Pasażerskie samoloty hipersoniczne zaczną obsługiwać połączenia międzykontynentalne w latach 30.
Paweł Rożyński
Informacji dotyczących technologii lotów hipersonicznych, a więc powyżej 5 Mach (ok. 6 tys. km/h), dociera coraz więcej. Chiński uniwersytet w Xiamen współpracujący z firmami lotniczymi poinformował, że z powodzeniem zakończyły się dwuletnie testy naziemne w prowincji Fujian półtonowego prototypu Nanqiang nr 1. Ma on w przyszłym roku odbyć próby w locie. Wtedy też ma się rozpocząć budowa właściwej, 72-tonowej maszyny, zdolnej do zabierania dziesięciu pasażerów. Po jej sprawdzeniu loty komercyjne ruszyłyby w 2035 roku.
Silniki hybrydowe i detonacyjne
Nanqiang nr 1 wykorzystuje silnik hybrydowy znany jako MUTTER. Ten układ napędowy składa się z dwóch oddychających powietrzem silników strumieniowych, rakietowego i dwóch turboodrzutowych. Korzystają ze wspólnego wlotu powietrza. – To przełom w podróżach i technologii, który może zmienić ludzką cywilizację – powiedział Yin Zeyong, naukowiec uniwersytetu w Xamen i jednocześnie dyrektor ds. technologii w Aero Engine Corporation. Jego zespół rozpoczął pracę nad odrzutowcem w 2019 roku, a wczesne wersje prototypu osiągały prędkości zbliżone do Mach 1.
Według chińskich naukowców silniki turboodrzutowe mogłyby zapewnić silny ciąg przy prędkości poniżej 2 Mach i podczas startu. Z kolei silnik rakietowy rozpędzałby samolot do prędkości 4 Mach. Następnie samolot uruchomiłby swój główny silnik strumieniowy, przyspieszając go do prędkości przelotowej Mach 6.
Jeszcze bardziej przełomowym pomysłem napędu dla samolotów hipersonicznych jest obrotowy silnik detonacyjny. Opracowany przez Zhanga Yininga i jego zespół z Pekińskiego Instytutu Maszyn Energetycznych (we współpracy z jednostką 93160 Armii Ludowo-Wyzwoleńczej) silnik powinien unieść samolot na wysokość 30 km i poruszać go z prędkością około 16 Mach, czyli blisko 20 tys. km/h. Silnik, o którym napisano w czasopiśmie „Chinese Journal of Propulsion Technology”, działa w dwóch trybach. Pierwszy to tryb poniżej 7 Mach, który działa jako silnik detonacyjny z ciągłym wirowaniem (RDE). Powietrze z zewnątrz miesza się z paliwem i ulega zapłonowi, co powoduje powstanie fali uderzeniowej. Rozchodzi się ona w komorze pierścieniowej. Podczas obrotu fala uderzeniowa powoduje zapalenie większej ilości paliwa, co skutkuje potężnym i stałym ciągiem samolotu. W drugim trybie, gdy samolot leci powyżej 7 Mach, fala uderzeniowa przestaje się obracać i skupia na okrągłej platformie z tyłu silnika. Chiny, Stany Zjednoczone i inne kraje, takie jak Japonia, pracują obecnie nad własnymi koncepcjami RDE, a wykonawcy, tacy jak GE, niedawno przetestowali prototypowe silniki na ziemi.
Nad lotami hipersonicznymi badania w Chinach prowadzi wiele instytucji, m.in. objęty sankcjami USA Northwestern Polytechnical University, który opracował prototyp samolotu hipersonicznego (demonstrator technologii) Feitian 1. Zaangażowane są także firmy prywatne. W lutym 2022 firma kosmiczna Space Transportation przedstawiła plany dotyczące kosmicznego samolotu hipersonicznego, który mógłby dotrzeć do Nowego Jorku z Pekinu w ciągu godziny. Taka „rakieta ze skrzydłami” startowałaby pionowo i latała z prędkością 12 tys. km/h.
Jakie problemy stoją przed lotami hipersonicznymi
To byłby wielki skok. Prędkości powyżej 5 Mach były w stanie dotąd osiągać tylko małe i eksperymentalne pojazdy, z których najszybszy był amerykański stworzony przez NASA X-43A Hyper-X. W 2004 roku poleciał on z prędkością Mach 10. Pomimo sukcesu rząd USA skasował program, tracąc okazję do uzyskania przewagi w rozwoju technologii hipersonicznej.
Światowe instytuty naukowe i prywatne firmy powoli rozwiązują ogromne problemy związane z lotami hipersonicznymi. To nie tylko napęd, ale i kwestia materiałów odpornych na ogromne temperatury, które powstają na skutek tarcia, a także hałasu związanego z grzmotem dźwiękowym powodującym na ziemi m.in. pękanie szyb. Nadzieję budzi choćby niedawne opracowanie w Chinach materiału odpornego na temperatury do 4 tys. stopni Celsjusza.
Naukowcy z Northwestern Polytechnical University w Chinach właśnie znaleźli niezwykły sposób na ograniczenie hałasu – podało chińskie czasopismo lotnicze „Acta Aerodynamica Sinica”. Zespół badawczy kierowany przez profesora Gao Chao z uniwersyteckiej Szkoły Aeronautyki zaproponował rozwiązanie w postaci otworów w skrzydłach. Symulacje komputerowe i eksperymenty w tunelu aerodynamicznym wykazały, że zakłócają one fale uderzeniowe i łagodzą wynikające z nich wibracje. Co ciekawe, inżynierowie zaobserwowali także ponad 10-proc. wzrost wydajności aerodynamicznej.
Do innych pomysłów badanych na świecie można zaliczyć dodanie rowków lub wypustek do powierzchni skrzydeł, zastosowanie urządzeń mechanicznych do tłumienia fal uderzeniowych czy nałożenie specjalnych powłok w celu kontrolowania przepływu powietrza.
Inną drogą w kierunku ograniczenia gromu dźwiękowego poszli Amerykanie z NASA. Jeszcze w tym roku agencja we współpracy z koncernem Lockheed Martin ma przeprowadzić pierwszy lot testowy eksperymentalnego naddźwiękowego odrzutowca X-59. Samolot ma wydłużony nos i kokpit bez przedniej szyby.
Pierwszy lot Quarterhorse Mk1 firmy Hermeus
Wśród amerykańskich firm planujących budowę pasażerskich samolotów hipersonicznych prym wiedzie Hermeus. Firma w tym roku pokazała w swojej fabryce w Atlancie maszynę Quarterhorse Mk1, a jej lot testowy ma się odbyć jeszcze w tym roku. Kluczem do powodzenia projektu jest hybrydowy silnik Chimera, który przy wyższych prędkościach będzie przełączał się z trybu turboodrzutowego na pozbawiony części ruchomych hipersoniczny ramjet. Silnik ten pozwoli docelowo na osiąganie prędkości 5 Mach, czyli ponad 6 tys. km na godzinę. Cel: między Nowym Jorkiem a Londynem w zaledwie 90 minut. Pierwszy testowy lot z prędkością hipersoniczną ma się odbyć w 2026 roku.
W razie sukcesu wszystkie te rozwiązania z pewnością szybko zyskają swoje wojskowe wersje. Ale też same armie czołowych państw świata pracują nad stricte militarnymi rozwiązaniami. Nad wojskowym samolotem hipersonicznym, będącym następcą legendarnego SR-71 Blackbird, pracuje koncern Lockheed Martin. Pierwszy lot takiej maszyny może się odbyć – według nieoficjalnych informacji – już w 2025 roku.
