Hypersonický letoun dosáhl rychlosti Mach 7.
Americký vysokorychlostní letoun X-43A nakrátko dosáhl rychlosti sedmkrát vyšší, než je rychlost zvuku, čímž vytvořil světový rychlostní rekord. Bude však mít tento úspěch v dohledné době nějaký praktický dopad?
V březnu tohoto roku se v USA uskutečnila úspěšná zkouška hypersonického experimentálního bezpilotního letounu s označením X-43A. Start byl uskutečněn pomocí letounu B-52B, pod jehož křídlem byla upevněna nosná raketa typu Pegasus-XL. Na posledním stupni této rakety byl připevněn zkušební letoun X-43A. Poté co letoun B-52B dosáhl zkušební oblast nad Tichým oceánem, která se nachází 80 kilometrů od pobřeží Kalifornie, došlo ve výšce 12 kilometrů k oddělení rakety Pegasus. Po dobu přibližně 5 sekund se raketa s letounem X-43A nacházela v beztížném stavu a poté došlo k zážehu raketového motoru prvního stupně rakety. Motory rakety Pegasus-XL byly v činnosti 80 sekund, což stačilo k dostatečnému urychlení hypersoniku X-43A. Po oddělení zkušebního letounu od nosné rakety ve výšce 29 km došlo k nastartování vlastního zkušebního motor letounu X-43A, který pracoval po dobu 10 sekund. Letoun dosáhl rychlosti 7 700 km/h, což představuje rychlost 7krát převyšující rychlost zvuku v daném prostředí – tj. Mach 7. Po vypnutí motoru se letoun nacházel přibližně osm minut ve fázi klouzavého letu a poté dopadl do vod Tichého oceánu ve vzdálenosti přibližně 600 km od pobřeží.
Dlouhý a drahý výzkum
Projekt Hyper-X byl zahájen již v roce 1996, a jeho rozpočet činí 250 miliónů dolarů. V rámci tohoto programu existují, nebo lépe řečeno existovali, tři nepilotované prototypy X-43A. První zkušební let, který se uskutečnil v červnu roku 2001 skončil nezdarem, když se nosná raketa vymkla kontrole a musela být po osmi vteřinách letu i s prototypem hypersoniku zničena kontrolním střediskem. Vyšetřování potvrdilo, že havarii zavinilo selhání řídícího systému pomocné rakety. Poslední ze zkušebních strojů X-43A, který bude teprve testován, by měl být dokonce desetkrát rychlejší než zvuk. Hlavním cílem programu X-43A je vývoj a prověření letových vlastností pohonné jednotky, která při hypersonických rychlostech spaluje kapalný vodík, přičemž jako okysličovadlo využívá kyslík z okolního prostředí. Vzhledem k faktu, že motory typu SCRAMJET získávají podstatnou část paliva z atmosféry, vykazují ve srovnání s klasickými raketovými motory značné výhody. Odpadá nutnost využívat potencionálně poruchová palivová čerpadla a menší množství přepravovaného paliva umožňuje použít lehčí, méně rozměrnou a tedy i levnější konstrukci letounu. Stroje poháněné těmito jednotkami se v porovnání s klasickými raketovými motory spokojí s méně než sedminou potřebného množství pohonných látek.
Náročná technologie
Technologie SCRAMJET (Supersonic-Combustion RAMJET) vychází z technologie tzv. náporových tryskových motorů (RAMJET). To jsou trysky, ve kterých dochází k hoření paliva v podzvukovém proudu vzduchu, který je způsoben vlastní rychlostí letadla. Na rozdíl od klasické trysky náporová tryska neobsahuje kompresor stlačující vzduch ani jiné rotační součásti. Motor typu SCRAMJET tedy pracuje na principu RAMJET, ale s tím rozdílem, že proud vzduchu prostupující vlastní motor zůstává nadzvukový. Tento rozdíl je však technologicky velmi obtížně realizovatelný. Náporový motor lze použít zhruba do rychlosti Mach 5. V současnosti nejrychlejší letoun na světě – americká stíhačka SR-71 – dosahuje rychlosti přes Mach 3. Z principu scramjetu vyplývá, že stroj vybavený tímto pohonem není sám o sobě schopen odstartovat. K tomu potřebuje vnější zdroj, který by jej urychlil na rychlost zvuku. Z tohoto důvodu je i X-43A závislý na raketovém urychlovači.
Vesmírné pohony budoucnosti?
Klasické raketové motory, které využívají energii vzniklou pomocí chemické reakce sice umožňují vesmírné lety do bezprostředního okolí planety Země, ale jejich výkon již pravděpodobně není možné výrazně zvýšit. Jedním z možných nástupců klasických chemických raketových motorů jsou termální jaderné raketové motory. V termálních jaderných raketových motorech se k ohřevu pracovní látky používá energie, která vznikla štěpením jaderného materiálu. Jaderné raketové motory jsou výkonnější než klasické chemické raketové motory. Základní princip takového motoru je poměrně jednoduchý – reaktorem, ve kterém je uložen štěpný materiál, protéká pracovní látka, kterou může být např. kapalný vodík nebo xenon. Tato pracovní látka se v aktivní zóně reaktoru zahřívá teplem, uvolněným štěpnou reakcí, ochlazuje reaktor a zároveň tryskou expanduje do kosmického prostoru. Vzhledem k faktu, že pracovní látka protéká přímo aktivní zónou reaktoru, je pochopitelné, že bude ve větší či menší míře kontaminovaná radioaktivním materiálem. Z tohoto důvodu existuje předpoklad využití těchto motorů pouze mimo hranice zemské atmosféry.
Nukleární pohon v praxi
Americká NASA úspěšně vyzkoušela iontový raketový motor NEXIS (Nuclear Electric Xenon Ion System), na jehož základě budou v budoucnu zcela jistě vyrobeny mnohem výkonnější a zároveň mnohem efektivnější kosmické pohonné systémy. Tento motor je jedním z možných kandidátů na využití v rámci projektu Prometheus. Poprvé by měl být v praxi využit v rámci americké mise k ledovým měsícům planety Jupiter. Kosmická sonda se bude pohybovat na oběžné dráze kolem Jupitera a postupně prozkoumá měsíce Europa, Ganymed a Kallisto. Připravovaná pohonná jednotka nepředstavuje pouze vlastní nukleární pohon sondy, ale také nukleární zdroj energie pro její provoz. Sluneční baterie by díky velké vzdálenosti Jupitera od Slunce nebyly schopny dodávat potřebné množství elektrické energie a dostačující by pravdě nebyl ani výkon radioizotopových generátorů. Start této sondy je plánován na rok 2011, avšak podle dostupných informací lze předpokládat přibližně čtyř až pětileté zpoždění oproti původnímu plánu.
Úspora raketového paliva i peněz
Při výrobě raketového motoru Prometheus budou pravděpodobně využity materiály na bázi uhlíkových kompozitů, které nahradí relativně těžké kovové materiály. Pohonný systém Prometheus by měl být v činnosti přibližně 10 let, přičemž iontový motor spotřebuje denně jen několik set gramů paliva, kterým je xenon. Pokud by mělo být dosaženo stejného výsledného efektu s využitím klasického raketového pohonného systému, bylo by spotřebováno zhruba desetinásobné množství chemického paliva.
Historie nejzajímavějších projektů „X“
X-1 – 1946 – Bell: První americký letoun, který překonal rychlost zvuku. Byly postaveny tři kusy základní verze X-1 a poté následovaly zdokonalené typy X-1A, B, C, D a E. Maximální dosažená rychlost byla Mach 1,45. X-2 – 1948 – Bell: Následnovník letounu X-1, který překonal trojnásobek rychlosti zvuku. X-5 – 1948 – Bell: První letoun, který dokázal měnit úhel šípu křídla za letu. Ve skutečnosti se jednalo o zdokonalenou kopii německého Messerschmittu P. 1101. X-6 – 1955 – Convair: Projekt bombardéru s jaderným pohonem, který však vzhledem ke své problematičnosti nikdy nebyl dokončen. X-7 – 1951 – Lockheed: Hypersonická bezpilotní střela s náporovým motorem. X-13 – 1955 – Ryan: První typ série X, s možností kolmého vzletu. Od X-13 měl být odvozen přepadový stíhač F-109, projekt byl však zastaven. X-14 – 1956 – Bell: Kolmo startující lehký letoun s otevřenou kabinou, vybavený dvěma proudovými motory, jejichž trysky byly pohyblivé. Stroj se vyznačoval poměkud neobvyklými tvary. X-15 – 1959 – North American: Pilotovaný raketový letoun. Startoval z bombardéru B-52 a jeho motor byl v chodu pouhých 80 sekund. Poslední verze X-15A-12 dosáhla rychlosti 7 297 Km/h (Mach 6,72) a výšky 107 960 metrů. X-18 – 1959 – Hiller: Další pokus o letoun s kolmým startem, tentokrát pomocí překlopného křídla. X-19 – 1963 – Curtiss-Wright: Konvertoplán se čtyřmi překlopnými vrtulemi (rotory). X-22 – 1965 – Bell Textron: Konvertoplán se čtyřmi zaplášťovanými vrtulemi. X-23 a X-24 – 1966 – Martin Marietta: Bezpilotní kluzák X-23A Prime, který zahájil program hypersonických vztlakových těles – návratových modulů určených pro potřeby NASA. Přestože finální program X-24C byl nakonec zrušen, jeho výsledky nyní využívá např. X-38. X-25 – 1978 – Bensen: Kombinace kluzáku a vírníku určeného pro záchranné operace. X-29 – 1984 – Grumman: Prototyp stíhacího letounu s negativním úhlem šípu křídla. X-30 – 1986 – konsorcium Rockwell, McDonnell Douglas, General Dynamics, Rocketdyne a Pratt & Whitney: Projekt suborbitálního dopravního letounu s maximální rychlostí až Mach 25. Pro vysokou finanční náročnost byl projekt zrušen. X-31 – 1987 – Rockwell, Messerschmitt-Bölkow-Blohm: První prototyp stíhacího letounu série X s neamerickou účastí. Ve své době pravděpodobně nejobratnější letoun na světě, a to díky pohyblivým „kachním plochám“ a motorové trysce s klapkami pro vychylování tahu. X-33 – 1996 – Boeing: Projekt jednostupňového vesmírného dopravního prostředku, který po splnění úkolu přistává jako kluzák a je připraven k dalšímu použití. X-36 – 1996 – McDonnell Douglas: Projekt bezocasého stíhacího letounu, řízeného jen pomocí vektorování tahu motorů. Půsoris křídla má tvar písmene „M“. X-37 – 2001 – Boeing: Projekt vojenského raketoplánu, schopného plnit průzkumné i bojové úkoly. X-38 – 1996 – Scaled Composites: Záchranný modul mezinárodní kosmické stanice ISS Alpha, představující bezmotorové aerodynamické vztlakové těleso dokončující přistání pomocí padáku. X-41 – 2000 – Boeing: Utajovaný projekt, který podle indicií představuje vesmírnou útočnou raketu schopnou zasáhnout libovoné místo na Zemi. X-42 – 2000 – Orbital Sciences: Levná raketa poháněná ekologickým kapalným kryogenním palivem, určená pro start ze strojů typu X-37, která je schopna vynést na orbit až 2 tuny nákladu. X-44 – 2000 – Lockheed Martin: Možný nástupce stíhačky F-22 Raptor. Mělo by se jednat o bezocasou verzi F-22, řízenou pouze pomocí vektorování tahu motoru. X-45 – 2000 – Boeing: Bezpilotní bojový letoun určený pro americké letectvo. X-45 je bezocasý a řídí se pomocí pohyblivé trysky motoru. Ovládání se děje dálkově přes satelit, přičemž jedno řídící středisko ovládá až čtyři letouny. X-50 – 2002 – Boeing: Tento stroj má pohyblivé „kachní plochy“ a rotor, který se dokáže ve vyšších rychlostech zastavit a plnit tak funkci pevné nosné plochy. X-50 by mohl představovat prototyp možného nástupce vrtulníku AH-64 Apache.
