Portada » Militar » El motor del F-35 está en una encrucijada, con miles de millones de dólares en juego

Foto: Aviador superior Erica Webster/Fuerza Aérea de EE. UU.

WASHINGTON – El Pentágono y la industria están de acuerdo en que el motor del F-35 necesita mejoras. Pero a pesar de los años de desarrollo y debate, el camino a seguir aún no está claro.

Dado que la capacidad de los misiles, la guerra electrónica y los sistemas de puntería del caza de quinta generación están avanzando más allá de lo que se concibió originalmente, y que la Fuerza Aérea de EE. UU. está preocupada por la posibilidad de una guerra contra China, el servicio está planeando poner más potencia y capacidad de refrigeración en el F-35.

Pero hay múltiples opciones para conseguirlo. Una de ellas es realizar una serie de mejoras en el actual motor F135 fabricado por Pratt & Whitney que impulsa el F-35 a través del Programa de Motores Mejorados.

Otro camino posible es un motor de sustitución completamente nuevo que utilice tecnología de vanguardia, como una tercera corriente de aire para mejorar la eficiencia del combustible y el empuje. Pratt & Whitney y General Electric Aviation han desarrollado versiones competitivas en el marco del Programa de Transición de Motores Adaptativos, conocido como AETP.

Los funcionarios de la Fuerza Aérea y del Departamento de Defensa no han decidido hasta ahora si el F-35 recibirá un nuevo motor adaptativo o un F135 actualizado. Pero durante el próximo año, las empresas esperan que se concreten los planes futuros de los militares.

La decisión de los militares determinará la futura potencia y capacidad de propulsión de la piedra angular de la flota de cazas de la Fuerza Aérea, por no hablar de a qué se destinarán finalmente miles de millones de dólares de defensa.

Las empresas tienen opiniones diferentes sobre si un motor adaptable es adecuado para el F-35. GE Aviation afirma que el XA100 -su versión del motor adaptativo- mejoraría drásticamente el empuje, la velocidad, la autonomía y la gestión del calor del avión, dándole la capacidad de manejar sistemas más avanzados.

Pero aunque Pratt & Whitney mantiene su trabajo en el motor adaptativo XA101, e incluso prevé que este impulse la plataforma de dominio aéreo de nueva generación que está desarrollando la Fuerza Aérea, los responsables de la empresa sostienen que es un error poner un motor completamente nuevo en un caza monomotor.

Si un nuevo motor adaptativo en el F-35 monomotor fallara en pleno vuelo, dice Pratt & Whitney, el avión y el piloto podrían estar en peligro. Y si se descubriera un problema en tierra, advierte la empresa, eso podría dejar fuera de juego a una parte crucial de la flota de cazas de la Fuerza Aérea hasta que haya una solución, lo que supondría un golpe a la preparación para el combate.

Pratt & Whitney afirma que las actualizaciones del motor existente implicarían menos factores nuevos y menos riesgos, y una versión mejorada seguiría teniendo un núcleo mejorado para proporcionar más potencia, empuje, alcance y refrigeración.

Pero los funcionarios a cargo del F-35 tienen que tomar una decisión en un sentido u otro, dijo Dan Grazier, analista militar del Project on Government Oversight y crítico del programa, a Defense News, y el programa no puede permitirse esperar.

“Cuanto más se retrase esta decisión, más F-35 se construirán que tendrán que ser modificados para manejar estos motores”, dijo Grazier. “Cuanto antes tomen la decisión al respecto, mejor le irá a todo el mundo, porque cualquier retraso va a aumentar los costes futuros”.

Los requisitos de gestión térmica del F-35 han aumentado considerablemente desde sus inicios, cuando se diseñó el actual sistema de propulsión del F135. A medida que el caza alcance su plena capacidad en el bloque 4 -que la Oficina de Rendición de Cuentas del Gobierno espera que sea en 2029-, el caza se calentará más, lo que requerirá una mayor capacidad de refrigeración.

Las mejoras del Bloque 4 que impulsarán el aumento de las necesidades de refrigeración del F-35 incluirán, entre otras cosas, capacidades avanzadas de guerra electrónica, un mejor reconocimiento de objetivos y la capacidad de llevar más misiles.

En una audiencia celebrada en abril ante el Comité de Servicios Armados de la Cámara de Representantes, el secretario de la Fuerza Aérea, Frank Kendall, dijo que el motor AETP, aunque aún faltan varios años para su pleno desarrollo, podría suponer un aumento del 20-25 % en el rendimiento y un importante ahorro de costes.

“Sería una mejora sustancial respecto a la capacidad actual”, dijo Kendall. “El motor AETP ofrecería una mayor potencia, que vamos a necesitar a medida que sigamos modernizando el F-35. … Y vamos a tener un inventario muy grande de F-35. Así que el ahorro de combustible que podríamos conseguir con ese motor sería una recompensa significativa”.

En una mesa redonda celebrada a finales de junio con periodistas en el Pentágono, el jefe de adquisiciones de la Fuerza Aérea, Andrew Hunter, elogió los progresos realizados tanto por GE como por Pratt & Whitney en sus motores adaptativos, describiendo los primeros resultados de las pruebas como “muy alentadores”.

“Las ventajas en cuanto a potencia, gestión térmica y eficiencia del combustible que buscábamos se están demostrando en el programa de pruebas”, dijo Hunter.

Hunter añadió que las capacidades que el AETP pretendía proporcionar en un principio -como el aumento de la autonomía y una mejor capacidad para gestionar las altas temperaturas mientras funciona la electrónica avanzada- están resultando ser exactamente lo que el F-35 necesitaría en una lucha contra China.

La Estrategia de Defensa Nacional más reciente de la administración Biden sigue enumerando a China -con su ejército modernizado y sus capacidades avanzadas, como las armas hipersónicas- como la principal amenaza a la que se enfrenta Estados Unidos, calificándola de “nuestro competidor estratégico más importante” en un resumen público del documento clasificado. También incluye a Rusia como una “amenaza aguda”.

Se están realizando dos estudios clave para ayudar a determinar el camino a seguir en el futuro motor del F-35. La Oficina del Programa Conjunto del F-35, con la ayuda de la Fuerza Aérea, la Armada y el Cuerpo de Marines, está llevando a cabo una evaluación del caso de negocio que examina las opciones disponibles y propuestas del motor y del sistema de gestión térmica de la potencia, que podría proporcionar las capacidades de refrigeración deseadas.

Ese estudio, que se espera que concluya en agosto, evaluará el coste, el calendario, el rendimiento y los riesgos técnicos de cada opción para que tanto los líderes de los servicios estadounidenses como los funcionarios de las naciones asociadas que vuelan con el F-35 puedan tomar una decisión.

El suboficial jefe Matthew Olay, portavoz de la Oficina del Programa Conjunto del F-35, dijo que su oficina de gestión del programa de propulsión informará a la Junta Directiva Conjunta del caza sobre las conclusiones del estudio este otoño. Pero dijo que aún no está claro cuándo se tomará una decisión final.

La Fuerza Aérea también está llevando a cabo una evaluación operativa complementaria, destinada a alimentar el estudio más amplio, que examina cómo esas diferentes soluciones podrían funcionar en una situación de combate real. La Fuerza Aérea informó a los oficiales sobre los resultados iniciales del estudio en mayo, y se espera que concluya en septiembre.

“Si una solución aporta más alcance o resistencia o carga útil, la pregunta es: ¿qué significa eso realmente en una guerra?”. dijo el teniente general Eric Fick, antiguo responsable del programa conjunto del F-35, sobre la evaluación operativa de la Fuerza Aérea durante otra audiencia en abril, ante un panel del Comité de Servicios Armados de la Cámara de Representantes. “¿Qué significa eso realmente en la [región] de Asia-Pacífico cuando se trata de emplear realmente este sistema en combate?”.

La Fuerza Aérea también trató este año de reunir información que pudiera sentar las bases para la adopción de un motor adaptativo en el F-35. En enero, el servicio publicó una solicitud de información sobre el Programa de Sustitución de Motores Adaptativos del F-35, con el objetivo de entrar en la producción inicial a bajo ritmo en 2028.

En esta solicitud de información se preguntaba a los posibles proveedores cómo podrían suministrar un nuevo motor adaptable para el avión. Las propuestas debían identificar los posibles obstáculos en la cadena de suministro, las formas de gestionar los posibles riesgos, los principales factores de coste y la forma en que el contratista reduciría los gastos.

Pero si la Fuerza Aérea opta por la vía del AETP, Kendall dijo a los legisladores de la Cámara de Representantes, sustituirá por completo al F135, lo que significa que no habrá un tipo de motor secundario en el inventario del F-35A.

Kendall dijo que el coste para desarrollar completamente el AETP y entrar en producción podría superar los 6.000 millones de dólares.

Pratt & Whitney dijo que sus motores mejorados para el F135 pueden hacer el trabajo por mucho menos, a un tercio del coste de desarrollo del AETP. Pratt & Whitney prevé que los motores mejorados costarían lo mismo que un F135 y podrían ahorrar hasta 40.000 millones de dólares en costes de ciclo de vida.

Jen Latka, vicepresidenta de Pratt & Whitney para el programa de motores del F135, dijo que la empresa estará atenta a la próxima reunión de la Junta Directiva Conjunta del F-35 este otoño para obtener pistas sobre el futuro del motor del caza.

“Habrá que tomar decisiones relativamente pronto sobre los flujos de financiación en las [proyecciones de gasto del Programa de Defensa de los Años Futuros]”, dijo Latka a Defense News en una entrevista del 6 de junio, “porque llegamos tarde a la necesidad con esto. Hay que incorporarlo al presupuesto”.

En una entrevista realizada el 21 de junio en la oficina de GE Aviation en D.C., el vicepresidente de programas de motores de combate avanzados dijo que la publicación del proyecto de presupuesto para el año fiscal 2024 será reveladora.

“Ese será un documento muy importante para ver hacia dónde quiere ir la Fuerza Aérea y la [Oficina del Secretario de Defensa] con esto”, dijo Dave Tweedie a Defense News.

Ambas empresas están promocionando las mejoras que se espera que proporcione su sistema de propulsión preferido.

Pratt & Whitney dijo que su enfoque del Programa de Motores Mejorados, que actualizaría el F135, puede permitir la plena capacidad del Block 4, producir un aumento de más del 10 % en el empuje y el alcance, y proporcionar una mejora de más del 50 % en la capacidad térmica.

Tweedie dijo que el motor XA100 de GE puede ofrecer un 25 % más de eficiencia de combustible que el actual F135, lo que aumentaría la autonomía de un F-35 en un 30 %. También dijo que podría proporcionar entre un 10 y un 20 % más de empuje, lo que supondría una aceleración entre un 25 y un 40 % mayor y el doble de gestión térmica.

GE Aviation afirma que el XA100 -su versión del motor adaptativo- mejoraría drásticamente el empuje, la velocidad, la autonomía y la gestión térmica del F-35A, dándole la capacidad de manejar sistemas más avanzados. (GE Aviation)

“¿Quieres algo que pueda proporcionar una capacidad de transformación que sea operacionalmente relevante durante años y décadas?”, dijo Tweedie. “¿No es solo un enfoque incrementalista que pueda resolver los problemas de los próximos cinco años?”.

Tweedie dijo que el motor XA100 tiene tres elementos que le permiten alcanzar esas capacidades. Uno de ellos es un ciclo adaptativo que le permite “flexionar sin problemas” hacia la configuración que proporciona el mayor empuje y eficiencia para una situación determinada.

También cuenta con una tercera corriente de aire que sirve para refrigerar tanto el motor como el avión, una característica que no existía antes en los motores de aviación.

Y, por último, el motor adaptativo de GE utiliza nuevos materiales y tecnologías de fabricación avanzados; el motor se aleja de la tradicional superaleación basada en el níquel y utiliza en su lugar compuestos de matriz cerámica para las turbinas y otros componentes que pueden soportar los miles de grados en los que funcionan estos motores.

Estos compuestos pesan un tercio que las aleaciones tradicionales, dijo Tweedie, y pueden soportar cientos de grados más.

“Al hacer funcionar los motores a mayor temperatura, es como se consigue un mayor rendimiento de los mismos”, dijo Tweedie. “Pero al mismo tiempo, a esas temperaturas más altas y a ese mayor rendimiento, [los compuestos] proporcionan una mayor durabilidad frente a las aleaciones con base de níquel”.

Tweedie también dijo que el motor hace un mayor uso de la fabricación aditiva, o impresión 3D, que permite a sus ingenieros elaborar componentes que no podrían hacerse con las técnicas de fabricación tradicionales.

Pratt & Whitney reconoce que los avances como los compuestos de matriz cerámica pueden ser valiosos, pero la empresa no cree que la introducción de un material muy diferente en el F-35 sea el movimiento correcto.

“Cuando vas al campo, vas a aprender cosas en cualquier tecnología nueva, no solo en los motores”, dijo Latka. “Con los motores, es un problema aprender algo porque estás impulsando esa cosa en el aire. Cuando tienes un caza monomotor, las normas de seguridad son diferentes. Porque si ese motor tiene un contratiempo y se apaga, pierdes el avión y pones al piloto en peligro”.

Preocupación por los costes y las variantes

Latka también señaló las consideraciones de coste y mantenimiento cuando se trata de poner un nuevo motor adaptativo en el F-35 monomotor.

“Si tienes dos configuraciones de motor, necesitas tener dos infraestructuras de mantenimiento para apoyarlas”, dijo Latka. “Eso no solo significa instalaciones -diferentes depósitos, diferentes equipos de apoyo-. También significa dos organizaciones de ingeniería de mantenimiento diferentes, ya que se gestionan varias configuraciones. Significa herramientas, equipos de apoyo, formación, reparaciones – todo eso tiene que ser algo duplicado”.

Tweedie dijo que el motor adaptativo de GE podría ayudar a controlar los costes de mantenimiento del F-35. “Cuando se empieza a ahorrar un 25 % de consumo de combustible y se empieza a mover la aguja de la durabilidad, eso puede traducirse realmente en un ahorro de costes del ciclo de vida a largo plazo”.

Pero hay un problema que podría elevar los costes de un motor adaptativo: las ofertas actuales no encajan en las tres versiones del F-35.

Los motores adaptativos de GE y Pratt & Whitney encajarán en el F-35A, que vuela la Fuerza Aérea. GE dijo que su motor también encajará en la variante de portaaviones F-35C, que operan la Marina y el Cuerpo de Marines. Sin embargo, los motores no funcionarían actualmente en el avión F-35B de despegue y aterrizaje vertical de la Infantería de Marina.

Pratt & Whitney dijo que las tres variantes del F-35 podrían adoptar el F135 mejorado en el marco del Programa de Motores Mejorados, o EEP, que requiere un mínimo de pruebas y cambios en el fuselaje para su integración.

Greg Hayes, director ejecutivo de Raytheon Technologies, propietaria de Pratt & Whitney, planteó el pasado otoño sus dudas de que la Fuerza Aérea pudiera permitirse el desarrollo de un motor adaptable dadas las restricciones de las variantes.

Fick también ha expresado su escepticismo sobre la posibilidad de que un motor adaptativo pueda funcionar en los F-35 que no sean del modelo “A”, lo que significaría que la Fuerza Aérea tendría que asumir todo su coste. La revista Air Force Magazine informó en septiembre de que Fick dijo que un motor AETP “requeriría modificaciones significativas” para encajar en un F-35C, y lo calificó de “completamente imposible” para el F-35B.

Pero Tweedie dijo que ese es un problema solucionable, y que GE está ahora tratando de averiguar cómo crear una versión del motor adaptativo que encaje en un F-35B. Se está llevando a cabo un estudio de ingeniería sobre un motor adaptable para el F-35B con el Cuerpo de Marines, dijo, con la esperanza de que arroje información sobre el rendimiento potencial para este otoño.

“No es una cuestión de ‘podemos’, sino de ‘cómo de bien podemos hacerlo’“, dijo Tweedie. “, dijo Tweedie.

Pratt & Whitney dijo que su F135 es capaz de manejar las necesidades de energía de las actualizaciones del bloque 4 del F-35 – pero que van a empujar sus capacidades de refrigeración mucho más allá de las especificaciones originales. Latka dijo que el sistema de gestión térmica de la potencia del F135 funciona ahora al doble de lo que estaba previsto.

Y cuando un motor tiene que hacer más, se calienta más, lo que conlleva más necesidades de mantenimiento y un aumento de los costes del ciclo de vida. “Ese motor está haciendo todo lo que un piloto necesita que haga”, dijo Latka. “Es una cuestión de costes, no de capacidad”.

Por eso el F135 -que permanece esencialmente sin cambios desde los primeros días del programa F-35- requiere trabajos de modernización como parte de la EEP, dijo Latka.

“Para habilitar el Block 4 para la futura amenaza, se requiere [un sistema de gestión térmica de la energía]”, dijo Latka. “Pero nunca se pondría un nuevo motor para cumplir ese requisito [de refrigeración]. Hay soluciones mucho más sencillas, menos costosas y menos perturbadoras para cumplir ese requisito”.

La tercera corriente de aire del motor adaptativo es una tecnología impresionante, dijo, pero no es la única que puede utilizarse para crear más eficiencia en el F-35. El núcleo mejorado del EEP genera más eficiencia de combustible en el F135, dijo, no tanto como el motor adaptativo, pero sí un aumento significativo.

“Ya estamos en camino de llevar esta tecnología al mercado”, añadió Latka.

Pratt & Whitney dijo que espera terminar las pruebas de su motor adaptativo XA101 en 2023, y que las pruebas realizadas hasta ahora muestran que la tecnología cumple los objetivos de rendimiento.

Tweedie dijo que GE construyó y probó dos prototipos de motores XA100 a escala real, uno de los cuales se encendió por primera vez a finales de diciembre de 2020 en sus instalaciones de Evendale, Ohio, cerca de Cincinnati. Las pruebas de ese motor, incluidas algunas a altitudes superiores al nivel del mar, continuaron durante los tres primeros meses de 2021.

En agosto de 2021, GE inició la primera fase de pruebas del otro prototipo en las instalaciones de Evendale, que se prolongó hasta noviembre. Esto se centró principalmente en las pruebas estructurales y mecánicas, dijo Tweedie, y comenzó a examinar el rendimiento del motor.

Ese motor está siendo sometido ahora a una segunda fase de pruebas en el Complejo de Desarrollo de Ingeniería de Arnold, en la Base de la Fuerza Aérea de Arnold, en Tennessee, donde las pruebas se asemejan más a las condiciones de vuelo y miden los resultados con mayor precisión que en las propias instalaciones de GE. Estas pruebas, en las que participan equipos de GE, el Centro de Gestión del Ciclo de Vida de la Fuerza Aérea y la Base de la Fuerza Aérea de Arnold, comenzaron el 25 de marzo y se espera que terminen a finales del verano.

Tweedie dijo que las pruebas actuales someten al motor a varias condiciones diferentes que podría encontrar en vuelo, como diferentes altitudes y ajustes de potencia, para determinar cómo se comportaría en una variedad de escenarios. Dijo que las pruebas ya han demostrado que el XA100 puede proporcionar una mayor eficiencia de combustible, empuje y otras capacidades de rendimiento para las que fue diseñado.

Los estudios más precisos que se están llevando a cabo en Arnold AFB producirán los datos precisos que serán necesarios para el trabajo de diseño, en caso de que el sistema pase a una fase de desarrollo de ingeniería y fabricación, dijo.

“La pregunta fundamental de: ‘¿Funciona esta tecnología? ¿Está madura?”. En cierto modo, hemos respondido a esa pregunta”, dijo Tweedie. “Por eso creo que se empieza a ver un debate mucho más serio, ciertamente en público, pero también en privado, sobre cuáles son los siguientes pasos para avanzar con esta tecnología”.

Tweedie dijo que GE espera que la Fuerza Aérea siga adelante con el AETP, citando su solicitud de financiación de 286 millones de dólares en el año fiscal 2023 para el programa.

Y el Congreso ha apoyado el proyecto con su chequera. En el proyecto de ley de gastos para el año fiscal 22, los legisladores aumentaron drásticamente la solicitud original de financiación del AETP de casi 124 millones de dólares en 460 millones de dólares, con lo que el gasto total aprobado asciende a unos 584 millones de dólares.

Pero para Grazier, las complicaciones y el largo debate sobre el motor del F-35 muestran la “consecuencia directa de aquellas decisiones” tomadas cuando se esbozó el concepto del Joint Strike Fighter hace más de dos décadas.

El problema de las variantes del F-35, y la probabilidad de que un motor adaptable no funcione para las tres, “es uno de los mejores argumentos en contra de tener un programa conjunto como el F-35”, dijo. Los distintos servicios tienen diferentes misiones y necesidades para sus cazas, dijo, y tratar de crear un fuselaje común que se aplique a cada uno ha aumentado drásticamente la complejidad y los costes del programa.

“Habría sido estupendo que estos conceptos se hubiesen resuelto completamente durante las pruebas, antes de que empezáramos a comprar cientos y cientos de F-35”, dijo Grazier. “En cierto modo estamos cosechando lo que sembramos en la década de 1990”.

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