Het slanke vliegtuig, echt meer raket dan vliegtuig, viel van de vleugel van een B-52 voordat hij door de lucht schoot boven Point Mugu Sea Range voor de kust van Californië, het verlaten van een lange, witte contrail in zijn kielzog.

De onbemande X-51A raakte Mach 4.8, bijna vijf keer de snelheid van het geluid, met hulp van een solide raketbooster. Toen gooide het Boeing Co.-vliegtuig de booster overboord en nam zijn experimentele scramjet-motor het over. het aanzuigen van sterk samengeperste lucht om het voertuig nog sneller voort te stuwen - tot een hypersonische snelheid van ongeveer 3, 400 mph, of Mach 5.1.

Het vliegtuig vertrouwde slechts 3{ minuten op die scramjet tijdens de testvlucht van 2013, maar onderzoekers zeggen dat betrouwbare technologie die vliegtuigen voortstuwt tot hypersonische snelheden van Mach 5 of hoger, binnen 10 jaar functioneel kan zijn, aanvankelijk voor gebruik in raketten.

De inzet is hoog.

Het Pentagon ziet hypersonische wapens als een potentiële game changer die het - of een tegenstander - het soort voorsprong zou kunnen geven dat stealth-vliegtuigen of slimme bommen in de afgelopen decennia hadden. Hypersonische raketten zouden extreem moeilijk neer te schieten zijn, aankomen met weinig tot geen waarschuwing en manoeuvreren om verdedigingen te vermijden.

Rusland en China ontwikkelen ook hypersonische raketten, en in november, er waren berichten dat China was begonnen met de bouw van 's werelds snelste windtunnel om hypersonische vliegtuigen en wapens te testen.

"Ik maak me ook grote zorgen over de zware investeringen van China in de volgende golf van militaire technologieën, inclusief hypersonische raketten, " Ad. Harry Harris Jr., hoofd van het Amerikaanse Pacific Command van de marine, zei vorige week voor een House Armed Services Committee. "Als de VS geen gelijke tred houden, (U.S. Pacific Command) zal moeite hebben om te concurreren met het Volksbevrijdingsleger op toekomstige slagvelden."

Net als bij eerdere programma's, inclusief stealth-technologie en onderzoek naar ballistische raketten, Zuid-Californië zou een leidende rol kunnen spelen in de ontwikkeling ervan.

Het Defense Advanced Research Projects Agency, of DARPA, hetzelfde bureau dat hielp bij de ontwikkeling van internet, en de luchtmacht leiden een programma dat het Hypersonic Air-breathing Weapon Concept wordt genoemd. Het heeft defensiebedrijven toegekend, waaronder Raytheon Co. en Lockheed Martin Corp., contracten om te werken aan technologieën die een "effectieve en betaalbare" door de lucht gelanceerde hypersonische kruisraket mogelijk zouden maken.

Lucht- en ruimtevaartbedrijf Orbital ATK Inc. werd onlangs ook geselecteerd om deel te nemen aan een hypersonisch vliegtuigmotorproject met DARPA, terwijl fabrikanten van militaire vliegtuigen hun eigen concepten voor hypersonische vliegtuigen hebben besproken.

kortere termijn, het ministerie van Defensie is bereid om te beginnen met het testen van een hypervelocity-projectiel voor kanonsystemen die snelheden kunnen bereiken in de buurt van Mach 6, volgens rapporten. Het projectiel kan gevolgen hebben voor toekomstige raketverdediging.

Betrouwbare hypersonics kunnen een raket niet alleen voortstuwen tot ongelooflijke snelheden waardoor ze moeilijker neer te schieten zijn, maar kunnen ook grotere manoeuvreerbaarheid mogelijk maken op ongebruikelijke hoogten - zowel dichter bij de grond als veel hoger dan het bereik van de huidige raketafweersystemen, volgens een vorig jaar uitgebracht rapport van Rand Corp.

"Er was een oud gezegde dat hypersonics de toekomst was en altijd zou zijn, " zei Kevin Bowcutt, senior technisch fellow en hoofdwetenschapper voor hypersonics bij Boeing, die in 1995 met het originele conceptontwerp voor de X-51A kwam. "Nu geloven mensen het. Het is echt."

de VS' de huidige technologische nadruk op hypersonics is veelvoudig. historisch, de VS is een leider op dit gebied, en de technologie is veelbelovend. Maar ontwikkeling wordt niet gedreven door een specifieke missiebehoefte, zei James Acton, co-directeur van het Nuclear Policy Program bij de denktank Carnegie Endowment for International Peace.

Andere analisten hebben gezegd dat de huidige druk op hypersonics een poging zou kunnen zijn om andere landen te ontmoedigen hypersonische raketaanvallen te overwegen.

Maar om functionele hypersonische technologie te ontwikkelen, de VS zullen motorsystemen en materialen moeten ontwikkelen die gedurende langere tijd met hoge snelheden en temperaturen kunnen werken. Dat de kosten voor onderzoek en ontwikkeling alleen al aanzienlijk zouden zijn, en zou niet eens de miljarden dollars omvatten die nodig zijn om operationele voertuigen te ontwikkelen, deskundigen zeggen.

Tussen 2020 en 2035 kunnen tientallen miljarden dollars worden uitgegeven aan hypersonische contracten als het onderzoek "tot wasdom komt in echte wapenprogramma's, " zei Loren Thompson, een ruimtevaartanalist bij de denktank van het Lexington Institute, die financiering ontvangt van Lockheed Martin en Boeing.

Dat zou een zegen kunnen zijn voor Zuid-Californië.

Thompson zei dat de regio de thuisbasis is van belangrijke onderzoekscentra voor de industrie en de Amerikaanse overheid, zoals de geheime Palmdale Skunk Works-faciliteit van Lockheed Martin en Edwards Air Force Base, waardoor het het centrum voor hypersonisch onderzoek zou kunnen worden. Boeing heeft gezegd dat er al hypersonisch werk wordt gedaan in zijn vestiging in Huntington Beach, evenals in St. Louis en Seattle.

Grote onderzoeks- en ontwikkelingsprogramma's uit het verleden zorgden voor duizenden banen in de regio. Toen de B-2 stealth-bommenwerper in 1992 zijn productiepiek naderde, vliegtuigbouwer Northrop had er 9, 000 arbeiders in Pico Rivera en 3, 000 meer in Palmdale.

Amerikaanse ontwikkeling van hypersonics dateert uit de jaren 1940, toen JPL een WAC Corporal-raket in de neus van een Duitse V-2-raket bevestigde om een ​​tweetrapsraket te maken als onderdeel van het Bumper-programma van het leger. Gelanceerd vanaf de White Sands Missile Range in New Mexico in 1949, de raket bereikte 5, 150 mph, of ongeveer Mach 6.7.

Een andere grote doorbraak kwam in de jaren vijftig en zestig met het X-15-programma, experimentele raketaangedreven vliegtuigen die een topsnelheid van Mach 6,7 bereikten en waren ontworpen om het begrip van hypersonische vluchten te vergroten.

Gegevens van de testvluchten hielpen bij het beïnvloeden van het ruimtevaartuigontwerp van de Apollo-capsule en de Saturn V-raket die astronauten naar de maan bracht.

De Spaceshuttle, die van 1981 tot 2011 vloog bereikte ook hypersonische snelheden toen het de atmosfeer van de aarde binnenging, leidend tot ontwikkelingen in warmteabsorberende keramische tegels en grote, afgeronde randen om de terugkeertemperaturen te verlagen.

Maar ondanks deze geleidelijke ontwikkelingen, hypersonische onderzoekers zeggen dat er nog steeds grote technische hindernissen zijn om op te lossen, especially in materials science.

When reentering the Earth's atmosphere, the outer surface of the space shuttle orbiter encountered temperatures of nearly 3, 000 graden Fahrenheit. Aircraft-grade aluminum melts at a temperature about three times less than that, and the structure of a plane would fail at even lower temperatures.

One possible solution are materials such as titanium or nickel-based alloys, which can be used at speeds slightly beyond Mach 5. Past that, ceramic-matrix composites, a more exotic blend of strong, lightweight fibers, may be an answer.

"The better you can predict a heat load, the better you can come up with materials or structure to handle that heat load, " said Stuart A. Craig, an assistant professor in the aerospace and mechanical engineering department at the University of Arizona who researches hypersonic aerodynamics.

Development of a larger scramjet engine—formally known as a supersonic combustion ramjet—also has been challenging. While rockets can get a vehicle to hypersonic speeds, they are too large, heavy and inefficient to use in lighter missiles or aircraft.

Enter the scramjet—an air-breathing engine that can provide the boost needed to reach speeds greater than Mach 5 but is lighter and more efficient. Unlike a rocket, a scramjet does not need to carry its own tank of oxygen to burn with fuel, which is typically a hydrocarbon or hydrogen. In plaats daarvan, it uses the air in the atmosphere to serve as an oxidizer for the propellant.

"You can't afford to build all these big rockets every time you want to fly a hypersonic glide vehicle or a cruise missile, " said George Nacouzi, senior engineer at Rand Corp. and an expert on missile development. "It's just not practical."

Scramjets typically start working at speeds of about Mach 5, when the air flow is still supersonic and is highly compressed. NASA's X-43A aircraft program last decade proved that scramjets could work, though on a smaller scale than a typical plane.

Scaling up can be challenging, said Boeing's Bowcutt, who developed his X-51A design while at Rockwell International, which was later acquired by Boeing. Since wind tunnels can be limited in size, engineers must also rely more on computer simulations, which can't necessarily give full verification of a concept in real-world conditions.

But new technological developments have helped make some of these issues easier to solve. In a recent presentation at an aerospace technology conference, Lockheed Martin Skunk Works Vice President Jack O'Banion said increased computer-processing power and digital tools helped the defense giant design a scramjet engine in 3-D for a plane concept known as the SR-72.

Lockheed Martin has said this hypersonic aircraft concept could travel at speeds as high as Mach 6 and be operational by 2030. A Lockheed executive recently disputed speculation that the SR-72 already exists, saying the company's focus was on hypersonic weapons systems. (The name is a nod to Lockheed's stealthy SR-71 Blackbird, which first flew in 1964 and reached average speeds of 2, 200 mph.)

With digital-printing manufacturing, O'Banion said the company could integrate the scramjet engine with an "incredibly sophisticated cooling system, " allowing the engine to withstand multiple firings for routine operations. No moving parts would be involved.

"It would have melted down into slag if we tried to produce it five years ago, " hij zei.

With all of these challenges, many researchers say hypersonics probably will be developed first for missiles and later for manned aircraft.

But don't expect to book a seat on a hypersonic passenger jet anytime soon, as commercial applications of the technology could be at least 30 years away, said Nacouzi of Rand Corp.

That timeline would depend on the business case for hypersonic travel, which would presumably command premium ticket prices. The example of the Concorde passenger jet isn't exactly promising. An air disaster claimed 113 lives in 2000, temporarily grounding the fleet, but the high costs of operating the jet amid the slower market for air travel after the Sept. 11 attacks were what led to the plane's ultimate retirement in 2003.

"It's much easier to start with missiles, " Nacouzi said. "They're simpler than aircraft. An aircraft has much more systems involved."

© 2018 Los Angeles Times
Gedistribueerd door Tribune Content Agency, LLC.