Desde Nueva York, Kelekona sorprendió a todos con la presentación de un avión eléctrico de despegue y aterrizaje vertical que se desmarcaba de la tendencia general. Su aeronave tiene una capacidad para 40 pasajeros más un piloto y puede recorrer grandes distancias a alta velocidad. El diseño del fuselaje le permite prescindir de las alas, ya que todo él constituye un cuerpo de elevación en el que la sustentación se confía a la aerodinámica. Las claves de su diseño y de las características de los componentes que lo forman fueron desveladas por Braeden Kelekona, fundador y CEO de la empresa, en un videochat con New Atlas.
Los aviones eléctricos conocidos como eVTOL, están tomando protagonismo en el mercado aeronáutico por las posibilidades que ofrecen sobre todo para el transporte urbano de pequeña distancia. Muchas son las propuestas que se presentan para crear una nueva clase de taxis eléctricos aéreos, cero emisiones, silenciosos y baratos que pueden transformar el aspecto de las ciudades en los próximos años. La mayoría de las empresas que han presentado algún proyecto trabajan a pequeña escala, con aeronaves dotadas de una cabina que puede albergar en su interior entre 2 y 5 pasajeros para realizar desplazamientos urbanos.
Pero algunos diseños son tan radicalmente diferentes que no pueden pasar desapercibidos. Es el caso de la startup neoyorquina Kelekona que ha presentado algo que no se parece en nada a ninguna de las propuestas anunciadas hasta la fecha. Un avión eVTOL que no tiene alas porque su diseño aerodinámico es precisamente el de un ala. Estas son sus características:
- Para alimentar su sistema eléctrico utilizará una batería de 3,6 MWh que es se puede cargar en menos de una hora pero que además permite el intercambio, para acelerar todavía más el proceso.
- Estas baterías supondrán el 70-80 % de su peso, aproximadamente 13,5 toneladas.
- En su interior podrán acomodarse 40 pasajeros o 4.500 kilogramos de carga (10.000 libras) que viajarán a velocidades de alrededor de 320 km/h (200 mph) a distancias de hasta 600 kilómetros (375 millas).
- Para poder apoyarse en la forma aerodinámica de su fuselaje tendrá que alcanzar una velocidad mínima de 160 km/h (100 mph).
- No necesitará ninguna infraestructura aérea nueva ya que podrá emplear cualquier helipuerto para despegar y aterrizar.
Kelekona no tiene la intención de empezar su proyecto creando prototipos a escala. Si consigue la financiación inicial, el equipo construirá un prototipo de tamaño completo en menos de un año.
En una larga entrevista Braeden Kelekona, fundador y CEO de la empresa ha explicado en detalle los secretos ocultos de este proyecto en el que lleva trabajando desde hace cinco años, aunque la empresa fue creada en 2019. Anteriormente fue director creativo en una empresa de publicidad en la que trabajaba con los primeros drones que se utilizaban para cinematografía. Cuando se producía un accidente o una avería, él mismo se encargaba de repararlos puesto que las empresas dedicadas a estos servicios eran pocas y lentas, con plazos de entrega de más de medio año.
En diferentes foros comenzó a aprender sobre la tecnología de estos drones y se dio cuenta de que su mecánica era bastante sencilla, lo que les otorgaba un toque de elegancia. Esa simplicidad se convirtió en una oportunidad para ampliar sus posibilidades y comenzó a investigar sobre el tema.
En la idea original la aeronave era muy similar a muchos de los eVTOL que se pueden ver ahora, en los que el espacio es reducido lo que no permite transportar a muchas personas a la vez. Sin embargo, un vehículo pequeño no era lo más apropiado para moverse en una ciudad como Nueva York, en la que los medios de transporte son masivos. Con un espacio aéreo reducido, miles de pequeños drones volando en él harían imposibles los desplazamientos. Así llegó la idea de hacer un avión en el que se pudiesen desplazar la mayor cantidad de personas posible.
Kelekona estudió la estructura de los aviones con el objetivo de construir una "batería voladora" en lugar de empezar por diseñar una aeronave en la que posteriormente colocarla. Esa idea fue la que dio la forma al diseño final. Los cinco primeros años Braeden trabajó solo, pero en 2019 creo la empresa y comenzó a contar con un equipo de personas muy diverso. Todos provienen de diferentes orígenes y disciplinas. Uno de los ingenieros trabajó en Tesla, y contaba con experiencia en baterías, el componente en el que se centraba el proyecto.
La batería
El diseño arrancó a partir de una batería de 3,6 MWh de capacidad cuya característica fundamental es la modularidad. Su interior está compuesto por varias baterías que alimentan a ocho rotores diferentes cada uno, que giran gracias a un motor eléctrico BLDC (síncrono de imanes permanentes). Para cargar la batería no se utiliza un único enchufe que la carga completamente sino ocho diferentes que cargan simultáneamente cada uno de los módulos. Eso permite una rapidez relativa a la hora de realizar esta operación que podría llevar días si se hiciese de la manera convencional.
Actualmente, ningún vehículo cuenta con una batería que albergue 3,6 MWh de energía. Será interesante conocer las especificaciones de los camiones eléctricos que están por llegar para aproximarse a estas cifras. El Tesla Semi o el camión eléctrico de Nikola Motors deberán transportar baterías industriales. Al respecto, Braeden tan solo quiso confirmar que Kelekona no está fabricando baterías internamente en este momento, sino que está empleando celdas existentes de otros fabricantes.
A pesar de los ocho conectores, la carga rápida de cada uno de los módulos precisa de una gran cantidad de energía que hay que extraer de la red. El objetivo es que toda la batería quede cargada en una hora. Braeden Kelekona no trata de explicar cómo lograrlo, solo insiste en que la tecnología existe ya que la clave está en la forma de cargar la batería por módulos individuales, con múltiples entradas y salidas desde la estación de carga. Según las simulaciones de sus algoritmos de prueba, el alcance aproximado que podría proporcionar esta batería es de al menos 480 kilómetros.
La aerodinámica y los rotores
El enfoque de la batería voladora obligaba a optimizar su forma para lograr lo que se conoce como "cuerpo de elevación". Cuando se alcanzan los 160 km/h (100 mph) se crea la suficiente sustentación para soportar en el aire toda la estructura de la aeronave. Para alcanzar esta velocidad debe apoyarse en un empuje vectorial hasta alcanzar un límite superior fijado en los 320 km/h (200 mph) para evitar una excesiva resistencia del aire.
Braeden reconoce que no está claro cuánto tiempo llevará pasar de uno a otro límite pero sabe que el momento en el que se necesita una mayor cantidad de energía es en el despegue. Por eso, la prioridad de este proyecto son los vuelos de crucero, ya que el objetivo es pasar la mayor parte del tiempo apoyándose en el deslizamiento.
Esta es la razón que lleva a un diseño del fuselaje como el que ha presentado Kelekona. La relación entre el peso de la batería y el peso total es de un 70 %, muy superior a lo que proponen el resto de los aviones eVTOL.
El término cuerpo de elevación se hizo popular en la década de 1920 de la mano de un ingeniero llamado Vincent Brunelli que propuso varios diseños de aviones muy interesantes. A partir de sus estudios Kelekona construyó la batería más grande que pudo cumpliendo dos características fundamentales: que pudiera colocarse sobre ese cuerpo de elevación y que además pudiera ser intercambiable. Este intercambio se puede realizar una vez finalizada la maniobra de aterrizaje del avión, durante el tiempo en el que los pasajeros se levantas de sus asientos y se trasladan a la sala del helipuerto, en aproximadamente 15 minutos.
La forma del fuselaje que se ve en las imágenes es un ala ancha en la parte delantera y que va perdiendo sección hacia la parte trasera. Allí se disponen elevadores que ayudan a corregir la inclinación, ayudan con la estabilidad y ofrecen el empuje durante el vuelo de crucero. En la parte delantera se montan los rotores que vectorizan el empuje.
El tamaño final de la aeronave es de aproximadamente 13,7 metros (45 pies) de diámetro lo que quiere decir que cabe perfectamente en un helipuerto estándar. Además cuenta con una puerta de carga de 3,6 metros de ancho (12 pies), que agiliza la logística de los vuelos de media milla. Con el tren de aterrizaje recogido su altura es de aproximadamente 2,75 metros (9 pies). Para poner estos números en contexto, su tamaño es aproximadamente el de un autobús. En cuanto a su peso, es más pesado que la mayoría de los helicópteros, pero más liviano que un avión de pasajeros estándar.
Otro aspecto importante es el ruido que puede generar una aeronave como esta. Por eso, lo rotores se montan en el interior de conductos que no solo son más eficientes energéticamente sino que también reducen mucho el ruido, al contrario de lo que ocurre con los rotores abiertos. En sus simulaciones Kelekona ha calculado que el ruido que emite su aeronave no es superior al que emiten los demás y que es más silencioso que un helicóptero y que la mayoría de los aviones propulsados por turbinas de combustión.
La seguridad, la redundancia y la certificación
Los aviones eVTOL tienen que ser "impecables" en cuanto a la seguridad de sus pasajeros. A partir del despegue, cuando la aeronave se eleva los primeros metros deben existir sistemas de seguridad que respondan ante un fallo total. Para eso el diseño se basa en el concepto de la redundancia: deben existir varios sistemas independientes de baterías, sistemas de propulsión, controladores de vuelo y aviónica. No se pueden controlar las consecuencias de un incidente, pero si se puede reducir la probabilidad de que ocurra.
Una de las claves de la certificación de entidades con la FAA (Administración Federal de Aviación de Estados Unidos) es conocer cómo responde el sistema en caso de fallo. El sistema de sensores de Kelekona entra aquí en juego. El software de control cuenta con los datos que ofrecen los sensores ópticos, los ultrasónicos y el sistema de radar dual. Todos ellos permiten obtener un sistema seguro y redundante que ve su entorno, detecta los posibles fallos y actúa para evitarlos o minimizarlos.
La aeronave cuenta con dos sistemas, uno en la parte superior y otro en la inferior apoyados por un radar de largo alcance y dos teleobjetivos situados en la parte delantera. Todo ellos combinado ofrece una visión de hasta 160 kilómetros (100 millas) de alcance. Gracias a ello el avión puede detectar, por ejemplo, la presencia de un pájaro en su trayectoria a una gran distancia y maniobrar para evitarlo. En caso de no hacerlo y de que golpeara contra un rotor, entraría en juego el sistema redundante. Cada rotor cuenta con un motor BLDC independiente que minimiza las consecuencias de un fallo o de un accidente. Además, cuenta con hélices contrarrotantes, es decir, dos en cada cápsula de rotación, cada una de ellas girando en un sentido, que además de ayudar con la propulsión también forman parte del sistema redundante.
Estado actual del avión de Kelekona
En el desarrollo del su eVTOL, Kelekona ha optado por un enfoque diferente. Los primeros trabajos se han basado en la simulación para obtener el rendimiento que se necesitaba para los programas de vuelo a los que se dirigía. Con el resultado del tipo de empuje necesario se puede deducir el tamaño de los rotores y la energía necesaria en la batería.
El siguiente paso es la construcción de un prototipo con un fuselaje a gran escala para el que todavía se está jugando con las especificaciones de la batería que arrancará en los 3,6 MWh. Hasta ahora, tan solo algunos componentes se han construido a subescala para obtener los datos necesarios para la escala real.
Braeden explica la razón por la que no tiene sentido construir una versión a escala con la que realizar pruebas de vuelo y recuperar los datos que deberían ser traducidos a la escala total. "Estamos construyendo un ala gigante, esencialmente, eso es lo que es un cuerpo de elevación, por lo que los datos son diferentes cuando se habla de un modelo de subescala o de escala completa. Hay cosas interesantes que puede hacer con ventiladores escalados, almacenamiento de energía escalado y consumo de energía y cosas por el estilo. Pero si realmente se desea marcar el rendimiento del avión en su conjunto, debe construirse el fuselaje grande".
Este prototipo precisa por lo tanto una batería enorme que no existe actualmente en el mercado. Kelekona está comprando celdas que está empaquetando y que constituye la parte más importante del presupuesto. Para eso, el proyecto necesita inversores interesados en que en un futuro, esta aeronave sea capaz de generar beneficios económicos. Con Kelekona trabajan ya algunas empresas de carga de Nueva York y varios fondos de capital riesgo.
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