26 maja przeprowadzono pierwszy lot doświadczalny bezzałogowego samolotu hipersonicznego X-51A. Program lotów X-51A jest wspólną inicjatywą Laboratorium Badawczego Sił Powietrznych (Air Force Research Laboratory) oraz Agencji Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych (DARPA) przy udziale firm Boeing i Pratt and Whitney Rocketdyne oraz agencji NASA.
Konstrukcja X-51A Waverider i profil lotu
X-51A jest eksperymentalnym bezzałogowym samolotem zaprojektowanym w celu przebadania charakterystyki lotu oraz napędu strumieniowego przy prędkościach hipersonicznych o wartości 5-7 Macha. Konstrukcja ma długość zaledwie 7.9m i masę 1814kg. Na szczególną uwagę zasługuje konstrukcja X-51A. Kształt aerodynamiczny czyni z X-51A pojazd typu waverider. Oznacza to, iż fala uderzeniowa pojawiająca się przy locie naddźwiękowym jest wykorzystywana do polepszenia stosunku siły nośnej do oporu co w konsekwencji przekłada się na większy zasięg oraz lepszą charakterystykę lotną pojazdu. Innym ciekawym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest napęd, który stanowi strumieniowy silnik SJY61 zbudowany przez Pratt & Whitney Rocketdyne. Jest to strumieniowy silnik z naddźwiękową komorą spalania tzw. Supersonic Combustion Ramjet (Scramjet) zasilany paliwem lotniczym JP-7. Konstrukcja takiego silnika pozbawiona jest ruchomych części i w przeciwieństwie do klasycznego silnika strumieniowego (ramjet) paliwo spalane jest przy prędkościach naddźwiękowych.
W uproszczeniu działanie silnika Scramjet wygląda następująco. Do kanału wlotowego trafia powietrze z prędkością naddźwiękową, które następnie ulega kompresji i niewielkiemu spowolnieniu przez odpowiednio uformowany kanał wlotowy. Skompresowane powietrze nadal jednak ma prędkość naddźwiękową (w odróżnieniu od silników ramjet). Część energii kinetycznej zamieniana jest na ciepło. Dalej w komorze spalania dodawane jest paliwo, które spala się w strumieniu powietrza poruszającego się z prędkością naddźwiękową produkując odpowiedni ciąg.
Konstrukcja X-51A została maksymalnie uproszczona. Nie posiada on więc podwozia czy innych systemów umożliwiających samodzielny start. Samolot jest wynoszony przez samolot nosiciel B-52 na wysokość około 15km. Następnie następuje separacja od pylona podskrzydłowego nosiciela i w ten sposób X-51A rozpoczyna samodzielny lot. W pierwszych sekundach lotu, pojazd przyśpieszany jest przez stopień rakietowy na paliwo stałe do prędkości około 4.5 Macha. Przy tej prędkości rozpoczyna się działanie silnika scramjet. W przypadku X-51A zakłada się lot hipersoniczny z prędkością 6 Macha trwający około 300 sekund. Po każdym locie pojazd nie jest odzyskiwany i wpada do oceanu.
{youtube}0aNsbb4_C9A{/youtube}
Animacja przedstawiająca profil lotu X-51A. Credits: Pratt & Whitney Rocketdyne/theworacle
Majowy lot testowy
Pierwszy w historii lot testowy X-51A odbył się 26 maja. Samolot nosiciel B-52 z zamontowanym pod lewym skrzydłem bezzałogowym pojazdem X-51A wystartował z bazy Edwards. Po starcie skierował się w rejony południowej Kaliforni, gdzie pojazd X-51A został oddzielony od nosiciela. Pierwsza faza przyśpieszania przy pomocy stopnia rakietowego przebiegła bez zakłóceń i wkrótce silnik scramjet rozpoczął pracę. Jednak pod koniec lotu coś spowodowało niespodziewaną utratę przyśpieszenia pojazdu. W konsekwencji napęd działał krócej niż zakładano – około 200 sekund. X-51A osiągnął wysokość 21km, a maksymalna prędkość wyniosła 5 Machów. Mimo krótszego lotu hipersonicznego misja tego bezzałogowego samolotu doświadczalnego uznana została za udaną. W czasie testu zebrano bardzo dużo wartościowych danych telemetrycznych, które teraz będą analizowane.
{youtube}0qGNEmDMVDU{/youtube}
Materiał filmowy ukazujacy start X-51A z nosiciela B-52 do pierwszego lotu hipersonicznego. Credits: USAF/dvidshub
Przyszłość napędu scramjet
Idea lotów hipersonicznych przy wykorzystaniu napędu typu scramjet nie jest nowa. Bliskim prekursorem X-51A jest inny bezzałogowy pojazd doświadczalny – X-43A. Oba pojazdy w ten sam sposób rozpoczynały swoje loty tj. poprzez oddzielenie od samolotu nosiciela i wstępne rozpędzenie przez stopień rakietowy. W odróżnieniu jednak od X-51A, ten drugi zbudowany był aby latać z prędkościami 10 Machów na wysokości około 30km i jako paliwo zastosowano wodór. Dwa udane loty bezzałogywch pojazdów X-43A trwały po około 10 sekund każdy.
Program X-43 zakładał również powstanie wersji rozwojowych tego pojazdu oznaczane jako X-43B, X-43C, X-43D. Miały one przetestować inne koncepcje napędu takie jak np: Rocket Based Combined Cycle (RBCC) oraz inne rodzaje paliw. Dodatkowo wersja X-43D, niemal identyczna z wersją X-43A miała osiągać prędkości rzędu 17 Machów. Niestety projekt zbudowania tych konstrukcji został wstrzymany.
Innym głośnym projektem nad którym rozpoczęto prace we wczesnych latach 80-tych był X-30 National Aero-Space Plane (NASP). Miał to być załogowy pojazd wielokrotnego użytku osiągający prędkości orbitalne. W przeciwieństwie do współczesnego promu kosmicznego, miał nie korzystać z dodatkowych rakiet wspomagających – miała to być koncepcja Single Stage To Orbit (SSTO). X-30 miał zrealizować niemal utopijną wizję nie tylko łatwego i taniego dostępu na niską orbitę okołoziemską, ale również zapewnić szybkie podróże pasażerskie pomiędzy kontynentami. Lot z terytorium Stanów Zjednoczonych do Tokio zajmowałby niespełna dwie godziny. Podobnie jak w przypadku X43A i X-51A i tutaj podstawowym źródłem napędu przy lotach hipersonicznych miały być właśnie silniki scramjet. Program anulowano w roku 1993 po tym jak zdano sobie sprawę ze skali trudności technologicznych tego projektu.
Mimo, iż napęd scramjet lub jego modyfikacje mógłby odegrać istotną rolę w projektach przyszłych statków latających na granicy kosmosu, to należy pamiętać, iż X-51A został zbudowany przede wszystkim z myślą aby przetestować koncepcję napędu mogącego się znaleźć w przyszłych hipersonicznych pociskach manewrowych lub bezzałogowych pojazdach hipersonicznych o przeznaczeniu militarnym.
Wraz z majowym lotem X-51A ustanowił rekord najdłuższego lotu z silnikiem scramjet. W ramach tego projektu zbudowano cztery egzemplarze X-51. Trzy kolejne loty najprawdopodobniej odbędą się jeszcze pod koniec tego roku.
Źródło: USAF
