El futuro de la ingeniería aeroespacial va a depender de la intersección entre la ingeniería, la matemática aplicada, y la informática

El pasado 27 de septiembre se inauguraba IMDEA- Matemáticas, el Instituto de Estudios Avanzados en Matemáticas promovido por la Comunidad de Madrid. El fin de este centro madrileño es lograr la imbricación de esta ciencia en el ámbito de la I+D+i, atendiendo de una manera especial a la computación dentro del campo de las matemáticas aplicadas.

La inauguración contó con la presencia y ponencia de brillantes científicos como Juan José Alonso. Este ingeniero aeronáutico madrileño pertenece al Comité Científico de IMDEA, aunque su labor diaria es dirigir la Oficina de Programas de Aeronáutica Fundamental de la NASA y transmitir sus conocimientos como profesor en la Universidad de Stanford. Ambas ocupaciones tienen en común la plena dedicación a la investigación, y el uso de las matemáticas como soporte de lo que es la aeronáutica del presente y sobre todo del futuro. A pesar de su juventud -se doctoró en la Universidad de Princeton en el año 97-, Juan José Alonso ha publicado más de un centenar de artículos científicos.

En la jornada inaugural de IMDEA Matemáticas nos habló de la contribución de las matemáticas aplicadas a la simulación de problemas aeroespaciales, y, en concreto, a los lectores de madrimasd.org, de su trayectoria profesional y su visión de la actualidad de su campo de trabajo.

1.- Sus responsabilidades actuales en la NASA y en la Universidad de Stanford, sus publicaciones y colaboraciones con diferentes instituciones le convierten en todo un ejemplo para ingenieros y matemáticos. ¿Cómo se llega tan lejos siendo tan joven?

La juventud es un término relativo. En mi caso particular, lo poco o mucho que haya podido conseguir en el ámbito profesional se debe a una combinación de dos factores: la constancia en el trabajo y la disponibilidad de oportunidades. La investigación requiere largos períodos de concentración con muchas horas de esfuerzo: es una lección que aprendí de muy joven y nunca se me ha olvidado. Las oportunidades para poner a prueba los conocimientos que se han adquirido son imprescindibles en la ingeniería. Desde la educación básica, en la que mi familia hizo hincapié, hasta mi participación en varios proyectos en la universidad, he tenido la suerte de disfrutar de muchas posibilidades para desarrollar mis conocimientos matemáticos, científicos, y de ingeniería. Francamente, espero que el IMDEA-Matemáticas pueda crear oportunidades para la futura generación de matemáticos e ingenieros.

2.- ¿En qué proyectos está usted trabajando en la actualidad?

En este momento, el trabajo de dirección técnica del Programa de Aeronáutica Fundamental de la NASA consume todo el tiempo que tengo a mi disposición. El objetivo principal de mi trabajo en la NASA es asegurarme de que se desarrollen líneas de investigación que sean relevantes para el avance de la aeronáutica, y que se produzcan resultados para garantizar la continuidad del Programa. Cuando concluya mi trabajo en la NASA y regrese a la Universidad de Stanford, tengo intención de volver a desarrollar métodos avanzados de diseño para sistemas aeroespaciales usando el cálculo numérico y ordenadores con miles de procesadores.

3.- Su formación está vinculada a los Estados Unidos, concretamente a prestigiosos centros como el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) o la universidad de Princeton ¿Qué aspectos de su modelo de formación y qué personas han influido más en su carrera?

Durante mi formación tuve la oportunidad de asistir al MIT y a la universidad de Princeton, pero también, durante el primer año, a la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la Universidad Politécnica de Madrid. La combinación de la enseñanza teórica y práctica de estas instituciones me ha sido muy útil. Durante mis estudios hubo tres o cuatro profesores que recuerdo con particular cariño por su formar de enseñar, su humildad, a pesar de poseer una capacidad intelectual incomparable, y su constancia en el trabajo. Entre ellos destacaría al profesor Antony Jameson, que fue mi director de tesis, y al que debo mi formación en métodos numéricos para la mecánica de fluidos.

4.- Para un ingeniero como usted ¿Qué significan las matemáticas y cuál es la rama de esta ciencia que más tiene influencia tiene en su trabajo?

La matemática es el lenguaje con el que se describe el comportamiento del mundo físico. Por ello la matemática es la base de todo lo que hacemos en la ingeniería aeroespacial. En mi caso particular, el análisis y el cálculo numérico son las ramas que mas influencia tienen en mi trabajo de investigación. Los avances en estas ramas, junto a los modelos físicos de sólidos y fluidos, y al vertiginoso avance de la capacidad de los ordenadores modernos, han facilitado desarrollos impensables hace diez o quince años. Quizás se podría decir que el futuro de la ingeniería aeroespacial va a depender de la intersección entre la ingeniería, la matemática aplicada, y la informática.

5.- ¿Cómo valora la orientación del IMDEA-Matemáticas hacia aspectos computacionales? ¿Por qué?

La orientación del IMDEA-Matemáticas hacia aspectos computacionales es el complemento necesario para que la matemática aplicada adquiera la relevancia que se le requiere hoy en día. Al mismo tiempo, esta orientación facilitará avances en métodos numéricos que serán necesarios para poder resolver problemas de ingeniería y ciencia más complicados y con más exactitud. Sin la intervención conjunta de la matemática aplicada, de los métodos computacionales, y de la ingeniería aeroespacial será imposible resolver problemas, por ejemplo, de diseño de las aeronaves del futuro, que tendrán que tener un rendimiento mucho más alto y, al mismo tiempo, causar un impacto ambiental -ruido y emisiones- mucho más reducido. Los ejemplos del valor de esta combinación son múltiples: desde el desarrollo de la mecánica de fluidos computacional hasta el cálculo del flujo a través de un motor a reacción completo, pasando por la predicción del comportamiento de una nave espacial al entrar en la atmósfera de Marte.

6.- En su opinión, ¿qué papel puede jugar IMDEA-matemáticas en el desarrollo científico y tecnológico de España?

Cuando un país invierte en la investigación y el desarrollo de la forma en la que la Comunidad de Madrid lo está haciendo, los resultados a medio y largo plazo contribuyen al desarrollo tecnológico de la región y del país. Iniciativas como el IMDEA-Matemáticas crean oportunidades para la educación de la próxima generación de matemáticos e ingenieros que contribuirán al avance tecnológico de España. Los frutos de la investigación y el desarrollo se pueden utilizar directamente para mejorar los procesos de análisis y diseño que tenemos hoy en día. Por último, el ambiente cooperativo entre matemáticas, ingeniería y métodos numéricos que se esta creando en el IMDEA-Matemáticas dará lugar a una investigación multidisciplinar que es clave para los desarrollos del futuro.

7.- IMDEA actualmente ha establecido contactos con AIRBUS-España. ¿Cuál puede ser la influencia de IMDEA en el campo de la aeronáutica?

El diseño de futuros sistemas aeroespaciales requiere métodos de análisis mucho más sofisticados que los que tenemos a nuestra disposición. La línea de investigación aeronáutica del IMDEA-Matemáticas se está centrando en problemas del campo de la aeronáutica cuya solución puede facilitar avances muy significativos. Por ejemplo, la utilización de métodos adjuntos para el diseño óptimo de formas aerodinámicas contribuye a mejorar el rendimiento aerodinámico de los aviones del futuro.

8.- ¿Asistimos a una revolución en torno a la investigación aeronáutica?

Sin duda alguna. Para el transporte de pasajeros y mercancías en el futuro se requerirá mejor rendimiento, mayores velocidades -supersónicas o incluso hipersónicas-, y menor impacto ambiental. Esta combinación de mejoras no es posible con aeronaves derivadas de los conceptos que volamos hoy en día. El desarrollo de configuraciones revolucionarias es necesario. Por ello se nos presentan dos problemas fundamentales: nunca se han producido aeronaves de este tipo y los métodos que tenemos hoy a nuestra disposición no son capaces de analizar, con la certeza necesaria, el rendimiento de estos conceptos. Sin una revolución en la investigación aeronáutica nos será imposible alcanzar estas metas que, además, incluyen el acceso al espacio de forma rutinaria.

9.- ¿Cree posible un colaboración entre Universidades y Centros de Investigación de EEUU eI MDEA-Matemáticas?

Por supuesto. Es más, la llamada del IMDEA-Matemáticas ya ha recibido respuestas de todo el mundo. Una vez que el IMDEA-Matemáticas comience a producir resultados de su investigación, el Instituto será incluso más atractivo para establecer colaboraciones no sólo con los EEUU sino también con el resto del mundo.

10.- Hablando de un futuro a corto plazo, ¿cuáles serán los grandes temas de investigación en el terreno de la aeronáutica?

El rendimiento y el impacto ambiental de aeronaves que vuelan a velocidades transónicas van a dominar la aeronáutica durante los próximos 10 a 15 años. La posibilidad de viajar a velocidades más altas que la velocidad del sonido con aeronaves supersónicas se alcanzará de una forma económicamente viable y sin el impacto negativo del ruido generado por las ondas de choque. Finalmente, a corto plazo, el espacio aéreo se utilizara de manera mas efectiva para permitir el crecimiento previsto para los próximos 10-15 años. Por ejemplo, para el año 2025 esta previsto que el tráfico aéreo crecerá en los EEUU de dos a tres veces en comparación con los niveles del 2002. A más largo plazo, la investigación aeronáutica debería de facilitar el acceso al espacio y el desarrollo de futuros conceptos de forma más eficaz.