El Sistema de Lanzamiento de Aeronaves Electromagnético ( EMALS ) es un tipo de sistema de catapulta electromagnética desarrollado por General Atomics para la Armada de los Estados Unidos . El sistema lanza aviones basados en portaaviones por medio de una catapulta que emplea un motor de inducción lineal en lugar del pistón de vapor convencional . EMALS se instaló por primera vez en el barco líder del portaaviones clase Gerald R. Ford , el USS Gerald R. Ford .
Su principal ventaja es que acelera los aviones con mayor suavidad, ejerciendo menos presión sobre sus estructuras . 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 las necesidades de agua dulce del transportista, reduciendo así 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 utilizar al menos una de ellas el 99,5% de las veces. [1] Sin embargo, existen varios inconvenientes. Un grupo de ingenieros de la Armada escribió: "La principal deficiencia es que la catapulta opera sin control de retroalimentación . Sin retroalimentación, a menudo ocurren 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 enorme, ineficiente (entre un 4% y un 6% de trabajo útil), [3] y difícil de controlar. Estos problemas de control permiten que las catapultas propulsadas por vapor de los portaaviones clase Nimitz lancen aviones pesados, pero no aviones tan ligeros como muchos vehículos aéreos no tripulados .
En 1946 se desarrolló un sistema algo similar a EMALS, la electropulta de Westinghouse , pero no se implementó. [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 vía. Sólo la sección de las bobinas que rodean el carro se energiza en un momento dado, minimizando así las pérdidas reactivas. El LIM de 300 pies (91 m) del EMALS puede acelerar un avión de 100.000 libras (45.000 kg) a 130 nudos (240 km/h; 150 mph). [6]
Durante un lanzamiento, el motor de inducción requiere un gran aumento de energía eléctrica que excede lo que la propia fuente de energía continua del 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 discos ; Luego, el sistema libera esa energía (hasta 484 MJ) en 2 a 3 segundos. [8] Cada rotor entrega hasta 121 MJ (34 kWh) (aproximadamente el equivalente a un galón de gasolina ) y se puede recargar dentro de los 45 segundos posteriores al 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 desacelera los rotores de 6400 rpm a 5205 rpm. [8] [9]
Durante el lanzamiento, el subsistema de conversión de energía libera la energía almacenada en 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 el carro de lanzamiento en un momento dado. [8]
Los operadores controlan la energía 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 proporciona la aceleración deseada. El sistema de circuito cerrado permite al EMALS mantener 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 pruebas de compatibilidad de aeronaves (ACT) concluyó a finales de 2011 después de 134 lanzamientos (tipos de aviones 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 de Ingeniería Aérea Naval de Lakehurst . Al finalizar el ACTO 1, 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 almacenamientos de energía y subsistemas de conversión de energía. [10]
La Fase 2 de ACT comenzó el 25 de junio de 2013 y concluyó el 6 de abril de 2014 después de 310 lanzamientos más (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 aviones previamente lanzado durante la Fase 1). En la Fase 2, se simularon varias situaciones de portaaviones, incluidos lanzamientos descentrados y fallas planificadas del sistema, para demostrar que la aeronave podía alcanzar la velocidad final y validar la confiabilidad crítica del lanzamiento. [10]
El 28 de julio de 2017, la teniente comodoro. Jamie "Coach" Struck del Escuadrón de Evaluación y Prueba Aérea 23 (VX-23) realizó el primer lanzamiento de catapulta EMALS desde el USS Gerald R. Ford (CVN-78) en un F/A-18F Super Hornet . [19]
Hasta abril de 2021, se habían realizado 8.000 ciclos de lanzamiento/recuperación con el EMALS y el sistema de detención AAG a bordo del USS Gerald R. Ford . La USN también declaró que la gran mayoría de estos ciclos habían ocurrido en los 18 meses anteriores y que 351 pilotos habían completado su entrenamiento en EMALS/AAG. [20]
En comparación con las catapultas de vapor, EMALS pesa menos, ocupa menos espacio, requiere menos mantenimiento y mano de obra, en teoría puede ser más confiable, se recarga más rápido y usa menos energía. Las catapultas de vapor, que utilizan alrededor de 610 kg (1350 lb) de vapor por lanzamiento, tienen extensos subsistemas mecánicos, neumáticos e hidráulicos. [8] EMALS no utiliza vapor, lo que lo hace adecuado para los barcos totalmente eléctricos planificados por la Marina de los EE. UU. [21]
En comparación con las catapultas de vapor, EMALS puede controlar el rendimiento del lanzamiento con mayor precisión, lo que le permite lanzar más tipos de aviones, 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] Los EMALS, con su eficiencia de conversión de energía prevista del 90%, también serán más eficientes que las catapultas de vapor, que alcanzan sólo una eficiencia del 5%. [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, "las digitales cuestan cientos de millones de dólares más y no sirven". [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 fracaso del 10 % para la serie de pruebas. Teniendo 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 para los últimos ciclos medios entre fallas críticas reportadas fue cinco veces mayor de lo que debería haberse esperado. En agosto de 2014, la Marina informó que se habían realizado más de 3.017 lanzamientos. Se llevaron a cabo en el sitio de prueba de Lakehurst, pero no le han proporcionado al DOT&E [Director de Pruebas y Evaluación Operativas] una actualización de las fallas". [28]
En la configuración de prueba, EMALS no pudo lanzar aviones de combate con tanques de lanzamiento externos montados. "La Marina 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 declaró: "Durante los 3975 lanzamientos de catapultas [...] EMALS demostró una confiabilidad lograda de 181 ciclos medios entre fallas de misiones operativas (MCBOMF) [...] Esta confiabilidad está muy por debajo del requisito de 4166 MCBOMF. " [31] EMALS se estropea con frecuencia 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 en contrario, el sistema está funcionando bien y ha logrado 8.500 "gatos y trampas" en el USS Gerald R. Ford durante los dos últimos. años. [33]
El 25 de junio de 2022, se alcanzó el gran hito de 10.000 lanzamientos exitosos de catapultas y aterrizajes detenidos a bordo del USS Gerald R. Ford . [34] [35]
Un informe de la GAO de junio de 2022 afirma que "La Armada también continúa luchando con la confiabilidad del sistema electromagnético de lanzamiento de aeronaves y el equipo de detención avanzado necesarios para cumplir con los requisitos para desplegar rápidamente aeronaves". El informe también indica que la Marina no espera que EMALS y AAG alcancen sus objetivos de confiabilidad hasta "2030". [36]
La Armada de los Estados Unidos son los primeros usuarios de General Atomic EMALS. Está equipado en el portaaviones clase Gerald R. Ford (en servicio).
La Armada francesa está planificando activamente un futuro portaaviones y un nuevo buque insignia. Se le conoce en francés como Porte-avions de nouvelle génération (portaaviones de nueva generación), o por las siglas 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, año en el que se retirará el portaaviones Charles de Gaulle . [37]
La Armada de la 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 localmente el sistema de lanzamiento de aeronaves electromagnéticas con la ayuda de General Atomics . [41]
Converteam UK estaba trabajando en un sistema de catapulta electromagnética (EMCAT) para el portaaviones clase Queen Elizabeth . [42] En agosto de 2009, aumentó la especulación de que el Reino Unido podría abandonar el STOVL F-35B por el modelo CTOL F-35C , lo que habría significado que los portaaviones se construyeran para operar aviones convencionales de despegue y aterrizaje utilizando aviones sin vapor diseñados por el Reino Unido. Catapultas EMCAT. [43] [44]
En octubre de 2010, el gobierno del Reino Unido anunció que compraría el F-35C, utilizando un sistema CATOBAR , entonces indeciso . En diciembre de 2011 se firmó un contrato con General Atomics de San Diego para desarrollar EMALS para los portaaviones de clase Queen Elizabeth . [42] [45] Sin embargo, en mayo de 2012, el gobierno del Reino Unido revocó su decisión después de que los costos proyectados aumentaron al doble de la estimación original y la entrega se retrasó hasta 2023, cancelando la opción del F-35C y volviendo a su decisión original de comprar el STOVL F-35B. [46]
China desarrolló un sistema de catapulta electromagnética en la década de 2000 para portaaviones, pero con un enfoque técnico diferente. Los chinos adoptaron un sistema de transmisión de energía de corriente continua (CC) de voltaje medio, [47] en lugar del sistema de catapulta de corriente alterna que desarrolló Estados Unidos. [48] [49]
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