Минуло уже полвека с момента, когда СССР и США осознали потенциал гиперзвуковых вооружений и начали поиски в данном направлении. Со времен экзотического проекта стратегической ракеты ASALM из поздних 1970-х до последних полетов drone-демонстратора Boeing X-51A прошло более 30 лет, а добиться устойчивой работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя на гиперзвуковых скоростях по-прежнему не удалось. Эта область исследований демонстрирует обескураживающе медленный прогресс. Тем не менее ВВС США обнародовало новый стратегический план по НИОКР, и он ясно показывает, что именно скорость остается одним из главных приоритетов американских военных.
Dit keer wordt het plan niet gemeten in jaren, maar in decennia. De ontwerptaken en deadlines voor de uitvoering ervan worden er echter met de grootste precisie in aangegeven, en het financiële deel van de strategie gaat uit van de nodige investeringen, zelfs ondanks de moeilijke tijden.
De huidige strategie voorziet in twee belangrijke tijdshorizonten. Tegen 2020 is het de bedoeling om hypersonische aanvalswapens te ontwikkelen, dat wil zeggen een kruisraket met een hypersonische straalmotor (scramjet).
Tegen 2030 zou een verkenningsvliegtuig, waarschijnlijk bemand, geboren moeten zijn. "We beschouwen dit tijdsbestek als een redelijke investering", zegt Christopher Clay, R&D-specialist bij de luchtmacht, "maar we kunnen versnellen als dat nodig is."
De belangrijkste actoren zijn natuurlijk het Air Force Research Laboratory (AFRL) en het Defense Advanced Research Projects Agency DARPA. Een aantal buitenlandse ontwikkelaars zal zich bij hen aansluiten. Het is de bedoeling om de resultaten te gebruiken van alle projecten die ooit zijn uitgevoerd, maar werden gesloten, geannuleerd of opgeschort wegens gebrek aan fondsen.
Deze omvatten de X-51A, die tot nu toe is uitgemeten voor zijn laatste testvlucht, en het financieel gesloten Blackswift-project, een uniek vliegtuig met een hybride krachtcentrale die een turbojetmotor en een scramjet in één eenheid combineert.
“Bij AFRL zijn veel projecten gelanceerd, maar geen enkele heeft de kritische massa bereikt. Dus besloten we er maar twee uit te kiezen en ons daar volledig op te concentreren”, legt Clay uit. Bovendien ontwikkelde de eerste zich eerder in een goed tempo, maar de tweede noteert al jaren op één plek.
Een snelle dood
Het eerste relatief succesvolle project is de Boeing X-51A. Ondanks slechts één semi-geslaagde en twee mislukte vluchten van de scramjet-demonstrator, is het nog steeds de bedoeling om medio 2013 een vierde en laatste prototype te bouwen. "Luchtmachtleiderschap blijft afhankelijk van scramjet-onderzoek", zegt Charlie Brink, X-51A-programmamanager. “Het beeld van een vaartuig dat 600 zeemijl in tien minuten kan vliegen, wordt steeds belangrijker in de ogen van het leger.”
In mei 2010, tijdens de eerste vlucht van de X-51A, werkte de motor 140 seconden van de geplande 300. Schade aan de verbinding tussen de motor en de straalpijp leidde tot een voortijdig einde van de vlucht, maar de scramjet slaagde erin om versnel de auto tot 6,5 M. Tijdens de tweede vlucht in juni in 2011 startte de raketmotor van de bovenste trap niet, en de derde in augustus eindigde in verlies van controle als gevolg van een defect aan het roer. Bij de vierde vlucht moeten alle geconstateerde tekortkomingen verholpen zijn.
"Het feit dat onder crisisomstandigheden financiering voor de X-51A is gevonden, onderstreept de grote belangstelling voor hypersonics", zegt Brink. Hij is het die de ontwikkeling van de romp en de motor zal leiden in het HSSW-project voor hogesnelheidsaanvallen.
Het demoprogramma, dat in maart 2013 van start gaat, moet tegen het einde van het decennium uitmonden in gevechtsoefeningen. "We streven ernaar om al in 2017 met vluchten te beginnen, en als alles goed gaat, zullen ze doorgaan in 2018 en 2019", zegt Christopher Clay, eraan toevoegend dat er in totaal zes tot zeven vluchten zijn gepland. Het belangrijkste doel van deze tests is om praktische ervaring op te doen in verschillende aspecten van hypersonische technologie, van motoren tot geleidingssystemen. Het doel van het demoprogramma is om met succes doelen te raken op een afstand van duizenden kilometers.
Prototypes zullen niet alleen een nauwkeurige aanval moeten aantonen, maar ook compatibiliteit met bestaande luchtvaart systemen. Het toestel zal zowel in het bommenwerperscompartiment als onder de jagersvleugel worden geplaatst. Er zullen geavanceerde geleidingssystemen, kernkoppen met verschillende soorten vernietiging en efficiënte wegwerpvoortstuwingssystemen voor boosterstages worden ontwikkeld.
Voor het eerst omvat het plan om hogesnelheidswapens te ontwikkelen een zekere mate van internationale samenwerking. De ontwikkeling van compacte boosters, een van de sleuteltechnologieën van het plan voor precisiewapens, zou een terrein voor gezamenlijk werk kunnen worden. Andere gebieden van mogelijke samenwerking zijn geleidingssystemen die werken in een breed scala van snelheden, snelle navigatiesystemen bij afwezigheid van GPS en satellietcommunicatie, aerodynamische configuraties, composietmaterialen en thermische beschermingssystemen.
De meeste technische vereisten voor het project zijn geformuleerd op basis van een gedetailleerde analyse van de waarschijnlijke gevechtsmissies. De belangrijkste zijn echter heel eenvoudig en voor de hand liggend - het is licht van gewicht en gematigde kosten. De prijs van nieuwe wapens mag de kosten van conventionele subsonische wapens niet meer dan twee keer overschrijden. Tegelijkertijd zou het binnen enkele minuten verre doelen moeten raken. Het HSSW-prototype zal worden gestationeerd op Eglin Air Force Base in Florida.
Overgangsleeftijd
Voor het tweede project - een hypersonisch verkennings- en aanvalsvliegtuig - schetste de luchtmacht de vereisten niet minder duidelijk. Het moet absoluut zelfvoorzienend zijn in de omstandigheden van ontoegankelijkheid van navigatie- en communicatiesatellieten, accelereren tot snelheden boven 5 Mach en tegelijkertijd onafhankelijk opstijgen vanaf een conventionele landingsbaan.
Sinds 2010 richten strategen van de Amerikaanse luchtmacht zich op Mach 4. Een heranalyse van mogelijke gevechtsmissies met behulp van een hypersonisch vliegtuig leidde echter tot een duidelijke verhoging van de gewenste snelheid tot minimaal 5 M. We moesten op zoek naar technologieën om dit doel te bereiken.
Het bemande vliegtuigproject is veel duurder en riskanter dan HSSW. Het vereist de ontwikkeling van een motor die kan werken op subsonische, supersonische en hypersonische snelheden.
Tijdens het opstijgen werkt het als een turbojet, schakelt dan over naar de straalmotormodus en bij het overschakelen naar hypersonisch verandert het in een scramjet.
In een poging zo'n motor tot leven te brengen, stonden de makers van het Blackswift-project ooit voor het grootste probleem: de turbine van een subsonische motor is niet bestand tegen de temperaturen die gepaard gaan met hypersonische beweging.
Natuurlijk gaat de hypersonische stroom niet rechtstreeks door de turbine, maar zelfs de nabijheid van de scramjet heeft een nadelig effect op het delicate samenstel. De nadruk in het onderzoek zal daarom vooral liggen op hittebestendige materialen, waaronder composieten met een keramische matrix, en systemen voor het distribueren en dissiperen van thermische energie.
De werkende motor moet tegen 2020 ontwikkeld zijn. Ondanks de negatieve resultaten van eerdere tests, suggereert hun analyse dat het programma best haalbaar is. Vliegproeven zullen plaatsvinden met een volwaardige motor die in een verkleinde romp is gemonteerd. Het apparaat wordt een testplatform voor veel andere systemen: besturingsmechanismen, navigatie en begeleiding, nieuwe materialen, sensoren.
“De moeilijkste technologische uitdaging is de overgang naar hypersonisch. We moeten de mogelijkheid onderzoeken om standaard in de handel verkrijgbare turbomotoren te verfijnen om hun snelheidsbereik uit te breiden. Het is noodzakelijk om aan de scramjet te werken om integendeel de minimumsnelheid te verlagen.
Tot nu toe kunnen we de snelheidsbereiken van de turbine en de scramjet niet forceren om elkaar ook maar een klein beetje te kruisen, zegt Christopher Clay. "Maar we moeten veel grotere scramjet-motoren ontwerpen en testen, 8 en zelfs 16 keer het vermogen van de X-51A."
De ervaring van de X-51A heeft geleerd dat het alleen mogelijk is om de techniek goed te leren kennen tijdens echte vluchten. Duizenden getalenteerde theoretische ingenieurs zullen de testrun van een prototype niet vervangen. Het plan van de Amerikaanse luchtmacht, inclusief het financiële, houdt rekening met deze omstandigheid. Dus in het komende decennium zullen we veel interessante vluchten zien.
De ontwikkeling van een bemand hypersonisch vliegtuig vereist de creatie van een zeer geavanceerde motor die een turbojet-motor combineert voor subsonische en supersonische snelheden, evenals een scramjet-motor voor hypersonische snelheden. Werk aan deze motor vereist de ontwikkeling van ten minste vier sleuteltechnologieën.
Het experimentele onbemande voertuig van de NASA X-43 vestigde een snelheidsrecord voor vliegtuigen met een luchtademende motor, versnellend tot 10617 km / u of 9,68M. De recordvlucht van het derde X-43-prototype vond plaats op 16 november 2004. De Pegasus-boosterraket, gelanceerd vanaf een B-52-bommenwerper, verspreidde het apparaat en scheidde zich af op een hoogte van 29000 m. In 10 seconden werkte de X-43 scramjet-motor 24 km af en bereikte een hoogte van ongeveer 34000 m. Toen kwam het wegwerpapparaat onder water te staan bij de kust van Californië.
Op de foto: het HiFiRe-apparaat is een logisch vervolg geworden op het Australische HyShot-programma. In tegenstelling tot zijn voorganger demonstreerde het een onafhankelijke continue vlucht met een operationele scramjet.