El primer uso del hidrógeno en una aeronave – el globo de hidrógeno

De acuerdo con las últimas declaraciones realizadas por parte de responsables tanto de Airbus como de Boeing, y en vista de los desarrollos llevados a cabo por entidades tales como el DLR alemán o la empresa ZeroAvia, todo apunta a que el hidrógeno podría jugar un importante papel en transporte aéreo del futuro, favoreciendo su descarbonización y sostenibilidad. Pero ¿cuándo se utilizó por primera vez el hidrógeno en una aeronave y quiénes fueron los pioneros? ¿cómo surgió la idea de su uso y de dónde lo obtuvieron?

Primer vuelo de un aerostato de hidrógeno no tripulados

La década de los 80s del siglo XVIII, denominado “de las Luces”, trajo consigo un importante avance en lo que a ingenios voladores se refiere: los globos aerostáticos. Parece que tanto la antigua cultura china como la mongola habrían hecho uso de pequeños globos de aire caliente no tripulados, conocidos como Linternas Kongming, tanto de forma recreativa como con fines militares; sin embargo, no fue hasta el siglo XVIII, y más concretamente hasta el 8 de agosto de 1709, cuando se llevó a cabo la primera demostración pública del precursor del globo aerostático por parte del religioso brasileño-portugués Bartolomeu de Gusmão. Dicha demostración tuvo lugar en la Casa de Indias de Lisboa ante la corte del rey Juan V de Portugal, asistiendo a la misma también miembros del estamento religioso, diplomáticos y embajadores entre otras personalidades. “Passarola”, nombre que se le dio a este primer globo de aire caliente, logró elevarse 4 m ante el asombro de todos los presentes. Como para no estar asombrados, con los conocimientos de la época era harto difícil explicar aquella “levitación”. La estupefacción de algunos acabo por convertirse en miedo, sentenciando que aquello era obra del mismo diablo. Al parecer, entre los que defendían aquel extremo se encontraba el arzobispo Michelangelo Conti, a la postre papa Inocencio XIII. Mal negocio, debió pensar Bartolomeu de Gusmão a pesar del rotundo éxito de la demostración. En este punto, si bien es conocido que la Inquisición persiguió al inventor brasileño-portugués, no está claro que fuese por el ascenso de su artilugio. Aun así, la realidad es que nunca más volvió a realizar una presentación pública de la “Passarola”.

Pero dejemos Portugal y emprendamos camino a Francia, vayamos ya a la mencionada década de los 80s del siglo XVIII, en particular al año 1783, que cambió el devenir de la historia de la aeronáutica. El 4 de junio de aquel año tuvo lugar la que se considera la primera demostración pública real del globo de aire caliente, el cual había sido desarrollado por los hermanos Montgolfier. Aquel ensayo del primer globo no tripulado —tampoco era cuestión de jugarse la vida si algo salía mal— despegó de la localidad francesa de Annonay, donde se habían congregado una serie de dignatarios franceses, Figura 1. El aerostato de aire caliente recorrió en este primer vuelo 2 km en 10 min alcanzando una altitud estimada de entre 1600 m y 2000 m. Técnicamente se sabe que este primer globo de los hermanos Montgolfier estaba formado por 3 finas capas de papel, tenía 11 m de diámetro y un volumen de más de 700 m3 con una masa de 225 kg.

Primeros globos de aire caliente

Figura 1. Algunos de los hitos de los aerostatos de aire caliente desarrollados por los hermanos Montgolfiere. Fuente – 1º imagen: “Collecting cards with pictures of events in ballooning history from 1795 to 1846; Paris: Romanet & cie., imp. edit., [between 1890 and 1900] – Colección 476, Lamina nº 2”. 2º imagen: Lámina de Claude-Louis Desrais representando una de las primeras ascensiones en globo cautivo de Pilâtre de Rozier en la fábrica de papeles de Réveillon. 3º imagen: “Collecting cards with pictures of events in ballooning history from 1795 to 1846; Paris: Romanet & cie., imp. edit., [between 1890 and 1900] – Colección 476, Lamina nº 4”.

Puede que se esté preguntando dónde entra en juego el hidrógeno en todo esto; y con razón, ya que, como se ha indicado, aquel primer globo de los Montgolfier empleaba aire caliente. Pues bien, resulta que Barthelemi Faujas de Saint-Fond, un importante geólogo francés de la época, atraído por las noticias procedentes de Annonay sobre la experiencia del aerostato de aire caliente, decidió poner en marcha una cuestación —lo que hoy en día llamaríamos crowdfunding— para costear una repetición del ensayo de los hermanos Montgolfier, pero esta vez en Paris. El encargo de repetir aquella experiencia le fue encomendado a Jacques Alexandre César Charles, quien llevó a cabo el diseño de la aeronave. Pese al éxito de los Montgolfier, Jacques Charles ya venía barruntando que el uso del hidrógeno como gas de elevación para globos podría ser ideal al ser este más ligero que el aire a presión y temperatura ambiente. Idea aquella que sin duda procedía o estaba al menos relacionada con los trabajos de algunos de sus contemporáneos como Henry Cavendish, Joseph Black o Tiberius Cavallo, al igual que con la Ley de Boyle publicada por Robert Boyle más de 100 años antes. Así pues, Jacques Charles decidió incorporar la idea de emplear directamente un gas más ligero que el aire como era el hidrógeno para la elevación de su globo aerostático.

Jacques Charles se embarcó en el diseño de su aerostato trabajando junto con los hermanos Anne-Jean y Nicolas-Louis Robert en la fabricación del ingenio en el taller de estos, situado en la Place des Victoires en París. De hecho, los hermanos Robert tuvieron una importancia vital en el desarrollo pues concibieron el proceso de fabricación de la liviana envoltura estanca. Para ello, disolvieron caucho en una solución de trementina que posteriormente aplicaron sobre las telas de seda que constituían la envoltura.

Primeros globos de hidrógeno

Figura 2. Algunos de los hitos de los aerostatos de hidrógeno desarrollados por Jacques Charles y los hermanos Robert. Fuente – 1º imagen: “Collecting cards with pictures of events in ballooning history from 1795 to 1846; Paris: Romanet & cie., imp. edit., [between 1890 and 1900] – Colección 476, Lamina nº 3”. 2º imagen: Lámina del ataque y destrucción del primer globo de hidrógeno en la localidad de Gonesse. 3º imagen: “Collecting cards with pictures of events in ballooning history from 1795 to 1846; Paris: Romanet & cie., imp. edit., [between 1890 and 1900] – Colección 476, Lamina nº 5”.

Poco más de dos meses después de que los hermanos Montgolfier hiciesen su demostración de un globo de aire caliente no tripulado, comenzaron los preparativos para el primer vuelo de un globo de hidrógeno. Este era notablemente más pequeño que el de los Montgolfier, siendo básicamente una esfera con un volumen de 35 m3 que tan solo era capaz de izar 9 kg. El hidrógeno necesario para llenar el globo se produjo mediante la reacción de aproximadamente 500 kg de chatarra de hierro con 250 kg de ácido sulfúrico, empleándose conducciones de plomo para el llenado de la envoltura del globo.

El llenado se inició el 23 de agosto de 1783 en el taller de los hermanos Robert en la Place des Victoires. Sin embargo, no se tuvo en cuenta el aumento de la temperatura que sufrió el hidrógeno durante su producción, de tal modo que al enfriarse aumentó su densidad, lo que derivó en la contracción del volumen del globo con el consiguiente problema de llenado. En París eran conocidos todos estos por menores, ya que el acontecimiento estuvo sujeto a tal expectación que se emitían informes diarios sobre el avance de los trabajos de inflado del globo. En la noche del 26 de agosto, una vez finalizado el inflado, el globo de hidrógeno fue trasladado de forma clandestina desde la Place des Victoires hasta el Champ de Mars, lugar en el que actualmente se erige la Torre Eiffel y desde el cual tendría lugar el despegue, Figura 2. Finalmente, el primer globo de hidrógeno despegó desde el Champ de Mars el 27 de agosto de 1783, tan solo 84 días después de la exhibición de los hermanos Montgolfier, Figuras 2 y 3.

Este primer globo de hidrógeno realizó un vuelo más extenso que el de aire caliente de los Montgolfier. Voló durante 45 min en dirección norte desde París, siendo seguido a caballo por varios de los presentes, tras lo cual aterrizó en el pueblo de Gonesse, donde fue destruido por campesinos aterrorizados ante aquel ingenio volador, Figuras 4.

Primer vuelo de un aerostato de hidrógeno tripulado

Hasta ahora, todos los vuelos descritos son de aerostatos no tripulados. El primer vuelo tripulado corrió nuevamente a cargo de un globo de gas caliente de los hermanos Montgolfier. En este caso, diseñaron y fabricaron en colaboración con el fabricante de papel Jean-Baptiste Réveillon una envoltura de tafetán de 1060 m3 recubierto con un barniz de alumbre destinado originalmente a la protección contra incendios. El Aérostat Réveillon, como se denominó, de color azul cielo y hermosamente decorado con volutas, signos del zodiaco y soles dorados, levantó el vuelo con los primeros tripulantes el 19 de septiembre de 1783, Figura 3. Tres animales iban a bordo: una oveja, un pato y un gallo. En esta ocasión, el aerostato despegó desde los Jardines de Versalles con una gran afluencia de público, encontrándose entre ellos, por supuesto, el rey Luis XVI de Francia y la reina María Antonieta. El vuelo tuvo una duración de aproximadamente 8 min, similar a la autonomía descrita previamente del vuelo no tripulado de los Montgolfier, cubriendo una distancia de 3 km y alcanzándose una altitud de 460 m. La aeronave aterrizo sin sobresaltos después del vuelo. Jacques-Étienne Montgolfier recogió los testimonios de los tres tripulantes tras el vuelo, tal como recoge en la carta que escribió a su mujer, Adélaïde, la misma noche del 19 de septiembre:

«Nos sentimos bien. Hemos aterrizado sanos y salvos a pesar del viento. Nos ha dado apetito». Eso es todo lo que pudimos deducir de la charla de los tres viajeros, viendo que no saben escribir y que nos olvidamos de enseñarles francés. El primero sólo podía decir «Quack, Quack»; el segundo, «Cock-a-doodle-doo»; y el tercero, sin duda un miembro de la familia Lamb, respondió sólo «Baa» a todas nuestras preguntas.

Línea temporal con los principales acontecimientos relacionados con el desarrollo de los aerostatos de hidrógeno y aire caliente

Figura 3. Línea temporal con los principales acontecimientos ocurridos en el año 1783 con relación al desarrollo de aerostatos tanto de aire caliente (parte superior en verde) como de hidrógeno (parte inferior en naranja).

En vista de que los animales sobrevivieron sin percance alguno al vuelo, el rey Luis XVI dio su permiso para que seres humanos pudiesen tripular por primera vez estos nuevos aerostatos. El primer humano en ascender en un globo aerostático, y por tanto el primero en despegar de la Tierra, fue Jacques-Étienne Montgolfier, probablemente el 15 de octubre de 1783, Figuras 1 y 3. Fue en un vuelo de prueba en el patio del taller de Jean-Baptiste Réveillon en Faubourg Saint-Antoine para probar el nuevo globo que había desarrollado en colaboración con este último. Dado el carácter preliminar y de prueba de este primer vuelo, el globo permaneció en todo momento sujeto mediante un cabo a tierra. Aquel mismo día algo más tarde, el físico Jean-François Pilâtre de Rozier se convirtió en la segunda persona en ascender, alcanzando una altura de 24 m que era la longitud del cabo que sujetaba el aerostato a tierra. Para estos vuelos y el posterior vuelo libre del primer aerostato (sin estar el globo anclado a tierra), Jacques-Étienne Montgolfier volvió a colaborar con Jean-Baptiste Réveillon fabricando en este caso un globo de 1700 m3 (23 m de altura y unos 15 de diámetro). La decoración diseñada por Réveillon, muy propia del siglo XVIII, contenía nuevamente motivos dorados que incluían flores de lis o soles con la efigie de Luis XVI junto con el sello real sobre un fondo azul. Asimismo, la cesta estaba también engalanada con cortinas rojas y azules y águilas reales, Figura 1.

El primer vuelo tripulado de un aerostato sin anclaje a tierra se realizó el 21 de noviembre de 1783 a bordo del globo de aire caliente de Montgolfier–Réveillon. Dos fueron los pioneros en este caso, Jean-François Pilâtre de Rozier y el marqués de Arlandes, oficial del ejército francés, Figura 3. El globo se elevó desde los terrenos de Château de la Muette, próximos al parque Bois de Boulogne en las afueras de París. La altura de vuelo fue de unos 910 m sobre París, recorriendo una distancia de unos 9 km en unos 25 min, Figura 4. Los tripulantes decidieron descender, a pesar de contar con combustible para cubrir un vuelo unas 4 o 5 veces mayor, ya que las brasas del quemador habían comenzado a quemar la tela de la envoltura. Finalmente, el globo aterrizo en la colina de Butte-aux-Cailles en el propio París.

Rutas seguidas por los globos de tres de los principales vuelos en aerostatos llevados a cabo en el año 1783

Figura 4. Rutas seguidas por los globos de tres de los principales vuelos en aerostatos llevados a cabo en el año 1783. (Imágenes obtenidas con Scribble Maps).

Pero ¿y cuándo fue el primer vuelo tripulado de un aerostato de hidrógeno? Pues muy poco después del primer vuelo libre del globo de Montgolfier, en concreto 10 días después, el 1 de diciembre de 1783 a las 13:45 h, Jacques Charles en compañía de Nicolas-Louis Robert ascendió a los cielos parisinos desde el Jardín des Tuileries, convirtiéndose en los primeros tripulantes de un globo de gas, Figura 4. Nuevamente, la multitud acudió en masa a ver el vuelo de una de estas nuevas aeronaves que eran capaces de surcar los cielos, algunas fuentes indican que pudieron congregarse hasta 400.000 espectadores para presenciar el lanzamiento y que algunos pagaron una cierta cantidad para financiar la construcción del nuevo globo y recibir acceso para presenciar de cerca el despegue. Dos de las personalidades presentes fueron Benjamin Franklin, por entonces en calidad de diplomático de los Estados Unidos de América, y Joseph-Michel Montgolfier, a quien Jacques Charles tuvo la deferencia de pedirle que soltara el globo guía que permitía evaluar las condiciones climáticas.

El aerostato de hidrógeno que realizó el primer vuelo tripulado contaba con una envoltura roja y amarilla de 9 m de diámetro (380 m3, volumen muy inferior al requerido por el globo de Montgolfier – Réveillon) fabricada en seda impermeable y reforzada con barniz. Dicha envoltura estaba cubierta por una red de la cual colgaba la canasta, de colores rojo y azul, que alojaba a ambos pioneros, Figura 2. Además, para poder controlar en cierta medida la altitud de vuelo el aerostato contaba con una válvula diseñada por el propio Charles para la liberación del hidrógeno y unos lastres de arena. La aeronave, que alcanzó una altura aproximada de 550 m sobre Paris, surcó los cielos durante 2 horas y 5 minutos en los que recorrió 36 km, aterrizando finalmente al atardecer en la comuna francesa Nesles-la-Vallée, en un lugar denominado Les Grands-Herbages, donde a día de hoy todavía puede encontrarse una estela conmemorativa del vuelo de Charles y Robert en Nesle-la-Vallée, Figura 4. El séquito que siguió el vuelo de la novedosa aeronave a caballo, con el duque de Chartres a la cabeza, ayudó a los dos pioneros a descender del ingenio y a sujetarlo. Si bien parece que Jacques Charles no tuvo suficiente y transcurrido un rato decidió volver a ascender a los cielos con su aeronave, esta vez solo ya que el globo había perdido parte de su hidrógeno. En esta ocasión, el aerostato de hidrógeno ascendió rápidamente hasta una altitud de unos 3000 m que permitió a Jacques Charles volver a ver un Sol que desde tierra ya se había ocultado tras el horizonte. Sin embargo, a consecuencia de la rápida ascensión, el piloto comenzó a sufrir un fuerte dolor en los oídos, de modo que decidió liberar gas y descender suavemente hasta aterrizar en Tour du Lay, cerca de Hédouville, a unos 3 km de distancia del punto de su segundo despegue.

Así es como Jacques Charles y los hermanos Robert hicieron historia diseñando, fabricando y volando los primeros aerostatos de hidrógeno, mostrando estos en todos los casos unas prestaciones superiores a los equivalentes globos de aire caliente de los hermanos Montgolfier, Figura 3. Si bien no debe desmerecerse en ningún caso el trabajo de los Montgolfier, que fueron pioneros en el vuelo de aerostatos y con sus globos se realizaron tanto los primeros vuelos no tripulados como los primeros tripulados – cautivos y libres, llevando a cabo un aporte técnico increíble en un campo en el que apenas existía conocimiento previo.

Cabe destacar que los aerostatos de gas (aquellos que emplean un gas menos denso que el aire como el hidrógeno) logran para un mismo volumen una mayor sustentación que los globos de aire caliente, de modo que no es necesario que sean tan grandes. Puede verse como en términos de volumen los aerostatos de Charles fueron siempre más pequeños que los de los Montgolfier. Además, los aerostatos de gas no requieren la combustión continua de un combustible para permanecer en vuelo, logrando mayores autonomías al tiempo que una reducción del coste operativo. Si bien es cierto que el manejo del hidrógeno tal y como se llevaba a cabo en el siglo XVIII no era probablemente el más seguro, ya que como es bien conocido uno de los problemas del hidrógeno es su gran inflamabilidad. Aun así, los aerostatos de gas, y en particular los de hidrógeno, fueron dominantes hasta bien entrado el siglo XX, en el que quedaron relegados a un segundo plano. Por una parte, debido los problemas derivados del uso del hidrógeno y por otra al cambio en el paradigma aeronáutico y la entrada en desuso de aeronaves como los dirigibles, relegándose a los aerostatos a un fin fundamentalmente recreacional.

Referencias

Gillispie, C.C. (2014). The Montgolfier brothers and the invention of aviation 1783-1784: with a word on the importance of ballooning for the science of heat and the art of building railroads (Vol. 684). Princeton University Press.

Lynn, M.R. (2015). The sublime invention: ballooning in Europe, 1783–1820. Routledge.

Bavykin, D. V. (2008). A. Zuttel, A. Borgschulte, L. Schlapbach (eds.): Hydrogen as a Future Energy Carrier.

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