Inteligencia artificial e impresoras 3D
Leap 71 fabricará un motor de cohete de referencia con la misma potencia que los Raptor de Elon Musk pero a una fracción de su precio y complejidad gracias a la inteligencia artificial y la impresión 3D a gran escala
Foto: Una vista del inyector creado por la inteligencia artificial para este nuevo motor de cohete. En pequeño, el inyector del anterior motor creado por IA. (Leap 71)
Por Jesús Díaz
Fuente: El Confidencial
SpaceX controla el 98 % de los lanzamientos de cohetes a nivel mundial, un monopolio prácticamente sin competencia. Solo Pekín compite con Elon Musk en cuanto a número de lanzamientos y, aunque los chinos se están acercando a la producción en masa de cohetes reutilizables, están todavía lejos de conseguirlo. El mundo necesita reaccionar con rapidez. No podemos permitir que una sola empresa domine el futuro de la humanidad ni las comunicaciones espaciales. Y mucho menos una propiedad de Musk.
«Si copias a SpaceX, tardarás diez años en llegar a donde están hoy«, me comenta Lin Kayser, cofundador de la empresa de ingeniería de inteligencia artificial Leap 71, con sede en Dubái, en una entrevista por vídeo. «Dentro de diez años, SpaceX no estará donde está hoy. La partida habrá terminado». Empresas emergentes y naciones necesitan alcanzar a Musk, pero eso implica resolver una ecuación brutal: diseñar motores con un empuje comparable al Raptor (unos 2.000 kilonewtons) y eficiencia, pero sin los ciclos de desarrollo de una década. Y para vencerlo, también se necesita producirlos en masa a un precio más barato.
Esto es ahora más importante que nunca porque lo que está en juego es aún mayor que hace sólo cinco años. Starlink, que pronto puede permitir internet directo al teléfono, amenazan con marginar a los operadores de telecomunicaciones y centralizar el control de la infraestructura de comunicación crítica de la Tierra, además de controlar la economía espacial. Y ya se ha visto qué pasa en Ucrania cuando EE. UU. y Musk amenazan con desconectar esa infraestructura para favorecer sus intereses o los del dictador Vladimir Putin. «Cada región necesita una capacidad de lanzamiento soberana», advierte Kayser. «De lo contrario, pagarás diez veces lo que paga SpaceX para acceder al espacio, si es que te dejan».
Él cree que su empresa tiene la solución para resolver este reto: una inteligencia artificial llamada Noyron que, hasta ahora, ha desarrollado con éxito dos motores de cohete, uno que aprende continuamente y será capaz de diseñar un motor que compita con los motores de clase Raptor que utiliza Musk. Cree que su empresa, los fabricantes de cohetes tradicionales y las empresas emergentes podrán aprovechar este ingeniero de cohetes sintético que ha creado Leap 71 y combinarlo con las nuevas máquinas de impresión 3D de metal de formato extremadamente grande recientemente desarrolladas en China para crear una alternativa más barata al Raptor y vencer a Musk en su propio juego.
Plano computacional
Ya hablamos de Noyron anteriormente, un modelo computacional que es básicamente un «cerebro de ingeniero en una caja». A diferencia de las herramientas de IA generativa que requieren supervisión humana porque solo están «adivinando» lo que podría funcionar, Noyron codifica la física, la ciencia de los materiales y las normas de fabricación para diseñar motores de cohete de forma autónoma. No solo genera formas, sino también hardware funcional listo para la impresión 3D. «El CAD paramétrico tradicional está impulsado por la geometría. El nuestro está regido por la física», explica Kayser. «Llamarlo CAD paramétrico sería como decir que ChatGPT es autocompletar».
Imagen: La parte trasera del inyector. (Leap 71)
El primer gran avance del sistema se produjo en 2024 con un motor de cohete de 5 kN: un diseño compacto y de alta eficiencia diseñado íntegramente por su IA e impreso en 3D de una sola vez como un motor de cobre de una sola pieza con intrincados canales de refrigeración internos. Durante las pruebas en un antiguo búnker de la Segunda Guerra Mundial en el Reino Unido, el motor funcionó sin problemas, validando la capacidad de Noyron para predecir las tensiones térmicas y la dinámica de fluidos. Luego, en enero de 2025, Leap 71 superó los límites imaginables al diseñar uno de los motores de cohete más desafiantes y esquivos de la industria aeroespacial: un propulsor criogénico aerospike, un motor capaz de funcionar a cualquier altitud para eliminar la necesidad de múltiples etapas de cohete, minimizando elementos y costes en el proceso.
Lo hicieron alimentando datos de sus pruebas en la segunda versión de Noyron y ahora la empresa quiere ampliar este enfoque a motores 400 veces más grandes. La nueva hoja de ruta incluye dos diseños de referencia: el aerospike XRA-2E5 de 200 kN y el motor de tobera de campana XRB-2E6 de 2000 kN, equivalente al Raptor de SpaceX. El primero, dice, está programado para su primera campaña de pruebas dentro de los 18 meses posteriores a abril de 2025 (lo que lo sitúa alrededor de finales de 2026). El segundo está previsto que esté listo para 2029.
Para el desarrollo de motores de cohete, con ciclos de diseño y prueba medidos en décadas, esto es increíblemente ambicioso. Pero el cronograma es alcanzable debido a cómo funciona Noyron, dice Kayser. En lugar de iterar prototipos manualmente, Noyron trata todos los motores como variaciones de un «ADN» unificado. Y en lugar de tener que ser programado, su ventaja radica en su capacidad para absorber décadas de conocimiento de ingeniería, incluso de fuentes oscuras. Para su nuevo modelo, Leap 71 no solo ha incorporado todo lo que ha aprendido de sus últimas pruebas, como datos sobre la eficiencia de enfriamiento y la tensión del material, sino también grandes cantidades de información nueva, incluidos manuales de cohetes de la era soviética digitalizados. «Los introducimos en Noyron para refinar nuestros modelos térmicos», dice Kayser. La IA también aprende de cada prueba. Este ciclo de retroalimentación reduce los ciclos de diseño y acelera todo.
Imagen: Uno de los prototipos de un motor más grande impreso de una pieza en la nueva impresora china. (Leap 71)
Y, lo más importante, Noyron no es una IA generativa, sino un modelo computacional capaz de producir resultados deterministas que son consistentes cada vez y precisos según el mundo físico real y los datos. Entiende. No supone, como el CAD basado en inteligencia artificial de difusión. Sabe: si introduces las mismas especificaciones y generará diseños idénticos (intente eso con ChatGPT, Gemini, Midjourney o Sora). Esto es fundamental para la fiabilidad aeroespacial. «Los ingenieros humanos pueden ver la lógica detrás de cada decisión», dice Kayser. «No es una caja negra».
Los desafíos
Si bien Noyron puede diseñar un motor de cohete en minutos, demostrar que funciona en el mundo físico es la clave. Las ambiciones de la empresa chocan con una cruda realidad: incluso la IA más avanzada no puede eludir las leyes de la física y la burocracia.
Asegurar instalaciones de prueba para motores grandes sigue siendo un obstáculo para la empresa. Si bien los subsistemas más pequeños, como la turbobomba de 28 kN que quieren probar este año, caben en los bancos de pruebas existentes, el enorme tamaño del motor de 2000 kN exige una infraestructura especializada. «El camino crítico aquí es la disponibilidad de bancos de pruebas», dice Lin Kayser. Las opciones actuales son escasas y están dispersas por todo el mundo.
El envío de motores al extranjero activa controles de exportación y retrasos, un problema agravado por las tensiones geopolíticas. Mover un motor pequeño de Alemania al Reino Unido ya lleva «dos o tres semanas», me dice Kayser. Es por eso que Leap 71 está en conversaciones con gobiernos de Dubái, Singapur y Nueva Zelanda para ubicar conjuntamente la fabricación y las pruebas. El puerto espacial planificado de Omán y la remota instalación de Tāwhaki en Nueva Zelanda, con sus vastos paisajes que amortiguan el sonido, son los principales candidatos. «No se puede simplemente poner un motor de cohete ruidoso al lado de una ciudad», señala Kayser.
El otro desafío, la producción real, solo ha sido posible ahora, con los nuevos gigantes de la impresión 3D de China capaces de producir piezas de 2 por 2 por 1,1 metros. De hecho, esto es lo que hizo que Lin y su socia, la cofundadora de Leap 71, Josefine Lissner, realmente creyeran que fabricar un motor de clase Raptor era posible hoy en día. Llamada EP-M2050, fabricada por la empresa de manufactura E-Plus-3D, esta colosal impresora 3D utiliza 36 rayos láser para convertir polvos metálicos en todas las piezas necesarias para sus próximos motores de cohete, incluidas las enormes toberas, que serán mucho más altas que una persona adulta media.
Pero son tan nuevas que el control de calidad sigue siendo una incógnita. La rugosidad superficial, inherente a la impresión de metal en capas, interrumpe la dinámica de fluidos en los canales de refrigeración. Las paredes rugosas aumentan la fricción, alterando el flujo de combustible y la estabilidad térmica. Después de la impresión, las piezas se someten a una limpieza rigurosa para eliminar el polvo metálico residual, una tarea que hasta ahora ha sido realizada por la empresa alemana Solukon, porque «cualquier impureza podría causar una explosión», dice Kayser. La uniformidad del material es otra incógnita. Si bien las impresoras manejan aleaciones como el cobre-cromo-zirconio, garantizar una resistencia constante en componentes masivos, especialmente bajo las violentas vibraciones y los cambios térmicos de un motor en funcionamiento, sigue sin probarse a esta escala.
Imagen: Uno de los prototipos de un motor más grande impreso de una pieza en la nueva impresora china. (Leap 71)
La turbobomba, que fuerza el combustible a la cámara de combustión a presiones extremas, es un buen ejemplo del desafío. La ampliación aumenta los riesgos. Las turbinas giran a velocidades supersónicas, generando fuerzas centrífugas que deforman el metal. Los rápidos cambios de temperatura, como el flujo de oxígeno criogénico a -183 °C que se encuentra con gases de escape a 3000 °C, amenazan con provocar grietas. «El sellado, la fatiga del material y las condiciones transitorias durante el arranque y la parada son críticas», explica Kayser. «Estos no son solo problemas de diseño, exigen pruebas prácticas».
Es por eso que el obstáculo más inquietante del desarrollo de cohetes con este método son las «pruebas ciegas». El motor aerospike de Leap 71, impreso como un bloque de cobre único con canales de refrigeración internos, no pudo inspeccionarse internamente antes de dispararse. «Tuvimos que probar sin ver lo que hay dentro», dice Kayser. Durante las pruebas, un flujo de oxígeno imperfecto provocó temperaturas más altas de lo esperado. Si bien todo funcionó, obligó a una parada anticipada. «En lugar de arriesgar más pruebas, paramos y luego cortamos el motor por la mitad para analizarlo» añade. De eso se aprende para la próxima: cada fallo y cada dato se mete en los modelos de Noyron. Esta iteración consume tiempo y capital, pero eso es una fracción del coste de los métodos de diseño y fabricación tradicionales.
Por ahora, la estrategia de Leap 71 se basa en la validación incremental, probando subsistemas como inyectores y turbobombas individualmente, mientras presiona a los gobiernos para que financien instalaciones de prueba dedicadas.
El camino a seguir
Aunque estos son desafíos importantes, no son insuperables. La industria lo sabe y, según Kayser, quiere participar. Una forma de saltarse varios años y alcanzar o superar a Musk es una idea muy tentadora. En este momento, Leap 71 colabora con unas 15 empresas de cohetes. Kayser no puede revelar sus nombres debido a acuerdos de confidencialidad, excepto The Exploration Company, que está desarrollando un módulo de aterrizaje lunar europeo. Estos socios carecen de la integración vertical de SpaceX, pero quieren motores a medida sin I+D de una década. «El motor es la parte más cara y complicada», enfatiza Kayser. «Todos los demás simplemente los compran. Pero no hay suministro».
«[Los procesos de diseño actuales] son en realidad un problema para muchas de las empresas de microlanzadores en este momento», dice Kayser. «Así que tienen motores relativamente pequeños. Y si quieren jugar en las grandes ligas, básicamente tienen que embarcarse en un proyecto completamente nuevo, crear un cohete completamente nuevo». La principal diferencia entre tamaños de cohete es el motor, porque el resto se puede escalar con relativa facilidad. Pero no se puede simplemente ampliar el motor porque tienen especificaciones y requisitos completamente diferentes. No se puede simplemente escalar un motor de Cessna y esperar que pueda volar un Boeing 747, explica.
Al usar Noyron, asegura, los clientes podrán ajustar el diseño a sus propias necesidades. Pedirán el empuje, el tipo de combustible y el tamaño que necesiten para recibir diseños de motor a medida para cada necesidad. Una empresa emergente podría modificar un aerospike para combustible de metano, mientras que otra empresa podría optimizar para un menor coste. Algunos motores serán pequeños y otros podrían ser de clase Raptor.
Sabremos si todo funciona en un par de años, así que no tendremos que esperar mucho. Si lo consiguen, será fenomenal para la humanidad. No solo porque desafiará a Musk en su propio juego, sino porque podría democratizar los medios para alcanzar la órbita para todos los países del planeta. Además, si sucede, significará que el sueño de tener una IA tipo Jarvis de Tony Stark para ayudar a los humanos a construir el futuro será real. Kayser ciertamente cree en ello: «Estamos construyendo un mundo donde cualquiera puede diseñar máquinas complejas». Que así sea, Lin. Que así sea.