Patrick Rodi's nieuwe idee voor surfen is ver weg, snel en witgloeiend.

Rodi, een baanbrekende lucht- en ruimtevaartingenieur die in 2018 toetrad tot de Brown School of Engineering van Rice University, heeft een hoogvliegend voertuig ontworpen, een "capsule waverider" genaamd, dat meer doet dan alleen een golf vangen. Het overleeft een vurige terugkeer uit de ruimte voordat het als een surfer op zijn eigen schokgolf glijdt.

De waverider is verre van een typisch vliegtuig. Terwijl een vliegtuig ongeveer 600 mijl per uur kan vliegen, de hypersonische waverider zou minstens 10 keer sneller zijn, en bij dergelijke snelheden gedraagt ​​de lucht die rond een vliegtuig stroomt zich op een manier die fundamenteel verschilt van de manier waarop lucht rond een conventioneel vliegtuig stroomt.

"Als je hypersonische flow hebt, je genereert schokgolven, " zei Rody, een professor in de praktijk van Rice's Department of Mechanical Engineering. "Als ontwerper je kunt de vorm van die geometrie zo kiezen dat de schokgolf precies langs de voorrand van het voertuig ligt. Dus het rijdt letterlijk op zijn eigen schokgolf."

Rodi kwam bij Rice na een carrière van 23 jaar bij Lockheed Martin, waar hij aan veel geavanceerde programma's werkte bij de beroemde Skunk Works in Palmdale, Californië, evenals op het Orion-ruimtecapsuleprogramma in Houston. Waveriders zijn al lang een passie voor Rodi, die het Office of Naval Research "de meest productieve waverider-technologieontwikkelaar in het openbare register" heeft genoemd.

"Andere voertuigen hebben schokgolven, " zei hij. "Maar de schokgolven zijn gescheiden van het voertuig, en hogedruklekken rond die kleine opening tussen de schokgolf en het lichaam zelf."

Het waverider-ontwerp voorkomt dat de hogedruklucht weglekt.

"Je verbruikt energie om de lucht te comprimeren, en nu gebruik je die hogedruklucht zo efficiënt mogelijk, "zei hij. "Je verliest die lift niet. Je legt het vast door de geometrie vorm te geven, op de golf rijden. En het is erg efficiënt. Dat is het grote ding over waveriders. De lift-to-drag-verhouding is echt hoog, die lineair correleert met de glijafstand, of bereik, de statistiek die u zoekt."

Rodi was gepland om het ontwerp van de capsule waverider vorige maand in Montreal te presenteren op het American Institute of Aeronautics and Astronautics (AAIA) Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, die vanwege het coronavirus is afgelast.

"Dit is mijn zesde nieuwe klasse waverider-voertuigen, en het is wat bekend staat als een boost-glide voertuig, wat tegenwoordig een groot probleem is in hypersonics, " hij zei.

Boost-glide-voertuigen kunnen lange of korte afstanden zijn en worden vaak besproken als een nieuw type afgiftesysteem voor wapens die worden gelanceerd vanaf ballistische raketten.

Net als traditionele kernkoppen, boost-glide voertuigen zouden op raketten de ruimte in worden gestuwd. Maar traditionele kernkoppen manoeuvreren niet, wat betekent dat het mogelijk is om te zien waar ze naartoe gaan, slechts enkele ogenblikken nadat ze zijn gelanceerd. Boost-gliders kunnen verdedigers hinderen door van richting te veranderen en naar onvoorspelbare doellocaties te vliegen.

"Als het voor het eerst in de atmosfeer komt, het stoot behoorlijk diep, en het wordt echt erg heet, " zei Rodi. "Er wordt onder hoge druk geladen, hoge verwarming. Voor re-entry wil je iets dat die hoge verwarming kan overleven. In principe, je wilt een voertuig dat eruitziet als een traditionele ruimtecapsule. Als zweefvliegtuig, je wilt iets dat heel efficiënt is, met een hoge lift-to-drag-verhouding."

De capsule waverider-klasse brengt die eisen in evenwicht, hij zei. Aan de ene kant, het heeft de ronde, stompe vorm die doet denken aan een traditioneel hitteschild van een ruimtecapsule. Aan de andere kant, het is een vleugelvormig waverider-zweefvliegtuig.

Wapens waren niet de inspiratie voor Rodi's boost-glide waverider. Liever, hij ziet ze als voertuigen voor het landen van mensen en voorraden op Mars.

Terwijl de atmosfeer van de rode planeet dun is, ruimtevaartuigen hebben hitteschilden nodig om binnenkomst te overleven. Deze verwarming, het met rotsen bezaaide oppervlak van de planeet en de communicatievertraging tussen de aarde en Mars zorgen ervoor dat landingen op Mars erg moeilijk zijn.

"Dat is een echt probleem voor NASA, "Zei Rodi. "Met dit concept zou je binnen kunnen komen als een capsule, omdraaien naar een waverider, rond glijden, dingen overzien, vind je landingsplaats en drop dan uitrusting met parachutes, naar binnen glijden en over het oppervlak van Mars glijden, of spring op en land op de staart van het voertuig. Het geeft je veel mogelijkheden."