Híbridos y Eléctricos

LA HOJA DE RUTA DE LILIUM

¿Cuál es el proceso para certificar los aviones eléctricos y qué precio tiene?

Todas las propuesta de aviones eléctricos eVTOL (y no eVTOL) han de pasar por el proceso de certificación, un trámite complejo, que todos conocen y saben que es clave, y que puede ser la causa que haga que muchos proyectos no lleguen a buen puerto.

Certificacion avion electrico Lilium evtol
La certificación aérea de los aviones eléctricos eVTOL es un proceso por el que deberán pasar todas las nuevas propuestas.

Hasta 1.000 millones de dólares se estima que puede llegar a costar lograr que una sola aeronave eVTOL sea totalmente certificada. Un proceso obvio, de gran importancia, del que se evita debatir o reconocer, y que define muy bien esta expresión anglosajona: todas las startups tienen ese “elefante en la habitación” que puede ser la causa de su fracaso.

Cualquier empresa que quiera incorporar un taxi aéreo eVTOL a un servicio comercial necesita estructurar toda sus operaciones para cumplir con los mismos estándares aeroespaciales que, por ejemplo, los dos grandes gigantes de la aviación: Airbus o Boeing. El problema, además de técnico, es económico, por lo que conseguir inversores se convierte en un asunto de vital importancia.

¿Qué significa la certificación?

Las dos entidades de vuelo clave en cuestión de certificaciones son la Autoridad Federal de Aviación de los Estados Unidos (FAA) y la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA). Obtener la certificación de ambas significa, de facto, que la aeronave sea aceptada en prácticamente todo el mundo.

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Ilustración del proceso de Validación y Verificación de Lilium para satisfacer los requerimientos de EASA y FAA.

Parece sencillo, pero no lo es. Algunas estimaciones advierten que este proceso puede llegar a costar hasta 1.000 millones de dólares para que un solo tipo de aeronave eVTOL quede certificada y pueda comenzar su vida comercial. En un mercado en el que las empresas son prácticamente todas de nueva formación es difícil encontrar una que disponga de este capital, al menos de momento.

Pero, esta realidad no desanima a ninguna. Muchas de ellas confían en lograr estas certificaciones en poco tiempo. Es el caso de Lilium, que la espera para 2024 para su taxi aéreo de siete plazas. En su blog, y de la mano de Yves Yemsi, director de programas y ex director del equipo de calidad del Airbus A350 que se enfrentó a este proceso, y Bhavesh Mandalia, director de aeronavegabilidad, describen como tienen pensado abordar este proceso.

El proceso de certificarlo todo

La primera clave del proceso de certificación es que el diseño de la aeronave es solo una pieza del rompecabezas. En él están involucrados todos los departamentos de la empresa que deben estar a la altura de los estándares de la industria aeroespacial y obtener la certificación por derecho propio. “No solo estás desarrollando el avión, estás transformando la empresa de una startup disruptiva a una compañía aeroespacial normal y establecida. La creatividad es excelente, pero hay que enfrentarse al rigor aeroespacial”, afirma.

Por tanto, para obtener el resultado deseado, hay que tener en cuenta los costes del diseño y de la producción. El primero exige crear los prototipos, el sistema de propulsión, los sistemas de control de vuelo y todo lo que los rodea y, además, certificar el equipo de diseño. Aquí se exige un Design Organization Approval (DOA), un certificado de “que los procesos publicados se respetan y tienen el rigor aeroespacial adecuado”.

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Prueba de componentes para el avión eVTOL de 7 plazas de Lilium.

En segundo paso es la producción. Cualquier startup debe obtener el Production Organization Approval (POA) cumpliendo los mismos requisitos que fabricantes tan grandes como Airbus o Boeing. El POA certifica que a partir de un diseño se asegura de que cada pieza producida se ajuste a los datos de ese diseño. “Un certificado de conformidad de su fabricación” aclara Yemsi.

En su caso, Lilium ha optado por lograr la certificación simultánea con EASA y con FAA, lo que supone un esfuerzo extra por adelantado, pero descarta el riesgo de que la aeronave logre su objetivo en una de ellas y luego requiera un rediseño para lograr el otro estándar.

El proceso de certificación puede considerarse más como un sistema de calidad para toda la empresa que como una simple aprobación de un tipo de un diseño de aeronave individual. Pero incluso una vez asimilado este concepto, existe el desafío adicional de certificar todo para cumplir con múltiples autoridades de aviación, que pueden terminar teniendo diferentes estándares. La FAA de Estados Unidos y la EASA de Europa son las dos más importantes, dice Yemsi, porque otras autoridades de todo el mundo generalmente los reconocen como propios.

ingenieros Lilium evtol

Sala de ingeniería de Lilium.

La industria debe adaptarse a las exigencias de las agencias reguladoras

Para que la aviación eVTOL impulse un cambio que realmente transforme la industria y el sector, deben pasar por este proceso grandes cantidades de aeronaves, “cifras sin precedentes para la industria aeroespacial”, asegura Yemsi, ¿significa esto que las autoridades de aviación necesitarán ajustar sus procesos?

Yemsi tiene claro que eso no va a suceder. Las autoridades no reducirán sus estándares, será la industria la que tendrá que “aprender a lidiar con la normativa aeroespacial, sin excepciones”. La industria aeroespacial no es como la de la automoción, “cada proceso tendrá que ser aprobado, tendrá que estar calificado de acuerdo con los estándares aeroespaciales”.

Sin embargo, aunque el volumen de producción sea muy elevado, precisamente la sencillez de la naturaleza de los sistemas de propulsión eléctrica debería simplificar las cosas considerablemente. "Nuestro avión es muy simple", dice Yemsi: "Treinta y seis rotores eléctricos en conductos que se inclinan para lograr maniobrabilidad. Optamos por un concepto simple, que nos permite reducir la cantidad de componentes. Un A350, por ejemplo, tiene alrededor tres millones de piezas. El nuestro será cien veces más sencillo, no creo que tengamos más de 100.000 componentes individuales. Por lo tanto, es menos complejo de ensamblar. Pero aún tiene el desafío de que cada uno de estos componentes debe cumplir plenamente con todos los estándares de producción y diseño".

Evolucion avion electrico evtol lilium

Las cuatro generaciones de aviones demostradores de tecnología Lilium, en vuelo.

¿Cuánto cuesta la certificación?

Cientos de empresas se disputan las inversión dispuestas a ingresa a este sector. Por ahora, el líder en la recaudación de fondos es Joby Aviation, que ya cuenta con 800 millones de dólares. Una cifra impresionante que podría no ser suficiente. Yemsi explica que en el coste de la certificación no solo hay que considerar la ingeniería y el desarrollo, también hay que hacer realidad varios prototipos demostradores que cumplan todos los requisitos de conformidad.

La conformidad es un término con el que las certificaciones aluden a que el avión haya sido diseñado en un “ambiente controlado de diseño” y a que se fabrique en un “ambiente controlado de producción”. El avión que se certifica, por lo tanto no es un prototipo, es un avión demostrador conforme. Certificando el proceso, se certifican unos resultados, pero eso es caro.

De ahí las numerosas asociaciones que Lilium ha estado anunciando últimamente con proveedores de subsistemas: Honeywell para los controles de vuelo fly-by-wire, aviónica, cabinas, sensores, comunicaciones y transpondedores, Toray para los compuestos de carbono, Aciturri para la fabricación de fuselajes y las alas, etc. Estos socios tienen una gran experiencia en diseño, ingeniería y producción de grado aeroespacial, y asociaciones como estas permiten a las empresas eVTOL “subcontratar efectivamente” gran parte de ese costo de certificación.

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Los proveedores aeroespaciales ayudan a garantizar el uso de piezas certificables (de izquierda a derecha): Aciturri, Honeywell y Lufthansa Aviation Training.

La redundancia o la ventaja objetiva de la disimilitud

Los aviones eVTOL multi rotor no pueden aterrizar de manera suave si pierden la energía, o usar un rotor superior grande para girar suavemente hacia el suelo como lo hacen los helicóptero cuando pierden el motor. Ni siquiera un paracaídas auxiliar podría solucionar esta situación por debajo de cierta altura. Sin embargo, para lograr la certificación de tipo, estos aviones tendrán que demostrar que son tan seguros como un avión comercial. Eso significa que la probabilidad de fallo debe ser muy baja: una en mil millones de horas de vuelo, aproximadamente 1.500 veces más seguro por kilómetro que un coche.

Para lograr este objetivo la clave está en la redundancia: múltiples sistemas concurrentes en cada situación de fallo permiten que la aeronave pueda continuar volando de manera segura incluso si uno o más fallan. Y no solo eso, ya que esos múltiples sistemas concurrentes están controlados por un hardware y un software completamente diferente, lo que reduce las posibilidades de que un solo problema derribe más de un sistema. Lo que se conoce como disimilitud se traduce como que cada sistema emplea una computadora diferente con un software diferente, lo que asegura que no pueden fallar por una causa común.

En el caso de Lilium “tenemos una triple disimilitud” dice Yemsin. Tres rutas informáticas diferentes, ejecutando tres sistemas de software diferentes, en tres sistemas de hardware diferentes. Este el concepto que Honeywell ha desarrollado y que ha implementado en el 787: “este es el nivel de seguridad del que estamos hablando: 787 Dreamliner”. Desarrollar algo así para una startup “tomaría un tiempo. Nuestro enfoque es ser humildes: por eso lo compramos".

Con tres ordenadores de control de vuelo tomando decisiones por separado y comparando los resultados, las posibilidades de que el sistema sea hackeado de manera remota son también prácticamente nulas. Cuando un sistema no está de acuerdo con los otros dos, gana la decisión mayoritaria. Este mismo enfoque se replica en todo el avión. Con 36 rotores proporcionando propulsión, el fallo de una unidad no causará problemas en la disponibilidad del empuje.

El paquete de baterías también está separado en más de 10 módulos independientes, cada uno de los cuales está diseñado para que en caso de fallo, se queme dentro de un caparazón contenido mecánicamente, del que se extrae el calor y los gases tóxicos de forma segura. Mientras, el resto de los módulos redistribuyen automáticamente la energía para cubrir el fallo. Este diseño de batería, aclara Yemsi, es la razón por la que Lilium ha paralizado momentáneamente sus pruebas. El avión demostrador tuvo un incidente en tierra el año pasado, y el equipo rediseñó el sistema de batería para modificar la gestión térmica de cada módulo sin afectar a los demás.

Esta es la perspectiva de la certificación desde la mirada de Lilium. Un proceso que no es el más emocionante dentro de lo que ofrecen los nuevos diseños eVTOL pero que es de suma importancia para que puedan convertirse en realidad en un futuro. “Un enfoque amigable con la certificación es algo que debe impregnar a una empresa eVTOL desde cero si quiere que su producto llegue al mercado y se produzca en masa”, concluye Yemsi.

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