El sistema electromagnético de lanzamiento de aeronaves ( EMALS ) es un tipo de sistema de catapulta electromagnética desarrollado por General Atomics para la Armada de los Estados Unidos . El sistema lanza aeronaves desde portaaviones mediante una catapulta que emplea un motor de inducción lineal en lugar del pistón de vapor convencional , lo que proporciona una mayor precisión y una recarga más rápida en comparación con el vapor. El EMALS se instaló por primera vez en el buque líder del portaaviones de la clase Gerald R. Ford , el USS Gerald R. Ford , alrededor de 2015.
Su principal ventaja es que acelera los aviones con mayor suavidad, lo que ejerce menos presión sobre sus fuselajes . En comparación con las catapultas de vapor, el EMALS también pesa menos, se espera que cueste menos y requiera menos mantenimiento, y puede lanzar aviones tanto más pesados como más ligeros que un sistema impulsado por pistones de vapor. También reduce la necesidad de agua dulce del portaaviones, lo que reduce la demanda de desalinización, que consume mucha energía .
Desarrolladas en la década de 1950, las catapultas de vapor han demostrado ser excepcionalmente confiables. Los portaaviones equipados con cuatro catapultas de vapor han podido usar al menos una de ellas el 99,5% del tiempo. [1] Sin embargo, existen una serie de inconvenientes. Un grupo de ingenieros de la Armada escribió: "La deficiencia más importante es que la catapulta opera sin control de retroalimentación . Sin retroalimentación, a menudo se producen grandes transitorios en la fuerza de remolque que pueden dañar o reducir la vida útil de la estructura del avión". [2] El sistema de vapor es masivo, ineficiente (4-6% de trabajo útil), [3] y difícil de controlar. Estos problemas de control permiten que las catapultas impulsadas por vapor de los portaaviones de la clase Nimitz lancen aviones pesados, pero no aviones tan ligeros como muchos vehículos aéreos no tripulados .
Un sistema similar a EMALS, el electropult de Westinghouse , fue desarrollado en 1946 pero no llegó a implementarse. [4]
El EMALS utiliza un motor de inducción lineal (LIM), que utiliza corriente alterna (CA) para generar campos magnéticos que impulsan un carro a lo largo de una pista para lanzar la aeronave. [5] [6] El EMALS consta de cuatro elementos principales: [7] El motor de inducción lineal consta de una fila de bobinas de estator con la misma función que las bobinas de estator circulares en un motor de inducción convencional. Cuando se energiza, el motor acelera el carro a lo largo de la pista. Solo la sección de las bobinas que rodea el carro se energiza en un momento dado, minimizando así las pérdidas reactivas. El LIM de 300 pies (91 m) del EMALS puede acelerar una aeronave de 100.000 libras (45.000 kg) a 130 nudos (240 km/h; 150 mph). [6]
Durante un lanzamiento, el motor de inducción requiere una gran sobrecarga de energía eléctrica que excede lo que la fuente de energía continua del propio barco puede proporcionar. El diseño del sistema de almacenamiento de energía EMALS se adapta a esto extrayendo energía del barco durante su período de recarga de 45 segundos y almacenando la energía cinéticamente utilizando los rotores de cuatro alternadores de disco ; luego, el sistema libera esa energía (hasta 484 MJ) en 2-3 segundos. [8] Cada rotor entrega hasta 121 MJ (34 kWh) (aproximadamente un galón de gasolina equivalente ) y se puede recargar dentro de los 45 segundos posteriores a un lanzamiento; esto es más rápido que las catapultas de vapor. [6] Un lanzamiento de máximo rendimiento que utiliza 121 MJ de energía de cada alternador de disco reduce la velocidad de los rotores de 6400 rpm a 5205 rpm. [8] [9]
Durante el lanzamiento, el subsistema de conversión de potencia libera la energía almacenada de los alternadores de disco mediante un cicloconvertidor . [6] El cicloconvertidor proporciona una frecuencia y un voltaje crecientes controlados al LIM, energizando solo la pequeña porción de las bobinas del estator que afectan al carro de lanzamiento en un momento dado. [8]
Los operadores controlan la potencia a través de un sistema de circuito cerrado . Los sensores de efecto Hall en la pista monitorean su funcionamiento, lo que permite que el sistema garantice que proporcione la aceleración deseada. El sistema de circuito cerrado permite que el EMALS mantenga una fuerza de remolque constante, lo que ayuda a reducir las tensiones de lanzamiento en la estructura del avión. [6]
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La fase 1 de las pruebas de compatibilidad de aeronaves (ACT) concluyó a fines de 2011, luego de 134 lanzamientos (tipos de aeronaves que incluyen el F/A-18E Super Hornet, el T-45C Goshawk, el C-2A Greyhound, el E-2D Advanced Hawkeye y el F-35C Lightning II) utilizando el demostrador EMALS instalado en la Estación Naval de Ingeniería Aérea de Lakehurst . Al finalizar la fase 1 de las pruebas ACT, el sistema se reconfiguró para que fuera más representativo de la configuración real del barco a bordo del USS Gerald R. Ford , que utilizará cuatro catapultas que compartirán varios subsistemas de almacenamiento de energía y conversión de energía. [10]
La fase 2 del ACT comenzó el 25 de junio de 2013 y concluyó el 6 de abril de 2014 después de otros 310 lanzamientos (incluidos los lanzamientos del Boeing EA-18G Growler y el McDonnell Douglas F/A-18C Hornet , así como otra ronda de pruebas con tipos de aeronaves lanzadas previamente durante la fase 1). En la fase 2, se simularon varias situaciones en portaaviones, incluidos lanzamientos descentrados y fallas planificadas del sistema, para demostrar que las aeronaves podían cumplir con la velocidad final y validar la confiabilidad crítica para el lanzamiento. [10]
El 28 de julio de 2017, el teniente comandante Jamie "Coach" Struck del Escuadrón de Pruebas y Evaluación Aéreas 23 (VX-23) realizó el primer lanzamiento con catapulta EMALS desde el USS Gerald R. Ford (CVN-78) en un F/A-18F Super Hornet . [19]
En abril de 2021, se habían realizado 8000 ciclos de lanzamiento y recuperación con el EMALS y el sistema de detención AAG a bordo del USS Gerald R. Ford . La USN también afirmó que la gran mayoría de estos ciclos se habían producido en los 18 meses anteriores y que 351 pilotos habían completado el entrenamiento en el EMALS/AAG. [20]
En comparación con las catapultas de vapor, la EMALS pesa menos, ocupa menos espacio, requiere menos mantenimiento y mano de obra, en teoría puede ser más confiable, se recarga más rápido y consume menos energía. Las catapultas de vapor, que utilizan alrededor de 1350 lb (610 kg) de vapor por lanzamiento, tienen amplios subsistemas mecánicos, neumáticos e hidráulicos. [8] La EMALS no utiliza vapor, lo que la hace adecuada para los barcos totalmente eléctricos planificados por la Armada de los EE. UU. [21]
En comparación con las catapultas de vapor, el EMALS puede controlar el rendimiento del lanzamiento con mayor precisión, lo que le permite lanzar más tipos de aeronaves, desde aviones de combate pesados hasta aviones ligeros no tripulados. [21] Con hasta 121 megajulios disponibles, cada uno de los cuatro alternadores de disco en el sistema EMALS puede entregar un 29% más de energía que los aproximadamente 95 MJ de una catapulta de vapor. [8] El EMALS, con su eficiencia de conversión de energía planificada del 90%, también será más eficiente que las catapultas de vapor, que alcanzan solo un 5% de eficiencia. [6]
En mayo de 2017, el presidente Donald Trump criticó a EMALS durante una entrevista con Time , diciendo que en comparación con las catapultas de vapor tradicionales, "lo digital cuesta cientos de millones de dólares más dinero y no es bueno". [22] [23] [24] [25]
Las críticas del presidente Trump se hicieron eco de un informe muy crítico del Pentágono de 2018, que enfatizó que la confiabilidad de EMALS deja mucho que desear y que la tasa promedio de fallas críticas es nueve veces mayor que los requisitos mínimos de la Marina. [26]
En 2013, en el sitio de pruebas de Lakehurst, Nueva Jersey, 201 de 1.967 lanzamientos de prueba fallaron, lo que arroja una tasa de fallas del 10% para la serie de pruebas. Si se tiene en cuenta el estado actual del sistema en ese momento, las cifras más generosas disponibles en 2013 mostraron que EMALS tiene una tasa promedio de "tiempo entre fallas" de 1 en 240. [27] : 188
Según un informe de marzo de 2015, "según el crecimiento esperado de la confiabilidad, la tasa de fallas de los últimos ciclos medios entre fallas críticas informados fue cinco veces mayor de lo que se debería haber esperado. A agosto de 2014, la Marina informó que se habían realizado más de 3017 lanzamientos en el sitio de prueba de Lakehurst, pero no le proporcionó al DOT&E [Director de Pruebas y Evaluación Operativas] una actualización de las fallas". [28]
En la configuración de prueba, el EMALS no pudo lanzar aviones de combate con tanques de combustible externos montados. "La Armada ha desarrollado soluciones para corregir estos problemas, pero las pruebas con aviones tripulados para verificar las soluciones se han pospuesto hasta 2017". [29]
En julio de 2017, el sistema se probó con éxito en el mar en el USS Gerald R. Ford . [30]
Un informe del DOT&E de enero de 2021 afirmó: "Durante los 3.975 lanzamientos de catapulta [...] EMALS demostró una confiabilidad alcanzada de 181 ciclos medios entre fallas de misión operativa (MCBOMF) [...] Esta confiabilidad está muy por debajo del requisito de 4.166 MCBOMF". [31] EMALS se estropea a menudo y no es confiable, informó el director de pruebas del Pentágono, Robert Behler, después de evaluar 3.975 ciclos en el USS Gerald R. Ford desde noviembre de 2019 hasta septiembre de 2020. [32]
En abril de 2022, el contralmirante Shane G. Gahagan, del Comando de Sistemas Aéreos Navales, dijo que, a pesar de los informes que indican lo contrario, el sistema está funcionando bien y ha logrado 8.500 "gatos y trampas" en el USS Gerald R. Ford en los últimos dos años. [33]
El 25 de junio de 2022 se alcanzó el importante hito de 10 000 lanzamientos de catapulta y aterrizajes detenidos exitosos a bordo del USS Gerald R. Ford . [34] [35]
Un informe de la GAO de junio de 2022 afirma que "la Armada también sigue teniendo problemas con la fiabilidad del sistema electromagnético de lanzamiento de aeronaves y el equipo de detención avanzado necesario para cumplir los requisitos de despliegue rápido de aeronaves". El informe también indica que la Armada no espera que EMALS y AAG alcancen los objetivos de fiabilidad hasta la "década de 2030". [36]
La Armada de los Estados Unidos es la primera en utilizar el sistema EMALS de General Atomic. Está equipado en el portaaviones de la clase Gerald R. Ford (en servicio).
La Marina francesa está planeando activamente un futuro portaaviones y un nuevo buque insignia. Se lo conoce en francés como Porte-aviones de nouvelle génération (portaaviones de nueva generación), o por el acrónimo PANG . El barco será de propulsión nuclear y contará con el sistema de catapulta EMALS. Se espera que la construcción del PANG comience alrededor de 2025 y entre en servicio en 2038, el año en que se retirará el portaaviones Charles de Gaulle . [37]
La Armada india ha mostrado interés en instalar el sistema EMALS en su planeado portaaviones CATOBAR INS Vishal . [38] [39] [40] El gobierno indio ha mostrado interés en producir el Sistema Electromagnético de Lanzamiento de Aeronaves localmente con la asistencia de General Atomics . [41]
Converteam UK estaba trabajando en un sistema de catapulta electromagnética (EMCAT) para el portaaviones de clase Queen Elizabeth . [42] En agosto de 2009, aumentaron las especulaciones de que el Reino Unido podría abandonar el modelo STOVL F-35B para el modelo CTOL F-35C , lo que habría significado que los portaaviones que se estaban construyendo operaran aviones de despegue y aterrizaje convencionales utilizando las catapultas EMCAT sin vapor diseñadas por el Reino Unido. [43] [44]
En octubre de 2010, el gobierno del Reino Unido anunció que compraría el F-35C, utilizando un sistema CATOBAR que aún no había sido decidido . En diciembre de 2011 se firmó un contrato con General Atomics de San Diego para desarrollar EMALS para los portaaviones de la clase Queen Elizabeth . [42] [45] Sin embargo, en mayo de 2012, el gobierno del Reino Unido revirtió su decisión después de que los costos proyectados aumentaran al doble de la estimación original y la entrega se pospusiera a 2023, cancelando la opción del F-35C y volviendo a su decisión original de comprar el F-35B STOVL. [46]
En la década de 2000, China desarrolló un sistema de catapulta electromagnética para portaaviones, pero con un enfoque técnico diferente. China adoptó un sistema de transmisión de energía de corriente continua (CC) de voltaje medio [47] , en lugar del sistema de catapulta de corriente alterna desarrollado por Estados Unidos [48] [49]
La Organización de Investigación y Desarrollo de la Defensa de la India comenzó a trabajar en una catapulta electromagnética autóctona. El Centro de Investigación y Desarrollo (Ingenieros) de Pune construyó con éxito un demostrador a pequeña escala capaz de lanzar cargas útiles de hasta 400 kg en un breve lapso de 16 a 18 metros . La tecnología de catapulta electromagnética se está ampliando para su uso en portaaviones. El sistema propuesto puede manejar plataformas que pesen hasta cuarenta toneladas. [50] [51] [52]
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