En agosto de 1967 los servicios de inteligencia de Estados Unidos examinaron unas impactantes fotografías obtenidas por los satélites de reconocimiento y vigilancia. Las imágenes mostraron una extraña máquina voladora, de tamaño descomunal, viajando a más de 400 km/h al ras de las aguas del Mar Caspio. Grabada en su fuselaje llevaba las marcas de la marina soviética junto a las letras KM. El descubrimiento, en plena Guerra Fría, preocupó gravemente a la Agencia Central de Inteligencia de los Estados Unidos (CIA) que bautizó a la aeronave como el “Monstruo del Caspio”. Rápidamente se creó un grupo de trabajo específico para determinar cuál era el secreto detrás del enigmático vehículo. Recién en la década de 1980, el mundo occidental pudo develar el misterio, uno de los inventos más recelosamente custodiados de la Unión Soviética.
Barcos no tan rápidos
Para permitir servicios más atractivos y rentables, el desarrollo de vehículos marítimos veloces y eficaces resultó imperioso a comienzos del siglo XX. Sin embargo, el gran problema a sortear era encontrar una forma de reducir la elevada resistencia hidrodinámica que actúa sobre la embarcación a medida que aumenta la velocidad.
Hacia la década del 50 se habían consolidado como solución los alíscafos también llamados acuaplanos o hidroalas, por entonces los buques más rápidos del mundo. Éstos consisten en un ingenioso tipo de embarcación que lleva montada en la parte inferior del casco una estructura en forma de ala con perfil hidrodinámico.
A medida que la embarcación aumenta su velocidad, las hidroalas desarrollan una fuerza de sustentación lo suficientemente elevada para levantar el buque fuera del agua. Esto reduce en gran medida la resistencia al avance permitiendo alcanzar mayores velocidades y logrando un aumento correspondiente en la economía de combustible.
Sin embargo, los más rápidos alíscafos sólo podían alcanzar velocidades en torno a 110 km/h. Estaban limitados por un fenómeno llamado cavitación, pequeñas burbujas que se generan en las superficies de las hidroalas, cuando se llega a cierta velocidad crítica, y que producen una resistencia adicional. Esto entorpece la sustentación generada y el ascenso del alíscafo se ve comprometido. Fue un problema que los ingenieros jamás pudieron solucionar.
Es aquí cuando aparece Rostislav Alexeyev, un pionero diseñador ruso de numerosos alíscafos que, por aquel entonces, surcaban las aguas de la Unión Soviética transportando pasajeros.
Alíscafos de Alexeyev. Al mando de la Oficina Central de Diseño de Hidroalas, Alexeyev diseñó los primeros alíscafos producidos en serie y explotados comercialmente. El Roket (izquierda) evaluado en 1957 en el río Volga cubrió una distancia de 430 km en 7 horas, cuando un barco normal lo realizaba en 30 horas. El Meteor (derecha) producido entre 1961 y 1991 podía transportar hasta 123 personas.
Obsesionado con la velocidad, tuvo una idea innovadora y revolucionaria. ¿Y si movía las hidroalas completamente fuera del agua? Hacerlo implicaría un cambio de la hidrodinámica a la aerodinámica, pero permitiría, en principio, alcanzar velocidades antes inimaginables para embarcaciones.
Alexeyev, basándose en un alíscafo, reubica las hidroalas como alas convencionales e introduce motores en la proa.
¿Cómo funcionaría? Una vez que los buques alcanzaran velocidades lo suficientemente rápidas se elevarían por encima del agua, pero no volarían como un avión. En cambio, se desplazarán justo arriba de la superficie, siendo las primeras aeronaves a gran escala en aprovechar un fenómeno aerodinámico llamado efecto suelo.
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¿Qué es el efecto suelo?
El efecto suelo es la reducción de la resistencia aerodinámica que se produce cuando una aeronave vuela sobre una superficie, ya sea esta tierra o agua, a una altitud igual o inferior a la longitud del ala.
Este fenómeno se debe a la sobrepresión debajo del ala originada por el bloqueo de flujo entre el ala y el suelo. Por otro lado, se obstruye la creación de vórtices de puntera del ala reduciéndose la resistencia aerodinámica. La combinación de estos factores se traduce en una sustentación adicional haciendo que la aeronave se deslice o “flote” cerca de la superficie.
Volando en estas condiciones un avión necesita un ángulo de ataque menor para producir la misma cantidad de sustentación y consume sólo 1/5 de la potencia requerida para volar fuera del efecto suelo.
Esto se puede percibir en cualquier avión, tanto en el despegue como en el aterrizaje, justo antes de que el tren de aterrizaje toque el suelo, y es algo con lo que los pilotos deben lidiar. Por ejemplo, algunos aviones pueden despegar incluso si están sobrecargados, pero no serán capaces de ascender más allá de la altitud en la que actúa el efecto suelo. Las naves de Alexeyev fueron bautizadas ekranoplanos (del ruso Planeador de Superficie) ya que estaban diseñadas para maximizar esta característica y no salir nunca de la zona de efecto suelo.
Es así que el alíscafo sumergido poco profundo y el ekranoplano que vuela cercano a la superficie del agua pueden considerarse como una imagen especular el uno del otro. En el primero, la fuerza de sustentación hidrodinámica se incrementa con el aumento en la profundidad del hidroala. En cambio, en el segundo la fuerza de sustentación aerodinámica se incrementa con la disminución de la altura de vuelo.
Primeras pruebas
A Alexeyev le apasionaba la idea de dotar a la URSS de un nuevo medio de transporte, entre barco y avión, que combinara las fortalezas de ambos. Podía desplazarse a velocidades mucho mayores que la de los vehículos marinos y con una capacidad de carga superior a la de un aeronave.
Es así que, en 1958, la oficina de la que estaba a cargo comenzó con el diseño del primer prototipo, a partir de un alíscafo existente. Tras los ensayos efectuados en 1961 se manifestaron los primeros inconvenientes: para despegar y aterrizar era necesario alcanzar altas velocidades y su comportamiento resultaba excesivamente sensible a la condición de la superficie. Para reducir estas velocidades se montaron motores en la proa de modo que suministren aire debajo del ala principal y así mejorar la sustentación. Por otra parte, se dispusieron alas en tándem, una en el centro y otra en la popa, a efectos de optimizar la maniobrabilidad.
Sin embargo, la combinación entre el sistema de soplado y las alas en tándem, agravó el problema de estabilidad durante los movimientos de cabeceo. Para sortear este escollo dispusieron la cola en forma de “T”. De esta manera el ala principal se mantendría en la región de efecto suelo mientras que el estabilizador horizontal, es decir la cola de la aeronave, quedaría bien arriba alejado de su influencia.
El primer prototipo (izquierda), alcanzó una velocidad máxima de 270 km/h y una altura de vuelo de 1 metro. Se evidencia el diseño de cola estándar, las alas en tándem y una curiosa aleta dorsal por encima de la cabina. Uno de los diseños definitivos (derecha) con cola en T y dos turbinas en proa para mejorar la sustentación del ala, lo que le permitía elevarse hasta 2,5 metros por encima de la superficie.
Esta configuración sería la utilizada en la mayoría de los diseños posteriores. El desempeño en las pruebas fue tan alentador que en 1963 Alexeyev y su equipo lograron convencer al primer ministro soviético Nikita Jruschov para que respalde el resto del programa. Tiempo después Jruschov manifestaría que la Unión Soviética contaba con “barcos que podían saltar puentes”.
Sin embargo, para comenzar su producción, resultaba imperioso acceder a recursos adicionales y la única manera de que eso sucediera, en el ápside de la Guerra Fría, era si se demostraba el potencial militar de su idea.
El monstruo del mar caspio
La Armada Soviética vislumbró el potencial de una aeronave con esta capacidad. Sería una poderosa herramienta en el combate en mar abierto y una posible respuesta a la hegemonía naval norteamericana. Como volaba a baja altitud no sería detectado por los radares antiaéreos enemigos y al estar completamente emergido también sería invisible al sonar, evitando minas y torpedos submarinos, siendo perfecto para lanzar ataques sorpresa. Asimismo, podía operar en superficies planas no preparadas (estepas, campos de nieve o cuerpos de agua) y acceder a costas y playas poco profundas, inaccesibles para los buques convencionales, transportando rápidamente toneladas de equipo y personal. Por otro lado, podían salir de la zona de efecto suelo y ganar una altitud de hasta 300 metros, suficiente para superar cualquier obstáculo. Finalmente, prometían ser relativamente baratos y simples de construir.
Atraídos por desarrollar una tecnología que los estadounidenses carecían, la oficina de Alexeyev logró convencer inmediatamente a la Armada Soviética consiguiendo su apoyo para financiar el proyecto.
Tras 2 años de trabajo en total hermetismo la construcción del primer aparato fue finalizada. La embarcación nombrada KM (siglas de Nave Prototipo o Korabl Maket en ruso) tenía 92 m de longitud, 38 m de envergadura y 22 m de altura máxima. Pesaba 240 toneladas en vacío y podía despegar con 544 toneladas, casi el doble que el avión de transporte Antonov An-22, por entonces el avión más pesado del mundo. Estaba propulsado por 12 turborreactores de los cuales 8 iban montados en la proa y 2 en la cola que en conjunto proporcionaban un total de 130 toneladas de empuje. Este enorme leviatán metálico se convirtió en el avión más pesado (récord que ostentaría hasta 1988) y el más largo jamás construido.
El KM contaba con 12 turborreactores Dobrynin VD-7, el mismo modelo utilizado en aviones de bombardeo estratégico, volaba entre 4 y 14 metros por encima de la superficie y desplazándose a 450 km/h tenía un alcance de 1500 km. Podía transportar hasta 900 personas a bordo duplicando su peso en carga.
El reto era encontrar un lugar donde un vehículo tan llamativo pudiera probarse completamente en secreto. Al final, se eligió la ciudad de Kaspiyski, un pueblo a orillas del Mar Caspio, el espejo de agua interior más grande del mundo. Transportado en total secreto por el río Volga hasta las instalaciones de pruebas, voló por primera vez el 16 de octubre de 1966.
Tras 50 minutos, y con el propio Alexeyev a bordo, los vuelos de prueba concluyeron con un éxito rotundo. El futuro parecía completamente despejado para los ekranoplanos, o al menos eso es lo que se pensaba.
Soplo de Alexeyev. Los 8 motores de proa se utilizaban durante el despegue y aterrizaje (izquierda) para inyectar flujo de aire debajo del ala y optimizar la sustentación. Una vez alcanzados 120 km/h despegaba de la superficie y sólo se requerían los 2 motores de popa para propulsarlo (derecha).
Los ensayos realizados durante los años siguientes hicieron cada vez más notables las desventajas y deficiencias de este sistema:
A velocidades inferiores a la de despegue las olas golpeaban continuamente el casco de la aeronave poniendo a prueba su resistencia y llegando a dañar, en ocasiones, elementos estructurales.
Para virar, la nave debía rotar, como sucede con cualquier otro aeroplano. Sin embargo, si el viraje era muy pronunciado la baja altitud de vuelo hacía que el ala se sumerja completamente en el agua. Esta situación, para una embarcación que viaja a una velocidad entre 120 y 500 km/h, resulta catastrófica. Por lo que no se podían efectuar giros cerrados, de emergencia o evasión.
El enorme radio de giro del ekranoplano sumado a la gran potencia necesaria para despegar del agua, resultaba en una aeronave lenta y pobremente maniobrable, incapaz de huir en combate u operar en puertos o bahías cerrados y de realizar maniobras correctivas con prontitud.
Además, los pilotos destacaron la fatiga que les causaba estar observando constante y minuciosamente la superficie que tenían por delante. El control manual durante largos periodos de tiempo resultaba una tarea muy exigente incluso en condiciones meteorológicas benignas.
Finalmente, durante el despegue y el aterrizaje los motores ingerían cantidades sustanciales de agua de mar en forma de una fina llovizna. Esto provocaba depósitos de sal que disminuían la vida útil de los motores.
Esa era la clase de desafíos que enfrentaba el equipo de ingenieros desarrollando un tipo de vehículo enteramente nuevo. Con mayor presupuesto y tiempo, quizás Alexeyev y sus ingenieros podían haber resuelto muchos, sino todos, los problemas del KM. Pero ya era tarde. El premier soviético Nikita Jruschov fue destituido de su cargo en …. y el humor político había cambiado completamente. El nuevo líder, Leonid Brezhnev no tomaba riesgos innecesarios. Muy poco interesado en la mecánica experimental prefería, en cambio, proyectos más convencionales y redituables. En 1968 Alexeyev fue degradado de director de la Oficina de Hidroalas, a diseñador jefe del menguante programa de ekranoplanos.
Últimos proyectos
A pesar de esto y coincidiendo con la atmósfera reinante, Alexeyev desarrolló el Orlionok, una versión de transporte militar más pequeña y versátil que, a diferencia de otros diseños de ekranoplanos, era anfibio y contaba con tren de aterrizaje para poder operar en tierra.
Considerablemente más pequeño que su predecesor, tenía 58 metros de longitud, 31 m de envergadura, una altura máxima de 16 m y un peso en vacío de 120 toneladas. Podía transportar 150 personas o hasta 20 toneladas de carga. Disponía, en comparación con el KM, de 2 modestos motores turborreactores en proa utilizados para el despegue y un masivo motor turbohélice montado en la parte superior de la cola para el vuelo en crucero.
“Águila Pequeña”. Se puede identificar el motor Kuznetsov NK-12 de propelas contra rotativas, el motor turbohélice más potente que haya entrado en servicio.
El primer prototipo se completó en 1974. Las pruebas en el mar se llevaron a cabo con prisa, ya que la Marina quería una entrega inmediata. El propio viceministro de construcción naval subió a bordo con una comitiva para dar su veredicto. El mar cercano a la base estaba agitado, debido a una fuerte tormenta que había pasado por el área días antes.
Pese a esto las pruebas transcurrieron sin contingencias por lo que decidieron fijar rumbo para retornar a la base. Repentinamente una ola impactó en la popa de la nave, causando graves daños. Alexeyev, luego de realizar una inspección visual, tomó el mando de la nave y la condujo de regreso a tierra para investigar el alcance de los daños.
En la reunión posterior de la junta de investigación, Alexeyev insistió en que la principal razón del accidente fue un mal manejo por parte del piloto y que el retorno a salvo demostraba la durabilidad de la nave. Sin embargo, el resto del comité no estaba de acuerdo, y atribuyeron el accidente a una deficiencia de diseño. Alexeyev fue destituido nuevamente, pasando a ser jefe del laboratorio de pruebas.
Tras estos incidentes la Armada Soviética encargó sólo 3 Orlyonok que entraron en servicio en 1979 como naves de alta velocidad, para asistencia y salvamento en regiones remotas.
Alexeyev murió, en febrero de 1980, a la edad de 64 años. En diciembre de ese mismo año, durante un vuelo de prueba del KM, el piloto no encendió los propulsores de proa durante la desaceleración para el acuatizaje. La colosal máquina se estrelló contra el mar y se hundió. La tripulación pudo ser rescatada pero los intentos de recuperar el aparato fueron infructuosos. Luego de 15 años de funcionamiento, la nave que disparó las alarmas en las agencias de inteligencia occidentales, reposa serenamente en las oscuras profundidades del Mar Caspio.
Tras la muerte de Alexeyev sólo se desarrolló un ekranoplano, el Lun. Dirigido por la Armada Soviética, el proyecto consistía en una versión un poco más pequeña que el KM, de 74 m de longitud, 44 m de envergadura, 19 m de altura máxima y un peso en vacío de 380 toneladas. No disponía de motores en popa, pasando a estar propulsado exclusivamente por 8 motores turbofan montados en la proa de la nave, que en conjunto proporcionaban un total de 104 toneladas de empuje.
“Asesino de portaaviones”. Concebido para la guerra marítima, el Lun contaba con 6 lanzadores de misiles supersónicos antibuque. Desplazándose a 450 km/h tenía un alcance de 2000 km y podía transportar hasta 280 personas o 140 toneladas de carga.
La nave se construyó entre 1983 y 1986 y las pruebas se llevaron a cabo de 1987 a 1989. Sin embargo, tras el colapso de la Unión Soviética en 1991 y el subsecuente caos económico, político y social la construcción de ekranoplanos se suspendió indefinidamente y los proyectos fueron desfinanciados.
Un segundo Lun fue cancelado en las etapas finales de producción y el único que se construyó permanece en su dique seco a orillas del Mar Caspio. En cuanto al Orlionok había planes para extender el pedido a 100 naves y aumentar la flota, pero los fondos se destinaron a otros proyectos. Las operaciones con ekranoplanos en el Mar Caspio continuaron hasta octubre de 1993 cuando fueron definitivamente retirados. La época de estos aparatos colosales, forjados para combatir una guerra que nunca llegó, finalizó tras casi 40 años de desarrollo.
El concepto de un avión de efecto suelo tiene su fortalezas, pero el enfoque exclusivamente militarista y el avance simultáneo de otras tecnologías más eficientes terminaron por sepultar el proyecto. Como transporte de larga y mediana distancia, los aviones convencionales son una forma de transporte cada vez más económica y confiable. En cuanto a las aplicaciones militares, los ekranoplanos fueron desplazados por el desarrollo de submarinos nucleares y misiles balísticos.
De este modo, los llamados “barcos-aviones” engrosaron la lista de tecnologías aeronáuticas con gran potencial teórico, que no lograron afianzarse por el contexto en el cual se gestaron. Algo parecido a lo que ocurrió con la era de los dirigibles de pasajeros, durante la década de 1930 o los aviones nucleares a comienzos de la Guerra Fría.
Actualmente, existen proyectos de aeronaves de efecto suelo más modestas, tanto en tamaño como en prestaciones, para aplicaciones de transporte de corto alcance. Algunos gobiernos y empresas han manifestado su interés, pero la financiación para su desarrollo aún no se ha materializado.
