Hypersound komt naar voren als de volgende belangrijke parameter voor wapens en bewakingsplatforms, en daarom is het de moeite waard om het onderzoek dat op dit gebied wordt uitgevoerd door de Verenigde Staten, Rusland en India nader te bekijken
Het Amerikaanse ministerie van Defensie en andere overheidsinstanties ontwikkelen hypersonische technologie voor twee onmiddellijke en één langetermijndoelen. Volgens Robert Mercier, hoofd van hogesnelheidssystemen bij het US Air Force Research Laboratory (AFRL), zijn de twee nabije doelen hypersonische wapens, die naar verwachting in het begin van de jaren twintig technologisch gereed zullen zijn, en een onbemand bewakingsvoertuig, dat klaar zijn voor inzet in de late jaren 1920 of de vroege jaren 30, en hypersonische voertuigen zullen in de verre toekomst volgen.
"Ruimteverkenning met behulp van ruimtevaartuigen met een luchtstraalmotor is een veel verder vooruitzicht", zei hij in een interview. "Het is onwaarschijnlijk dat hypersonische ruimtevaartuigen vóór 2050 klaar zullen zijn." Mercier voegde eraan toe dat de algemene ontwikkelingsstrategie is om te beginnen met kleine wapens en vervolgens, naarmate technologie en materialen zich ontwikkelen, uit te breiden naar lucht- en ruimtevoertuigen.
Spiro Lekoudis, directeur van het Department of Weapons Systems, Procurement, Technology and Supply bij het ministerie van Defensie, bevestigde dat hypersonische wapens waarschijnlijk het eerste inkoopprogramma zullen zijn dat zal ontstaan na de ontwikkeling van deze technologie door het ministerie en zijn partnerorganisaties. "Het vliegtuig is zeker een project op veel langere termijn dan een wapen", zei hij in een interview. De Amerikaanse luchtmacht zal naar verwachting rond 2020 een demonstratie geven van het High Speed Strike Weapon (HSSW) - een gezamenlijke ontwikkeling met het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) - wanneer het Pentagon zal beslissen hoe deze technologie het beste kan worden overgedragen. in het ontwikkelingsprogramma en aankopen van hypersonische raketten.
"Er zijn twee belangrijke onderzoekspapers die gericht zijn op het demonstreren van de HSSW-technologie", zegt Bill Gillard, plan- en programmaontwerper bij AFRL. "De eerste is het TBG (Tactical BoosWSIide) tactische versnellingsplanningsprogramma van Lockheed Martin en Raytheon, en de tweede is het HAWC (Hypersonic Air-breathing Weapon Concept), geleid door Boeing."
"Ondertussen voert AFRL nog een fundamentele studie uit als aanvulling op de DARPA- en US Air Force-projecten," zei Gillard. Zo zijn er in het kader van de validatie van het concept van het herbruikbare vliegtuigconcept voor hypersonics (REACH) naast de studie van basismaterialen verschillende experimenten uitgevoerd met kleine en middelgrote straalmotoren. "Ons doel is om de database te promoten en technologieën te ontwikkelen en te demonstreren die kunnen worden gebruikt om nieuwe systemen te creëren." AFRL's fundamentele onderzoek op lange termijn op het gebied van het verbeteren van keramiek-matrix composiet en andere hittebestendige materialen is uitermate belangrijk voor het creëren van veelbelovende hypersonische voertuigen.
AFRL en andere Pentagon-laboratoria werken intensief aan twee belangrijke aspecten van veelbelovende hypersonische voertuigen: het vermogen om te hergebruiken en hun omvang te vergroten."Er is zelfs een trend bij AFRL om het concept van herbruikbare en grotere hypersonische systemen te promoten," zei Gillard. "We hebben al deze technologieën gericht op projecten zoals de X-51, en REACH zal er weer een zijn."
"De demonstratie in 2013 van Boeing's X-51A WaveRider-raket zal de basis vormen van de hypersonische bewapeningsplannen van de Amerikaanse luchtmacht", zegt John Leger, hoofd ingenieur ruimtevaartproject bij de wapenafdeling van AFRL. "We bestuderen de ervaring die is opgedaan tijdens de ontwikkeling van het X-51-project en gebruiken deze bij de ontwikkeling van de HSSW."
Gelijktijdig met het project van de X-51 hypersonische kruisraket ontwikkelden verschillende onderzoeksorganisaties ook grotere (10x) straalmotoren (ramjet), die 10 keer meer lucht "verbruiken" dan de X-51-motor. "Deze motoren zijn ideaal voor systemen zoals hogesnelheidsbewaking, verkennings- en inlichtingenplatforms en atmosferische kruisraketten," zei Gillard. "En uiteindelijk zijn onze plannen om verder te gaan naar het nummer 100, dat toegang tot de ruimte zal geven met behulp van luchtademhalingssystemen."
AFRL onderzoekt ook de mogelijkheid om een hypersonische straalmotor te integreren met een hogesnelheidsturbinemotor of raket om voldoende voortstuwing te hebben om grote Mach-getallen te bereiken. “We onderzoeken alle mogelijkheden om de efficiëntie van de supersonische vliegtuigmotoren te verbeteren. De omstandigheden waarin ze moeten vliegen zijn niet helemaal gunstig."
Op 1 mei 2013 doorstond de Kh-51A WaveRider-raket met succes vliegtesten. Het experimentele apparaat ontkoppelde van het B-52H-vliegtuig en versnelde met behulp van een raketversneller tot een snelheid van 4,8 Mach-nummers (M = 4, 8). Toen scheidde de X-51A zich van het gaspedaal en startte zijn eigen motor, versnelde tot Mach 5, 1 en vloog 210 seconden totdat alle brandstof was opgebrand. De luchtmacht verzamelde alle telemetriegegevens voor een vlucht van 370 seconden. De Rocketdyne-divisie van Pratt & Whitney heeft de motor voor de WaveRider ontwikkeld. Later werd deze divisie verkocht aan Aerojet, dat nog steeds werkt aan hypersonische energiecentrales, maar hierover geen details geeft.
Eerder, van 2003 tot 2011, werkte Lockheed Martin met DARPA aan het eerste concept van de Falcon Hypersonic Technology Vehicle-2. De booster voor deze voertuigen, die werden gelanceerd vanaf de vliegbasis Vandenberg in Californië, was een Minotaur IV lichte raket. De eerste vlucht van de HTV-2 in 2010 genereerde gegevens die vooruitgang aantoonden op het gebied van aerodynamische prestaties, vuurvaste materialen, thermische beveiligingssystemen, autonome vluchtveiligheidssystemen en hypersonische vluchtgeleidings-, navigatie- en controlesystemen op lange afstand.
Twee demonstratie-lanceringen werden met succes uitgevoerd in april 2010 en augustus 2011, maar volgens DARPA-verklaringen verloren Falcon-voertuigen tijdens de vlucht, die probeerden de geplande snelheid van M = 20 te bereiken, gedurende enkele minuten het contact met het controlecentrum.
De resultaten van het X-51A-programma worden nu gebruikt in het HSSW-project. De bewapening en het geleidingssysteem worden ontwikkeld in twee demonstratieprogramma's: HAWC en TBG. DARPA heeft in april 2014 contracten gegund aan Raytheon en Lockheed Martin om het TBG-programma verder te ontwikkelen. De bedrijven ontvingen respectievelijk 20 en 24 miljoen dollar. Ondertussen ontwikkelt Boeing het HAWC-project. Zij en DARPA weigeren details over dit contract te geven.
Het doel van de TBG- en HAWC-programma's is om wapensystemen te versnellen tot een snelheid van M = 5 en deze verder te plannen voor hun eigen doel. Dergelijke wapens moeten wendbaar en extreem hittebestendig zijn. Uiteindelijk zullen deze systemen een hoogte van bijna 60 km kunnen bereiken. De kernkop, ontwikkeld voor een hypersonische raket, heeft een massa van 76 kg, wat ongeveer gelijk is aan de massa van een bom met kleine diameter SDB (Small Diameter Bomb).
Terwijl het X-51A-project met succes de integratie van een vliegtuig en een hypersonische motor demonstreerde, zullen de TBG- en HAWC-projecten zich richten op geavanceerde begeleiding en controle, die niet volledig werd geïmplementeerd in de Falcon- of WaveRider-projecten. Seeker-subsystemen (GOS) zijn betrokken bij verschillende wapenlaboratoria van de Amerikaanse luchtmacht om de mogelijkheden van hypersonische systemen verder te verbeteren. In maart 2014 zei DARPA in een verklaring dat in het kader van het TBG-project, dat tegen 2020 een demonstratievlucht moet voltooien, partnerbedrijven proberen technologieën te ontwikkelen voor een tactisch hypersonisch zweefvliegsysteem met een raketbooster, gelanceerd vanaf een draagvliegtuig.
“Het programma zal de systeem- en technologische problemen aanpakken die nodig zijn om een hypersonisch zweefsysteem met een raketbooster te creëren. Deze omvatten de ontwikkeling van concepten voor een apparaat met de nodige aerodynamische en aerothermodynamische eigenschappen; controleerbaarheid en betrouwbaarheid in een breed scala van bedrijfsomstandigheden; de kenmerken van het systeem en subsysteem die nodig zijn voor efficiëntie in de relevante bedrijfsomstandigheden; ten slotte, benaderingen om de kosten te verlagen en de betaalbaarheid van het experimentele systeem en toekomstige productiesystemen te vergroten”, aldus de verklaring. Het vliegtuig voor het TBG-project is een kernkop die loskomt van het gaspedaal en glijdt met snelheden tot M = 10 of meer.
Ondertussen zal, als onderdeel van het HAWC-programma, in navolging van het X-51A-project, een hypersonische kruisraket met een straalmotor worden gedemonstreerd bij lagere snelheden - ongeveer M = 5 en hoger. "HAWC's technologie zou kunnen uitbreiden naar veelbelovende herbruikbare hypersonische luchtplatforms die kunnen worden gebruikt als verkenningsvoertuigen of toegang tot de ruimte", zei DARPA in een verklaring. Noch DARPA, noch de moedercontractant van Boeing hebben alle details van hun gezamenlijke programma bekendgemaakt.
Terwijl de primaire hypersonische doelen van het ministerie van Defensie wapensystemen en verkenningsplatforms zijn, begon DARPA in 2013 met een nieuw programma om een herbruikbare onbemande hypersonische booster te ontwikkelen om kleine satellieten met een gewicht van 1.360-2270 kg in een lage baan om de aarde te lanceren, die tegelijkertijd zal dienen als een testlaboratorium voor hypersonische voertuigen. In juli 2015 heeft het kantoor Boeing en zijn partner Blue Origin een contract van $ 6,6 miljoen toegekend om verder te werken aan het XS-1 Experimental Spaceplane, volgens een verklaring van het congres. In augustus 2014 kondigde Northrop Grumman aan dat het ook samenwerkte met Scaled Composites en Virgin Galactic aan het technische ontwerp en vluchtplan voor het XS-1-programma. Het bedrijf kreeg een contract van 13 maanden ter waarde van 3,9 miljoen dollar.
De XS-1 zal naar verwachting een herbruikbare lanceerbooster hebben die, in combinatie met een eenmalige boosterfase, een betaalbare levering van een 1360 kg-klasse voertuig aan LEO zal bieden. Naast de goedkope lancering, die wordt geschat op een tiende van de kosten van een huidige zware raketlancering, zal de XS-1 waarschijnlijk ook dienen als testlaboratorium voor nieuwe hypersonische voertuigen.
DARPA wil uiteindelijk elke dag de XS-1 lanceren voor minder dan 5 miljoen dollar per vlucht. Het management wil een apparaat krijgen dat snelheden kan halen van meer dan 10 Mach-nummers. De gevraagde werkingsprincipes "zoals een vliegtuig" omvatten horizontale landingen op standaard startbanen, daarnaast moet de lancering plaatsvinden vanaf een liftlanceerder, plus een minimale infrastructuur en grondpersoneel en een hoge mate van autonomie. De eerste testvlucht is gepland voor 2018.
Na verschillende mislukte pogingen van NASA, beginnend in de jaren tachtig, om een systeem als de XS-1 te ontwikkelen, geloven militaire onderzoekers nu dat de technologie voldoende is gerijpt dankzij de vooruitgang in lichtgewicht en goedkope composieten en verbeterde thermische bescherming.
XS-1 is een van de vele Pentagon-projecten die gericht zijn op het verlagen van de kosten van het lanceren van satellieten. Met de bezuinigingen op het Amerikaanse defensiebudget en de opbouw van de capaciteiten van andere landen, wordt routinematige toegang tot de ruimte een steeds grotere prioriteit voor de nationale veiligheid. Het gebruik van zware raketten om satellieten te lanceren is duur en vereist een uitgebreide strategie met weinig opties. Deze traditionele lanceringen kunnen honderden miljoenen dollars kosten en vereisen dure infrastructuur om te worden onderhouden. Aangezien de Amerikaanse luchtmacht erop staat dat wetgevers een decreet uitvaardigen om het gebruik van Russische RD-180-raketmotoren voor het lanceren van Amerikaanse satellieten op te schorten, zal het hypersonische onderzoek van DARPA het pad dat moet worden afgelegd aanzienlijk verkorten, alleen vertrouwend op zijn eigen troepen en middelen.
Rusland: verloren tijd inhalen
Aan het einde van het bestaan van de Sovjet-Unie ontwierp het ontwerpbureau MKB "Raduga" uit Dubna GELA (Hypersonic Experimental Aircraft), dat het prototype zou worden van de X-90 strategische luchtlanceerraket ("Product 40 ") met een straalmotor "Product 58 "Ontwikkeld door TMKB (Turaevskoe machinebouw ontwerpbureau)" Soyuz ". De raket moest kunnen versnellen tot een snelheid van 4,5 Mach-nummers en een bereik van 3000 km hebben. De set standaardwapens van de gemoderniseerde strategische bommenwerper Tu-160M zou twee X-90-raketten moeten bevatten. Het werk aan de Kh-90 supersonische kruisraket werd in 1992 in het laboratoriumstadium stopgezet en het GELA-apparaat zelf werd in 1995 getoond op de MAKS-luchtvaarttentoonstelling.
De meest uitgebreide informatie over de huidige hypersonische luchtlanceringsprogramma's werd gepresenteerd door de voormalige commandant van de generale staf van de Russische luchtmacht, Alexander Zelin, in een lezing die hij gaf op een conferentie van vliegtuigfabrikanten in Moskou in april 2013. Volgens Zelin voert Rusland een tweefasenprogramma uit om een hypersonische raket te ontwikkelen. De eerste fase voorziet in de ontwikkeling tegen 2020 van een substrategische luchtlanceerraket met een bereik van 1.500 km en een snelheid van ongeveer M = 6. Verder in het volgende decennium moet een raket met een snelheid van 12 Mach-getallen worden ontwikkeld, die elk punt in de wereld kan bereiken.
Hoogstwaarschijnlijk is de door Zelin genoemde Mach 6-raket Product 75, ook wel GZUR (HyperSonic Guided Missile) genoemd, die zich momenteel in de technische ontwerpfase bevindt bij de Tactical Missiles Corporation. "Product 75" heeft blijkbaar een lengte van 6 meter (de maximale grootte die het bommenruim van de Tu-95MS kan hebben; het past ook in het bewapeningscompartiment van de Tu-22M bommenwerper) en weegt ongeveer 1.500 kg. Het moet in gang worden gezet door de Product 70 straalmotor die is ontwikkeld door Soyuz TMKB. De actieve radarzoeker Gran-75 wordt momenteel ontwikkeld door de Detal UPKB in Kamensk-Uralsky, terwijl de breedband passieve homing-kop wordt vervaardigd door het Omsk Central Design Bureau.
In 2012 begon Rusland met vliegtesten van een experimenteel hypersonisch voertuig dat was bevestigd aan de ophanging van een Tu-23MZ supersonische bommenwerper voor lange afstanden (NAVO-aanduiding "Backfire"). Niet eerder dan in 2013 maakte dit toestel zijn eerste vrije vlucht. Het hypersonische apparaat is geïnstalleerd in het neusgedeelte van de X-22-raket (AS-4 "Kitchen"), die wordt gebruikt als lanceerbooster. Deze combinatie is 12 meter lang en weegt ongeveer 6 ton; de hypersonische component is ongeveer 5 meter lang. In 2012 voltooide de Dubna Machine-Building Plant de bouw van vier X-22 supersonische cruise-lucht-gelanceerde anti-scheepsraketten (zonder zoeker en kernkoppen) om te worden gebruikt in tests van hypersonische voertuigen. De raket wordt gelanceerd vanaf een Tu-22MZ-ondervleugelophanging met snelheden tot Mach 1, 7 en hoogtes tot 14 km en versnelt het testvoertuig naar Mach 6, 3 en een hoogte van 21 km voordat het testonderdeel wordt gelanceerd, dat zich blijkbaar ontwikkelt. een snelheid van 8 Mach-getallen.
Van Rusland werd verwacht dat het zou deelnemen aan vergelijkbare vliegtests van het Franse MBDA LEA hypersonische voertuig dat werd gelanceerd vanaf de Backfire. Volgens de beschikbare gegevens is de hypersonische testcomponent echter een oorspronkelijk Russisch project.
In oktober-november 2012 ondertekenden Rusland en India een voorlopige overeenkomst om te werken aan de BrahMos-II hypersonische raket. Het samenwerkingsprogramma omvat NPO Mashinostroeniya (raket), TMKB Soyuz (motor), TsAGI (aerodynamica-onderzoek) en TsIAM (motorontwikkeling).
India: een nieuwe speler op het veld
Na een overeenkomst over gezamenlijke ontwikkeling met Rusland werd in 1998 het Indiase BrahMos-raketprogramma gelanceerd. Volgens de overeenkomst waren de belangrijkste partners de Russische NPO Mashinostroyenia en de Indiase Defensie Onderzoeks- en Ontwikkelingsorganisatie (DRDO).
De eerste versie is een tweetraps supersonische kruisraket met radargeleiding. De motor met vaste stuwstof van de eerste trap versnelt de raket tot supersonische snelheden, terwijl de straalmotor met vloeibare stuwstof van de tweede trap de raket versnelt tot een snelheid van M = 2. 8. BrahMos is in feite de Indiase versie van de Russische Yakhont-raket.
Terwijl de BrahMos-raket al was geleverd aan het Indiase leger, de marine en de luchtvaart, werd in 2009 de beslissing genomen om een hypersonische versie van de BrahMos-II-raket te gaan ontwikkelen.
In overeenstemming met het technische ontwerp zal BrahMos-ll (Kalam) vliegen met snelheden van meer dan Mach 6 en een hogere nauwkeurigheid hebben in vergelijking met de BrahMos-A-variant. De raket heeft een maximaal bereik van 290 km, wat wordt beperkt door het door Rusland ondertekende Missile Technology Control Regime (het beperkt de ontwikkeling van raketten met een bereik van meer dan 300 km voor een partnerland). Om de snelheid in de BrahMos-2-raket te verhogen, zal een hypersonische straalmotor worden gebruikt en volgens een aantal bronnen ontwikkelt de Russische industrie er een speciale brandstof voor.
Voor het BrahMos-II-project werd een belangrijke beslissing genomen om de fysieke parameters van de vorige versie te behouden, zodat de nieuwe raket de reeds ontwikkelde draagraketten en andere infrastructuur zou kunnen gebruiken.
Het doel voor de nieuwe variant omvat versterkte doelen zoals ondergrondse schuilplaatsen en wapendepots.
Een schaalmodel van de BrahMos-II-raket werd getoond op Aero India 2013 en het testen van prototypen zal in 2017 beginnen. (Op de onlangs gehouden tentoonstelling Aero India 2017 werd een Su-30MKI-jager met een Brahmos-raket op een ondervleugelpyloon gepresenteerd). In 2015 zei de uitvoerend directeur van Brahmos Aerospace, Kumar Mishra, in een interview dat de exacte configuratie nog moet worden goedgekeurd en dat een volwaardig prototype niet eerder dan 2022 wordt verwacht.
Een van de grootste uitdagingen is het vinden van ontwerpoplossingen voor de BrahMos-II waarmee de raket bestand zou zijn tegen de extreme temperaturen en belastingen van hypersonische vluchten. Een van de moeilijkste problemen is de zoektocht naar de meest geschikte materialen voor de vervaardiging van deze raket.
DRDO heeft naar schatting ongeveer $ 250 miljoen geïnvesteerd in de ontwikkeling van een hypersonische raket; op dit moment zijn er tests uitgevoerd met een hypersonische VRM in het laboratorium van moderne systemen in Hyderabad, waar volgens rapporten een snelheid van M = 5, 26 werd bereikt in een windtunnel. De hypersonische windtunnel speelt een sleutelrol rol bij het simuleren van de snelheid die nodig is om verschillende structurele elementen van een raket te testen.
Het is duidelijk dat de hypersonische raket alleen zal worden geleverd aan India en Rusland en niet beschikbaar zal zijn voor verkoop aan derde landen.
Er is een leider
Als de machtigste militaire en economische macht ter wereld sturen de Verenigde Staten hypersonische ontwikkelingstrends aan, maar landen als Rusland en India houden dit tegen.
In 2014 kondigde het opperbevel van de Amerikaanse luchtmacht aan dat hypersonische capaciteiten in de top vijf van ontwikkelingsprioriteiten voor het volgende decennium bovenaan zouden komen te staan. Hypersonische wapens zullen moeilijk te onderscheppen zijn en zullen de mogelijkheid bieden om langeafstandsaanvallen sneller uit te voeren dan de huidige rakettechnologie toelaat.
Bovendien wordt deze technologie door sommigen gezien als een opvolger van de stele-technologie, aangezien wapens die met hoge snelheden en op grote hoogte bewegen, een betere overlevingskans hebben dan langzame laagvliegende systemen, wat betekent dat ze doelen kunnen aanvallen in betwiste beperkte toegang ruimte. Vanwege de vooruitgang op het gebied van luchtverdedigingstechnologieën en hun snelle verspreiding, is het van vitaal belang om nieuwe manieren te vinden om de "vijandelijke kordons" te doorbreken.
Daartoe dwingen Amerikaanse wetgevers het Pentagon om de vooruitgang van hypersonische technologie te versnellen. Velen van hen wijzen op ontwikkelingen in China, Rusland en zelfs India als rechtvaardiging voor agressievere Amerikaanse inspanningen in deze richting. Het Huis van Afgevaardigden zei in zijn versie van de defensie-uitgavenwet dat "ze zich bewust zijn van de snel evoluerende dreiging die uitgaat van de ontwikkeling van hypersonische wapens in het kamp van potentiële tegenstanders."
Ze noemen daar "verschillende recente tests van hypersonische wapens die zijn uitgevoerd in China, evenals ontwikkelingen op dit gebied in Rusland en India" en dringen erop aan "krachtig voorwaarts te gaan". "De Kamer is van mening dat snelgroeiende capaciteiten een bedreiging kunnen vormen voor de nationale veiligheid en onze actieve krachten", zegt de wet. Het stelt in het bijzonder ook dat het Pentagon "technologie die is overgebleven van eerdere hypersonische tests" moet gebruiken om de ontwikkeling van deze technologie voort te zetten.
Ambtenaren van de Amerikaanse luchtmacht voorspellen dat herbruikbare hypersonische vliegtuigen tegen de jaren veertig in dienst kunnen komen, en experts van militaire onderzoekslaboratoria bevestigen deze schattingen. Als we met een concurrerende oplossing komen voor potentiële tegenstanders, zouden de Verenigde Staten in een gunstige positie komen, vooral in de Stille Oceaan, waar lange afstanden de overhand hebben en hoge snelheden op grote hoogte de voorkeur hebben.
Aangezien de technologie, die in de nabije toekomst zou moeten "rijpen", kan worden toegepast bij de ontwikkeling van wapens en verkenningsvliegtuigen, rijst een grote vraag - in welke richting het Pentagon het eerst zal bewegen. Zowel de projecten van het Pentagon, het project "arsenaalvliegtuigen", ontwikkeld door minister van Defensie Carter in februari 2016, en de nieuwe Long-Range Strike Bomber (LRS-B) / B-21, zijn platforms die een nuttige hypersonische belasting kunnen dragen, of het nu wapens of verkennings- en bewakingsapparatuur zijn.
Voor de rest van de wereld, inclusief Rusland en India, is de weg voorwaarts minder duidelijk als het gaat om lange ontwikkelingscycli en toekomstige implementaties van hypersonische technologie en hypersonische platforms.
