A Hermus terve, miszerint Mach 5-tel, vagyis a hangsebesség ötszörösével repesztő utasszállítót épít, talán túl ambiciózus, de a Pentagon támogatását azért elnyerte. A rajtvonalra sokan odaálltak. De mennyi a sebesség ára?
Írta: Jeremy Bogiasky / Forbes USA
Augusztus elején egy alig több mint 12 méter hosszú, ívelt alumíniumváz pihent a Hermeus atlantai gyárában. A Quarterhorse nevű drón prototípusa. Repülni ez a gép sosem fog, helyette szeptemberben indult a szárazföldi tesztelése, és az eredmények fényében jövőre már repülhető változatot tesztelhet a startup. A Hermeus vezérigazgatója, AJ Piplica és társalapítói úgy vélik, hogy ez az első lépés a merész céljuk felé vezető, hosszú úton:
egy olyan repülőgép megépítéséig, ami hiperszonikus sebességgel képes húsz utas szállítására – ez a hangsebesség ötszöröse, átszámítva 6195 kilométer/óra.
A Concorde nyomában
Képzeld el, hogy New Yorkból másfél óra alatt eljutsz Párizsba! Elég nagy előrelépés ez korunk hét és fél órát repülő kereskedelmi járataihoz képest.
A Concorde húsz éve repült utoljára – az úttörő, de veszteséges szuperszonikus utasszállító repülőgép. Azóta a hangsebességen túli utazást visszahozni próbáló startupok egyike sem kapott felszállási engedélyt. Piplica pedig elismeri, hogy a Hermeus még a korábbiaknál is nagyobb technikai kihívásoknak néz elébe, amikor olyan utasszállítót épít, ami hosszú ideig képes repülni abban a szélsőséges forróságban és dinamikai tartományban, ami annál rosszabb, minél gyorsabb tempót diktálunk. Szerinte nem is ez a legnagyobb probléma.
„Igazából az üzleti kihívások az igazán nehezek”
– mondja a 35 éves Piplica az amerikai Forbesnak. „Nem fogsz csak úgy dollármilliárdokat összeszedni egy utasszállító repülőgép kifejlesztésére.”
Piplica terve: a technológia sikerességének bizonyítása, nagyrészt a Pentagon költségén, kisebb hiperszonikus drónok kifejlesztésével – kihasználva, hogy Washington sürgetően igyekszik felzárkózni Oroszországhoz és Kínához a manőverezhető hiperszonikus rakéták kifejlesztésének versenyében.
Idén már repülnének
A Quarterhorse a tervek szerint újrahasználható tesztkörnyezetként szolgál majd, hogy a hiperszonikus utazáshoz szükséges anyagokat és berendezéseket kellően nagy sebességnek, szélsőséges körülményeknek tegyék ki. A Hermeus 30 millió dolláros szerződést kötött az amerikai légierővel, ezt az összeget a repülőgép három változatának megépítésére és berepülésére fordítanak. Az első repülést az idei évre tervezik. Piplica szerint a teljes fejlesztési költség százmillió dollár alatt marad.
Egy nagyobb méretű második drónt, a Darkhorse-t – ami a Hermeus reményei szerint 2026-ban már tesztrepüléseket végezhet –, szintén tesztelésre, valamint nagy hatótávolságú megfigyelésre és csapásmérésre szeretnék használni.
Piplica úgy számol, hogy mire a Halcyon névre keresztelt utasszállító repülőgép tényleg megvalósul, hat-tíz prototípust építenek a Quarterhorse-ból és a Darkhorse-ból, megoldást találva a nagysebességű repülés számos, még ismeretlen technikai problémájára. Piplica szerint
az embereknek csupán 30 percnyi Mach 4 fölötti tapasztalata van az úgynevezett légző repülőgépekkel.
Ezek a körülöttük lévő oxigént használják az üzemanyag elégetéséhez ahelyett, hogy a rakétákhoz hasonlóan a fedélzeten szállítanák azt (így kevesebb hely marad a hasznos teher, például az utasok számára). Amikor az összes tesztelés lezajlott, Piplica arra számít, hogy a hiperszonikus drónok flottái a védelmi minisztérium bevetései miatt állandó bevételt jelentenek majd.
A Darkhorse a tervek szerint nagyjából akkora lesz, mint egy F-15-ös vadászgép, a felszálláskor annak motorja – egy F100-as – fogja hajtani, mielőtt beindul egy rakétahajtómű, hogy felgyorsítsa drónt Mach 5-re.
A Darkhorse koncepciórajza. A tervek szerint nagyjából akkora lesz, mint egy F-15-ös vadászrepülőgép. Fotó: Hermeus
Azt mondja, a Hermeus „elég erős pénzügyi alapokat képez ahhoz, hogy nevetséges mennyiségű privát tőke bevonása nélkül is invesztálhassunk a Halcyonra való átállásba”.
Ezen üzleti terv alapján a Hermeus eddig 119 millió dollárt szedett össze, a 2022 márciusi Series B befektetési kör 400 millió dolláros értékelése mellett. Ambiciózus céljai miatt a cég idén felkerült az amerikai Forbes eljövendő milliárddolláros startupjait felsoroló huszonötös listára is.
Megváltozik a levegő a gép körül
Elérni a Hermeus célját, miszerint a 2030-as évek közepén utasszállítókat üzemeltessen, az amerikai Forbes által megkérdezett szakértők szerint hihetetlenül nehéz feladat.
A kihívás nem a hiperszonikus sebesség – a rakéták és az űreszközök rendszeresen elérik ezt. A nehézséget az jelenti, hogy olyasmit építsenek, ami képes fenntartani ezt a sebességet és terhelést, mi több, újra és újra használható – mondja Luca Maddalena, az arlingtoni University of Texas hiperszonikus rendszerekkel foglalkozó kutatója.
Ahogy a gép gyorsul, a repülés közbeni, levegő okozta súrlódás egyre nagyobb hőt termel. Hogy ehhez alkalmazkodjon, az SR-71 Blackbird kémrepülőgép, amely 1976-ban 3,3 Mach sebességgel beállította a leggyorsabb ember vezette repülőgép rekordját, titánötvözetből készült szárnyrészeket tartalmazott, amelyek hullámos kialakítása utat engedett a felületi hő okozta tágulásnak. A kifutópályán szivárgott a gépből az üzemanyag, mert a tankja csak akkor zárult le, amikor a Blackbird fémszerkezete repülés közben megduzzadt a hőtől.
Akkor szuperszonikus egy repülőgép, ha meghaladja a hangsebességet, azaz az 1 Machot, de a hiperszonikus régiót nem a konkrét sebesség határozza meg, helyette sajátos dinamikai körülmények függvénye, hogy mikor járunk ezen a szinten. Ahogy egy gép eléri az 5 Machot, a hő kémiai reakciókat indukál a körülötte lévő levegőben: különálló oxigén- és nitrogénatomokra bomlik, ami a repülő felületére is hatással lehet. A gép már nem abban a levegőben repül, ami a kifutópályán is körülvette. „Különböző gázokból álló levesről beszélünk” – mondja Maddalena.
„És ez minden bizonnyal a gép összes pontján más és más”, mert a hőmérséklet és a nyomás is rendre különbözőek. Magasabb sebességnél a gázok egy része plazmává válhat. Előre megmondani, hogy egy repülőgép hogyan fog viselkedni ilyen körülmények között, a kémia és a kvantumfizika ötvözését követeli meg az aerodinamikával. A kutatóknak még sok dolguk lesz.
Hogy életképes-e a hiperszonikus utasszállító koncepciója, leginkább a szerkezet szavatosságán múlik. „Nem lehet feleannyi élettartama, mint egy ma létező szubszonikus járműnek” – mondja Mary Jo Long-Davis, a NASA hiperszonikus technológiai projektjének vezetője. „Az nem zárná rövidre az üzleti modellt.”
Azt Piplica is elismeri, hogy nem lehet megjósolni a Halcyon élettartamát, vagy karbantartási igényeit. „Nincsenek adatok” – mondja. A Hermeus célja, hogy a Quarterhorse és a Darkhorse révén hozzájusson a szükséges tudáshoz, és az amerikai kormány jelenlegi, hiperszonikus fegyverek kifejlesztése iránti buzgalma miatt erre talán van is esélye.
Választott fegyvernem
Az amerikai kongresszus a 2023-as pénzügyi évre 5,8 milliárd dollárt adott a Pentagonnak, körülbelül hetven hiperszonikus programra, szemben a 2016-ban előirányozott, kevesebb mint félmilliárd dollárral. A haladás azonban lassú. Részben
a hiperszonikus körülményeket szimulálni képes szélcsatornák alacsony száma, részben a repülési tesztek lassú üteme miatt.
Sok program évente csak néhány repülési kísérletet bonyolíthat le. Szóval a Hermeus talán jó helyen kapizsgál az alkatrésztesztelésre alkalmas drónokkal kapcsolatban.
Mások is keresik ezeket a lehetőségeket. A Stratolaunch, amelyet korábban az egykori Microsoft-milliárdos Paul Allen finanszírozott, egy rakétahajtású autonóm hiperszonikus tesztjárművet fejleszt, amelyet a világ legnagyobb repülőgépéből, a Rocból bocsátanának a levegőbe. Idén tavasszal a védelmi innovációval foglalkozó Defense Innovation Unit leszerződött az ausztrál Hypersonix, valamint a kaliforniai Fenix Space és Rocket Lab nevű cégekkel, hiperszonikus tesztrepülőgépek kifejlesztésére.
Piplica és társalapítói – Glenn Case technológiai igazgató, Skyler Shuford operatív igazgató és Mike Smayda termékigazgató – mindannyian az űriparból jönnek, és együtt dolgoztak a Generation Orbitnál, ami egy levegőből indítható, folyékony hajtóanyagos rakétát fejlesztett, hiperszonikus repülési tesztekhez.
Úgy vélik, hogy az űrstartupok mintájára egy sor olyan repülőgép építésével tudják alacsonyan tartani költségeket, amikkel fokozatosan dolgozhatók fel a hiperszonikus repülés problémái.
A Quarterhorse például csak néhány percig fog Mach 3 fölött repülni, így a Hermeusnak nem kell megoldania egy hosszabb ideig repülő hiperszonikus drón hőkezelési problémáit, nem beszélve az utasok életben tartásáról. A Quarterhorse a lélegző hajtóművet fogja tesztelni, amit úgy terveztek, hogy a lehetőségekhez képest megfizethető legyen.
Mind a Quarterhorse-t, mind a Darkhorse-t a felszállástól kezdve egy készen kapható vadászrepülőgép-hajtómű fogja működtetni, amely közel 3 Mach sebességig repíti a drónokat – ez elég gyors ahhoz, hogy begyújtson egy tolósugár-hajtóművet (ramjetet), aminek nincsenek mozgó alkatrészei, hanem az előrehaladással sűríti az üzemanyagégetéshez szükséges levegőt. Ezeket az eszközöket évtizedek óta fejlesztik, viszonylag kiforrott technológiáról van szó – mondja Piplica.
Tavaly a vállalat bemutatta, hogy a Chimera nevű hajtóműrendszer nagy sebességű szélcsatornában képes ramjetként működni.
A Darkhorse a tervek szerint nagyjából 50 százalékkal hosszabb lesz, mint a Quarterhorse, Mach 5 sebességen pedig több mint 1600 kilométeres hatótávja lesz. Mivel a radarok fejlődése azzal fenyeget, hogy semmissé teszi az olyan amerikai repülőgépek lopakodó tulajdonságait, mint az F-35-ös vadászgép. Piplica szerint a Darkhorse sebessége lehetővé teszi a légierő számára, hogy továbbra is képes legyen olyan fejlett légvédelemmel rendelkező konkurensek légterében tevékenykedni, mint mondjuk Kína.
Más hiperszonikus utasszállító repülőgép-fejlesztő startupok még a Hermeusnál is gyorsabb gépeket céloznak, egzotikusabb technológiákkal.
A houstoni Venus Aerospace egy forgó detonációs rakétahajtómű tökéletesítésén dolgozik. Ez egy tizenkétszemélyes gépet hajtana, ami 9 Mach sebességgel repülne a légtér és az űr határán. A befektetők, köztük az Airbus kockázati tőke részlege, a PitchBook adatai szerint 48 millió dollárt adtak a projektre.
Így nézhet ki majd egyszer a Venus által fejlesztett Stargazer. A cél: az űr határa.
A Destinus nevű svájci startup pedig hidrogénhajtású repülőgépet tervez, amit 15 Mach sebességre optimalizálnak. A PitchBook szerint őket 39 millió dollárral szórták meg a befektetők.
A sebesség ára
Minél magasabb a Mach-szám, annál több egzotikus alapanyagra van szükség – és annál magasabbak a karbantartási költségek, mondja a NASA munkatársa, Long-Davis. A sebességgel együtt ráadásul nőnek az üzemanyagköltségek, és valószínűleg a jegyárak is – derül ki abból a néhány tanulmányból, amiker a NASA a nagysebességű légi közlekedés gazdaságosságának megismerése gyanánt pénzelt az elmúlt négy évben. A kutatásokban sok a feltételezés, de úgy tűnik, a legnagyobb piaci potenciált a viszonylag nyugodt Mach 2 és Mach 3 közötti tartományban utazó, 20-30 utassal rendelkező gépek jelentik.
A SpaceWorks kutatása szerint
egy hússzemélyes, Mach 5 sebességű, 6400 kilométer hatótávú repülőgép jegyára meghaladhatja a 10 ezer dollárt (3,5 millió forint).
Piplica szerint a Chimera optimális sebességtartománya – Mach 3-tól 5-ig – kellő skálázhatóságot biztosít a Hermeusnak: még ha az 1-2 machos sebességű repülőgépek nagyobb potenciállal is bírnak az utasszállításban, Piplica szerint a szuperszonikus repülőgépekkel foglalkozó startupok hátránya, hogy kevésbé vonzóak a hadsereg számára, és nincs kilátás arra, hogy köztes termékeket értékesítsenek a végcélhoz vezető út finanszírozására, ahogyan azt a Hermeus reméli a tervezett drónjaival.
A Pentagon azonban híres arról, hogy új technológiákkal kísérletezik, majd irányt vált. Miután a Trump-adminisztráció idején meredeken megnövelték a hiperszonikus fegyverek fejlesztésére fordított kiadásokat, a kritikusok megkérdőjelezték, hogy mindez megéri-e. Az ilyen eszközök harmadával drágábbak lehetnek, mint az azonos hatótávolságú ballisztikus rakéták, és kisebb az élettartamuk – állapította meg januári jelentésében a kongresszus költségvetési hivatala.
Épp elég nehéz egy hiperszonikus járművet építeni egy „csak oda” szóló küldetésre, hogy aztán felrobbanjon, nemhogy hiperszonikus közlekedésről beszélni, „ez egy Ray Bradbury-féle sztori” – fogalmaz Richard Aboulafia, az AeroDynamic Advisory igazgatója, utalva a híres tudományos-fantasztikus irodalmi szerző munkásságára.
„Az elképzelés, hogy egy kis startup előre mozdíthat egy évszázados utat, kissé furcsa.”
Maddalena szerint jó, hogy az olyan startupok, mint a Hermeus, izgalmas tervekkel vonzzák a figyelmet és a tőkét, de a reflektorfénytől távol más vállalatok és kutatók csendben dolgoznak a hiperszonikus repülést lehetővé tevő megoldásokon.
„Szó sincs róla, hogy a hiperszonikus programunk sikere kizárólag néhány startupon múlna.”
