A medida que la aviación se vuelve eléctrica, ¿cómo garantizar la seguridad y agilizar la regulación?

Los aviones eléctricos se enfrentan a muchos obstáculos antes de despegar. Los retos tecnológicos del peso frente a la autonomía son más conocidos, pero los e-planes deben ser certificablemente seguros. El autor invitado Vance Hilderman ayuda a los recién llegados a sortear las turbulencias de la certificación y señala las bolsas de aire en la reglamentación.

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La industria de la aviación ha estado últimamente en el punto de mira debido a su gran huella de carbono, de aproximadamente 2,5% de emisiones mundiales de dióxido de carbono post-Covid. Esto supone más de mil millones de toneladas de dióxido de carbono, una cifra que se ha cuadruplicado desde 1966. Además, los aviones propulsados por combustibles fósiles también generan otras emisiones que contribuyen al cambio climático el doble que el CO2.

Para hacer frente a este problema, los fabricantes han dado pasos de gigante en la última década en el desarrollo de aviones de propulsión eléctrica. Aunque la mayoría de estos proyectos de desarrollo se centran en vehículos más bien pequeños -por lo general, naves con capacidad para entre dos y doce personas-, algunos actores de la industria aspiran a conseguir aviones comerciales de tamaño completo en los próximos años.

Un ejemplo es Wright Electric, con sede en EE. según se informa trabaja en un avión de pasajeros de 100 plazas totalmente eléctrico, el Wright Spirit, que saldrá a la venta en 2026. Otro ejemplo es Aeroespacial del corazón de Suecia, desarrollando un avión de pasajeros ligeramente más pequeño pero totalmente eléctrico que saldrá al mercado el año siguiente. Ya no es cuestión de si los aviones propulsados por electricidad se convertirán en una realidad comercial, sino de cuándo lo harán.

Sin embargo, aún quedan muchos retos por superar, no sólo desde el punto de vista de la ingeniería, sino también desde el punto de vista normativo. Hasta que no se superen estos obstáculos, es poco probable que veamos a los aviones eléctricos apoderarse de nuestros cielos.

Preocupaciones de seguridad

Con cualquier nueva tecnología, siempre hay preguntas sobre la seguridad. En el caso de los aviones totalmente eléctricos (AEA), la mayor preocupación en materia de seguridad reside en las baterías de iones de litio que los alimentarán. Las baterías tienen el potencial de incendiarse durante el proceso de carga por un aumento incontrolable de la temperatura conocido como "fuga térmica". Además, cualquier daño en la batería que haga que las sustancias químicas de su interior queden expuestas al oxígeno o al agua puede provocar una rápida oxidación y el fallo del sistema.

Afortunadamente, estos problemas pueden superarse mediante el uso de sistemas eficaces de contención de riesgos. Esto resolvería las preocupaciones de seguridad tanto de los reguladores como del público en general, pero resolver el problema de seguridad crea un nuevo problema de peso adicional en el avión. Los AEA son muy sensibles al peso debido a la escasa densidad energética de las baterías en comparación con el combustible para aviones. Aunque el problema de las limitaciones actuales de las baterías es un importante reto de ingeniería, muchos fabricantes de aviones confían en que se logre un gran avance en los próximos años. (En cuanto a los aviones propulsados por hidrógeno, éste es nuestro informe detallado.)

Otra cuestión de seguridad se refiere al uso cada vez mayor de sistemas eléctricos integrados en los aviones. Componentes como el aire acondicionado, la presurización de la cabina, el deshielo, el tren de aterrizaje y los sistemas de frenado han sido tradicionalmente alimentados por sistemas neumáticos, hidráulicos o mecánicos. Hoy en día, es cada vez más común ver que estos componentes se alimentan eléctricamente. Las ventajas de estos "aviones más eléctricos" (MEA) incluyen la reducción del peso y del consumo de combustible, la disminución de los costes de mantenimiento y la reducción del ruido.

Sin embargo, a medida que ha aumentado el número de componentes alimentados eléctricamente, también lo han hecho las necesidades de potencia y la complejidad de los sistemas. La transmisión de grandes cantidades de energía eléctrica alrededor de una aeronave a un alto voltaje es necesaria para minimizar las pérdidas resistivas, o calentamiento Joule, pero esta transmisión crea el riesgo inevitable de rotura del aislamiento y formación de arcos, que pueden causar fallos catastróficos en los equipos.

Conservar algunos de los sistemas eléctricos más antiguos para la redundancia suele proponerse como una forma de superar este problema de seguridad. Dos ejemplos de ello son los Airbus A350 y A380, que han adoptado sistemas eléctricos adicionales conservando también los sistemas neumáticos por redundancia.

¿Retrasados por la regulación?

Una queja común que suele surgir en los debates sobre nuevas tecnologías es la lentitud del desarrollo de las normativas. El desarrollo de nuevas normas de producción y reglas de seguridad y certificación por parte de los reguladores suele ir por detrás del desarrollo tecnológico, lo que paraliza el desarrollo del producto. Y esto es exactamente lo que está ocurriendo con las aeronaves electrónicas. El problema para muchos fabricantes de AEA es que a menudo se ven obligados a diseñar sus aviones sin tener una idea firme de cuáles serán las normas de certificación. La FAA está trabajando actualmente para crear una consideración especial para los motores eléctricos e incluso está trabajando junto a algunos fabricantes de aviones eléctricos, como MagniX, para lograrlo. Pero el proceso sigue siendo lento y debe producirse producto a producto.

La SAE International, desarrolladora de normas mundiales para la industria aeroespacial, está dando pasos de gigante en materia de reglamentación. La organización pretende utilizar su proceso de normalización para desarrollar un consenso entre desarrolladores y reguladores sobre las mejores prácticas. La esperanza es que, trabajando juntos en colaboración, los desarrolladores y los reguladores puedan reducir el desfase entre el desarrollo de la tecnología y la normativa que regula su uso y aplicación.

Dicho esto, seguirán existiendo algunos obstáculos normativos importantes, sobre todo en lo que se refiere a consideraciones de software como la DO-178C. A medida que ha crecido la proporción de componentes electrónicos integrados en las aeronaves, también lo han hecho las pruebas de software en profundidad para garantizar que todos los sistemas funcionan como deberían. Los métodos tradicionales de prueba de software implican grandes volúmenes de datos y mucho esfuerzo manual.

Dada la naturaleza evolutiva de la industria de los AEA, los profesionales de las pruebas de software están constantemente jugando a ponerse al día para familiarizarse con las variadas arquitecturas de los sistemas. Es posible que sea necesario realizar ajustes en la forma en que se implementan las normativas de software con las aeronaves eléctricas.

Reflexiones finales

El creciente deseo de reducir las emisiones, los costes de explotación y las mayores oportunidades de abrir nuevos mercados están impulsando el desarrollo de los aviones eléctricos. Sin embargo, está claro que aún queda mucho por hacer tanto en materia de ingeniería como de reglamentación antes de que veamos el primer vuelo comercial totalmente eléctrico.
Pero cuando ese primer vuelo comercial se produzca, supondrá un cambio de juego que anunciará una nueva era en la historia de la aviación, al tiempo que allanará el camino hacia un futuro más ecológico.

>> El autor invitado Vance Hilderman es experto en aviónica desde hace más de tres décadas y director general de Afuzion, que proporciona a las empresas de aviación y aviónica conocimientos, experiencia y formación en cumplimiento de normas críticas de seguridad.