar aeronaves capaces de soportar velocidades hipersónicas. Los hallazgos indican que los ingenieros quizá no necesiten reinventar el enfoque fundamental del diseño de aeronaves para estas condiciones extremas, lo que simplifica considerablemente el desafío.
«Hoy en día, necesitamos ordenadores para diseñar un avión, y los recursos computacionales necesarios para diseñar un avión que vuele a Mach 6, simulando todos los pequeños detalles, serían imposibles», explica Parziale. «La hipótesis de Morkovin nos permite simplificar los supuestos para que las exigencias computacionales del diseño de vehículos hipersónicos sean más viables».
Parziale añade que estos mismos principios podrían transformar el acceso al espacio en el futuro. «Si podemos construir aviones que vuelen a velocidad hipersónica, también podremos enviarlos al espacio, en lugar de lanzar cohetes, lo que facilitaría el transporte hacia y desde la órbita terrestre baja», afirma. «Supondrá un cambio radical para el transporte no solo en la Tierra, sino también en órbita baja».
________________
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por el Instituto Tecnológico Stevens . Nota: El contenido puede haber sido editado por estilo y extensión.
______________
Referencia de la revista:
BA Segall, TC Keenoy, JC Kokinakos, JD Langhorn, A. Hameed, D. Shekhtman, NJ Parziale. Magnitudes turbulentas hipersónicas en apoyo de la hipótesis de Morkovin . Nature Communications , 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-65398-4
Instituto Tecnológico Stevens. «Un avance hipersónico podría permitir la creación de aviones que vuelen a 10 veces la velocidad del sonido». ScienceDaily. ScienceDaily, 14 de noviembre de 2025. < www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251114091854.htm > .
