Το πρόγραμμα βασίζεται σε τεχνολογίες που εξετάστηκαν στο πλαίσιο του αμερικανο-αυστραλιανού Southern Cross Integrated Flight Research Experiment, γνωστού ως SCIFiRE, το οποίο επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη υπερηχητικών πυραύλων cruise με κινητήρες που αναπνέουν αέρα
Η επίτευξη ταχύτητας πάνω από πέντε φορές την ταχύτητα του ήχου αποτελεί μόνο ένα μέρος της τεχνολογικής πρόκλησης που συνοδεύει τα υπερηχητικά όπλα. Ένα τέτοιο σύστημα πρέπει να αντέχει στις ακραίες θερμοκρασίες που αναπτύσσονται κατά την πτήση, να παραμένει ελεγχόμενο σε εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες και, στην περίπτωση ενός υπερηχητικού πυραύλου cruise, να συνεχίζει να παράγει ώση μέσα στην ατμόσφαιρα.
Σε αυτή την κατηγορία εντάσσεται ο Hypersonic Attack Cruise Missile, γνωστός ως HACM, που αναπτύσσει η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ. Σε αντίθεση με τα υπερηχητικά οχήματα ολίσθησης, τα οποία επιταχύνονται αρχικά από έναν πυραυλοκινητήρα και στη συνέχεια συνεχίζουν την πτήση τους χωρίς συνεχή προώθηση, ο HACM έχει σχεδιαστεί ώστε να διατηρεί την πρόωσή του κατά την υπερηχητική πτήση μέσω κινητήρα scramjet.
Από τον πύραυλο στον scramjet
Ο HACM είναι ένας αεροεκτοξευόμενος υπερηχητικός πύραυλος με κινητήρα scramjet, ο οποίος αναπτύσσεται για την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ. Το 2022 η Raytheon έλαβε σύμβαση ύψους έως 985 εκατ. δολαρίων για την ανάπτυξη και επίδειξη πρωτοτύπων του συστήματος.
Το πρόγραμμα βασίζεται σε τεχνολογίες που εξετάστηκαν στο πλαίσιο του αμερικανο-αυστραλιανού Southern Cross Integrated Flight Research Experiment, γνωστού ως SCIFiRE, το οποίο επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη υπερηχητικών πυραύλων cruise με κινητήρες που αναπνέουν αέρα.
Ο βασικός στόχος είναι να προσφερθεί στα αμερικανικά μαχητικά ένα ακόμη όπλο μεγάλης εμβέλειας για την προσβολή σημαντικών ή χρονικά κρίσιμων στόχων, χωρίς τα αεροσκάφη να χρειάζεται να πλησιάζουν περιοχές με ιδιαίτερα ισχυρή αεράμυνα.
Παράλληλα, η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ έχει παρουσιάσει τον HACM ως ένα σύστημα που θα μπορούσε να διευρύνει τις δυνατότητες κρούσης των μαχητικών, επιτρέποντας στα βομβαρδιστικά να παραμένουν διαθέσιμα για άλλες αποστολές.
Γιατί ο scramjet είναι κρίσιμος
Η λειτουργία του scramjet διαφοροποιείται σημαντικά από εκείνη ενός συμβατικού κινητήρα τζετ. Σε έναν συμβατικό κινητήρα, περιστρεφόμενα εξαρτήματα συμπιέζουν τον εισερχόμενο αέρα πριν αυτός αναμειχθεί με καύσιμο και πραγματοποιηθεί η καύση.
Στον scramjet, η ίδια η ταχύτητα του πυραύλου αναγκάζει τον αέρα να εισέλθει στον κινητήρα. Η γεωμετρία του συστήματος συμπιέζει τη ροή χωρίς τη χρήση συμβατικού συμπιεστή και στη συνέχεια εγχέεται καύσιμο, το οποίο καίγεται ενώ ο αέρας εξακολουθεί να κινείται με υπερηχητική ταχύτητα μέσα στον θάλαμο καύσης.
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι ο scramjet δεν χρειάζεται να μεταφέρει οξειδωτικό, όπως συμβαίνει στους πυραύλους. Αντίθετα, χρησιμοποιεί το οξυγόνο της ατμόσφαιρας, επιτρέποντας να διατεθεί μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου όγκου και βάρους του πυραύλου για καύσιμο και άλλα κρίσιμα εξαρτήματα.
Υπάρχει όμως ένα θεμελιώδες μειονέκτημα: ένας scramjet δεν μπορεί γενικά να επιταχύνει μόνος του έναν πύραυλο από ακινησία μέχρι τις ταχύτητες στις οποίες μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά. Για τον λόγο αυτό ο HACM χρειάζεται ένα αρχικό στάδιο πρόωσης που θα τον επιταχύνει πριν αναλάβει ο scramjet.
Η τεχνολογία αυτή είχε ήδη δοκιμαστεί στο πλαίσιο του προγράμματος Hypersonic Air-breathing Weapon Concept, ή HAWC, της DARPA. Σε δοκιμή του 2021, το όχημα εκτοξεύθηκε από αεροσκάφος, επιταχύνθηκε από ενισχυτή και στη συνέχεια ο scramjet ανέλαβε την πρόωση, οδηγώντας το σε ταχύτητα μεγαλύτερη των Mach 5.
Το μεγάλο πρόβλημα των Mach 5
Η υπέρβαση των Mach 5 δημιουργεί ακραίες θερμικές και αεροδυναμικές συνθήκες. Καθώς το όχημα κινείται στην ατμόσφαιρα με τεράστια ταχύτητα, ο αέρας συμπιέζεται και θερμαίνεται έντονα, δημιουργώντας σημαντικές απαιτήσεις για τα υλικά και τα συστήματα θερμικής προστασίας.
Ο πύραυλος πρέπει ταυτόχρονα να παραμένει αεροδυναμικά σταθερός, να προστατεύει τα εσωτερικά του συστήματα και να διατηρεί τη λειτουργία του κινητήρα σε ένα περιβάλλον όπου η ροή του αέρα είναι εξαιρετικά γρήγορη.
Οι δοκιμές του HAWC ανέδειξαν αρκετές από τις ίδιες προκλήσεις που αντιμετωπίζει ο HACM, μεταξύ άλλων τον σχεδιασμό αποδοτικών υπερηχητικών οχημάτων, τη χρήση υδρογονανθρακικών καυσίμων στους scramjet, τη διαχείριση των υψηλών θερμικών καταπονήσεων και την ανάπτυξη μεθόδων παραγωγής που θα μπορούσαν να καταστήσουν τα συγκεκριμένα όπλα οικονομικά βιώσιμα.
Η αμερικανική τεχνολογία έχει ήδη αποδείξει ότι η βασική φυσική λειτουργεί. Το 2023, η έκδοση του HAWC που ανέπτυξε η Lockheed Martin πέτυχε ταχύτητα άνω των Mach 5, πετώντας σε ύψος μεγαλύτερο των 60.000 ποδών και καλύπτοντας απόσταση άνω των 300 ναυτικών μιλίων.
HACM και υπερηχητικά οχήματα ολίσθησης
Η βασική διαφορά μεταξύ HACM και ενός hypersonic glide vehicle είναι η συνεχής πρόωση. Ένα όχημα ολίσθησης επιταχύνεται αρχικά από έναν πύραυλο-ενισχυτή και στη συνέχεια αποχωρίζεται από αυτόν για να συνεχίσει την πορεία του μέσα στην ατμόσφαιρα, αξιοποιώντας την κινητική ενέργεια και την τροχιά που απέκτησε κατά την αρχική φάση.
Ο HACM, αντίθετα, είναι σχεδιασμένος να συνεχίζει να παράγει ώση σε όλη την υπερηχητική φάση της πτήσης του μέσω του scramjet.
Η διαφορά αυτή συνεπάγεται διαφορετικές απαιτήσεις ως προς την αεροδυναμική και την πρόωση. Ένας υπερηχητικός πύραυλος cruise μπορεί να πραγματοποιεί ελιγμούς καθ' όλη τη διάρκεια της πτήσης του, ενώ παράλληλα ο κινητήρας του συνεχίζει να λειτουργεί. Για αυτόν τον λόγο οι αμερικανικές ένοπλες δυνάμεις εξετάζουν και τις δύο τεχνολογικές προσεγγίσεις, καθώς μπορούν να εξυπηρετήσουν διαφορετικές επιχειρησιακές ανάγκες.
Ποια αεροσκάφη μπορούν να τον μεταφέρουν
Η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ έχει δώσει ιδιαίτερη έμφαση στην ενσωμάτωση του HACM στα μαχητικά αεροσκάφη. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το F-15EX Eagle II, το οποίο διαθέτει μεγάλη ικανότητα μεταφοράς όπλων και έχει χαρακτηριστεί από την αμερικανική Πολεμική Αεροπορία ως κατάλληλο για τη μεταφορά υπερηχητικών όπλων.
Το 2023, μονάδες που επιχειρούν με B-1, B-2, B-52 και F-15E συμμετείχαν επίσης σε εκπαιδευτικές δραστηριότητες εξοικείωσης με υπερηχητικά όπλα, στις οποίες περιλαμβανόταν ο HACM.
Η αεροεκτόξευση προσφέρει ένα σημαντικό επιχειρησιακό πλεονέκτημα, καθώς ο πύραυλος δεν χρειάζεται να ξεκινήσει την επιτάχυνσή του από το έδαφος. Το αεροσκάφος εκτόξευσης του παρέχει ήδη ύψος και ταχύτητα, μειώνοντας τις απαιτήσεις της αρχικής φάσης της πτήσης.
Πότε μπορεί να γίνει επιχειρησιακός
Το πρόγραμμα έχει πλέον περάσει από την αρχική φάση επίδειξης τεχνολογίας σε πιο προχωρημένο στάδιο ανάπτυξης. Η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ είχε αρχικά θέσει ως στόχο την απόκτηση επιχειρησιακά αξιοποιήσιμης δυνατότητας HACM έως το οικονομικό έτος 2027.
Νεότερα δημοσιονομικά έγγραφα της αμερικανικής Πολεμικής Αεροπορίας δείχνουν ότι το πρόγραμμα εξακολουθεί να λαμβάνει σημαντική χρηματοδότηση για ανάπτυξη και προμήθειες. Ωστόσο, τα διαθέσιμα δημόσια στοιχεία για το οικονομικό έτος 2027 δεν προσδιορίζουν με αξιοπιστία τον αριθμό των πυραύλων που σχεδιάζεται να αγοραστούν.
Το μεγάλο στοίχημα για τον HACM επομένως δεν είναι πλέον απλώς να αποδειχθεί ότι ένας scramjet μπορεί να λειτουργήσει σε ταχύτητες άνω των Mach 5. Η πραγματική πρόκληση είναι να μετατραπεί η πολυετής αμερικανική έρευνα στον τομέα των υπερηχητικών όπλων σε ένα αξιόπιστο, επαναλήψιμα παραγόμενο και επιχειρησιακά αξιοποιήσιμο σύστημα.
www.worldenergynews.gr
