NASA - X43x 

Ohromná "novinka"... Opravdu?

Zabývám se už přes třicet let velmi starými technologiemi, po jejichž stopách pátrám po celém světě. Když jsem už před lety v několika svých knihách a v neposlední řadě i na tomto webu popsal zcela konkrétní "předhistorický" letoun, který byl nejen schopen brázdit pozemskou atmosféru mnohonásobnou rychlostí zvuku, ale měl dokonce vlastnosti umožňující dosáhnout oběžné dráhy kolem Země, mohli se "experti", "neználci" i "všeználci" umlátit smíchy. Jakoby na ně z ničeho nic zaštěkala kočka... 
Myslím, že ten smích už je pomalu přechází. 
(Pokud jim ovšem vůbec došlo, co se děje... ;-)

Ztracená léta
Zatímco Američané, využívající německého raketového odborníka Wernera von Brauna a Rusové s pomocí několika jiných "překřtěných" Němců, usilovně pracovali na stále nesmyslně mohutnějších kapalinových raketových motorech, snažila se hrstka nadšenců už od padesátých let vylepšit tzv. ramjet - náporový tryskový motor (něm. Staustrahltriebwerk). Tento princip pohonu v podstatě vynalezli němečtí inženýři pracující pro válečnou mašinerii, která ho poprvé použila u raketo-letadlové bomby V-1 (Odveta-1). Ale protože vývoj kapalinového raketového motoru sliboval vyšší rychlost "samočinně létajících bomb" určených k pokoření Anglie, bylo od dalšího vývoje upuštěno. V současné době ho s úspěchem používá značně vylepšená verze V-1, počítačem vybavená americká Cruis Missile...

Vývoj na chvíli pokračoval. V padesátých letech postavil Francouz Leduc pár funkčních prototypů, s nimiž bylo provedeno několik velmi  úspěšných testů. Vývoj ovšem tenkrát ustoupil turbíně použité u stroje Mirage, která slibovala vojenským letadlům vyšší manévrovací schopnosti. Leducovy stroje stavěné takřka "na koleně", bez použití počítačů či větrných kanálů, skutečně létaly, měly udivující výkon i rychlost. Dodnes je lze obdivovat ve Francouzském muzeu aviatiky.

 
Funkční prototyp stroje Leduc, dole při zkušebním letu. Na zemi leží náhradní kabina, umístěná v "nose" stroje před vzduchovým difuzorem náporového tryskového motoru.

Němci dodnes pracují na jakémsi hybridu supernadzvukového motoru pro stroj Sänger II, který sice vypadá poměrně slibně, ale kombinace klasické turbíny a ramjetu v zásadě nic neřeší. Lopatový tvar vstupního otvoru (Einlauf) však silně připomíná přední část X43x... (Pro ty, kteří neovládají němčinu - délka tohoto monstra je 30 metrů...) Původní ramjet, jak je zřejmé z prvního obrázku, ovšem neobsahuje ani jedinou rotující součástku...

Přečteme-li si sporé informace o nové řadě amerických letounů Xxxx, zjistíme, že se u žádného z nich nejedná o jakýsi převratný vývoj. Pohled na umělcem ztvárněný obrázek stroje X43A, připevněného ke špici rakety Pegasus, prozrazuje, že NASA opět využívá jen mizivou část možností, které technologie ramjetu poskytuje. Její technici evidentně nezvládli základní problém, kterým je plynulý přechod pracovních režimů. Jejich scramjet začíná pracovat až od rychlosti M7, to znamená, že musí být urychlen na téměř 2,5 km/s, aby vůbec začal pracovat! Má tedy "tuhý", nepružný pracovní režim, s minimální možností nastavení.

X 43A

Za mnoho peněz pramálo muziky...

Nejen vývoj balistických raket, zpočátku pro vojenské a později prestižní "kosmické" účely, ukazuje nepružnost lidského ducha. Na konci každé myšlenky vždy stojí jakési monstrózní zařízení, jehož další "vývoj" se zastavil jen proto, že by už neuneslo ani samo sebe... Tyto projekty produkovaly stále větší a těžší monstra poháněná stále silnějšími a žravějšími motory a pohlcovaly stále imenznější sumy. Souhrn všech dosažených výsledků této po prestiži toužícími politiky poháněné megalománie ani zdaleka nevyváží váhu šrotu, poletujícího kolem Země. Každý kousek plechu, čekající na pohřeb žehem v atmosféře, má pětinásobně vyšší hodnotu ve zlatě, než váží... Takto nevypadá špičková technologie! To je jen jedinečná ukázka toho, jak dokonale mrhat lidskými a materiálními prostředky, dokud ovšem jsou k dispozici... 
S vynaložením obdobných nákladů bychom bez problémů dokázali doletět na Měsíc i ve vylepšeném traktoru Zetor...
Ale ani tolik opěvovaný Space Shuttle nepředstavuje v tom směru žádnou velkou inovaci. Pravda, pro posádku je pohodlnější a na kosmické smetiště se už nevyhazuje tolik materiálu. Je to však jen mezičlánek, na který budeme brzy už jen vzpomínat; asi tak, jako na prvního Sputnika. Pohon se ani v nejmenším nezměnil - stroj ke startu používá nebezpečné a ovzduší zamořující pomocné rakety (boostery) na tuhé palivo a nahoru s sebou vleče obrovskou nádrž, do níž bylo s vynaložením obrovské spousty energie uskladněno to, čeho má po kritickou dobu letu k dispozici všude kolem sebe nadbytek... Ovšem - místo aby toho využil, on s tím bojuje!

Přijetí myšlenky scramjetu je v tomto směru opravdovým pokrokem, stroj s sebou už nemusí vozit objemnou nádrž okysličovadla, protože tuto složku paliva, stejně jako letouny našich předků před mnoha tisíciletími, získává přímo ze vzduchu. Jenže co neumí, a při této konfiguraci motoru nikdy umět nebude, je samostatně odstartovat... Hnací jednotka je koncipována tak, že funguje jen ve velmi vysokých rychlostech.

Zmíněné předhistorické stroje, vybavené hybridem raketovo/ramjetové hnací jednotky, nepotřebovaly ke startu ani letiště ani odpalovací rampy, ba ani kolečka... ... dokázaly se vznášet na plynovém polštáři. Kromě toho, a každý byť i začínající fyzik ví, že je to proveditelné, uměly za vysoké rychlosti plnit své nádrže okysličovadlem přímo za letu! Jinými slovy - okysličovadlo potřebné ve fázích startu a letu mimo atmosféru bylo plněno do nádrží při průletu nízkou atmosférou po startu a pak znovu, pro další start,  během přistávacího manévru.

"čínský drak..."

Návštěvníci tohoto webu, kteří zabrousili na stránku "Projekt Fénix", vědí, co mám na mysli. Všechno, co potřebujeme vědět, máme k dispozici! Myslí si snad čeští technici a inženýři, že NASA má k dispozici lepší mozky, než mají oni sami? Omyl! NASA, a to vím od insiderů, je velká americká prestižní bublina, nafouknutá penězi. Toť vše.

Na druhou stranu - proč se zabývat výroky a výmysly nějakého šílence, že ano? 
Teď už jen čekám, kdy bude coby "převratná novinka" realizován systém dopravující za zlomek dnešních nákladů materiál či satelity na oběžnou dráhu, nebo elektrárna na atmosférickou elektřinu, což je obojí, pro ty, kteří to chtějí číst a umí přemýšlet, popsáno v knize Tunel do kosmu. Obojí je také velice jednoduché, ale asi až příliš jednoduché na to, aby se tím kdokoli vážně zabýval...

(19.04.2001 -gewo-)

Projekt Hyper-X

Od listopadu 1994, kdy Spojené státy zrušily ambiciózní program vysoce výkonného nadzvukového letadla National Aerospace Plane (NASP), zde nebyl žádný ucelený plán umožňující výzkum technologií hypersonických pohonů. Projekt Hyper X přejímá jistou část technologie NASP a posouvá ji ještě o krok dále.

"Program Hyper-X umožní převést zkušenosti získané za 40 let výzkumu v aerodynamických tunelech do letové podoby," míní manažer programu Hyper-X ve výzkumném středisku Langley Vince Rausch. "Program se odvíjí od nové pohonné jednotky scramjet. Je to významný krok, který nám umožní efektivnější přístup do vesmíru. Hledáme bezpečnější, pružnější a levnější prostředky pro cesty do vesmíru, a právě tímto směrem směřuje technologie scramjetu," dodává.

K letové premiéře experimentálního bezpilotního stroje X-43A proběhne v nejbližších dnech. Jde o první z trojice prostředků v hodnotě 185 mil. USD, které pro NASA staví americká firma MicroCraft v rámci šestiletého programu Hyper-X. Cílem snažení je praktické ověření pohonného systému a technologie hypersonických letounů čerpajících část paliva z ovzduší.

"Pro hypersoniku děláme totéž, co před sto lety bratři Wrightové pro podzvukové letouny. Skutečně otevíráme dveře pro budoucí, mnohem účinnější přístup do kosmu i další aplikace," říká Joel Sitz, šéf týmu, který má na starost zkušební let prototypu X-43A. "Motor typu scramjet přináší vyšší pružnost, zvýšenou spolehlivost a nižší náklady pro vstup do vesmíru," dodává.

Od prvního ze tří experimentálních prostředků se očekává až sedminásobné překonání hranice rychlosti zvuku. Poslední ze zkušebních strojů má být dokonce desetinásobně rychlejší než zvuk.

Na hyperzvukových rychlostech by nebylo celkem nic pozoruhodného, kdyby... Lze jich snadno dosáhnout pomocí běžného, přesněji konvenčního raketového motoru. Ten jako palivo využívá zpravidla kapalný vodík oxidovaný kapalným kyslíkem. Američané ovšem vyvíjejí stroj, který ponese na palubě jen jednu složku paliva - vodík. Nezbytný kyslík si nasaje přímo z atmosféry.

Stroj X-34A je dlouhý pouze čtyři metry, rozpětí křídel 1,5 metru. Na první pohled zaujme neobvyklý klínovitý tvar přídě, připomínající lopatu. Těleso stroje představuje nejdůležitější kritický prvek pohonné jednotky, kterou na rozdíl od klasického proudového motoru protékají plyny vysoce nadzvukovou rychlostí. Vzduch tlačený za vysoké rychlosti do sacího hrdla z atmosféry je spalován v motoru typu scramjet, o který se celý projekt opírá. Oproti běžnému proudovému motoru tento motor nepotřebuje kompresor, který zvyšuje hmotnost a snižuje spolehlivost stroje. Jeho funkci plně nahrazuje působení náporu vzduchu v hrdle vstupního difuzéru.

Zkratka scramjet pochází z anglického "Supersonic Combustion RAMJET" - nadzvukový náporový tryskový motor. Odborníci tvrdí, že tento nový pohon brzy prolomí dosavadní hranici omezení dopravy nákladů i osádek na oběžnou dráhu, obdobně jako proudové letecké motory umožnily překročení limitů klasických pístových motorů.

Pohonné jednotky získávající podstatnou část paliva z atmosféry vykazují ve srovnání s klasickými raketovými motory značné výhody. Odpadají kritická palivová čerpadla a menší podíl přepravovaného paliva umožňuje použít lehčí, méně rozměrnou a tedy i levnější konstrukci letounu. Stroje poháněné takovými jednotkami se spokojí s méně než sedminou potřebného množství pohonných látek, spolykaných klasickými raketovými motory.

Z principu scramjetu vyplývá, že tak jako jeho předchůdci není sám o sobě schopen odstartovat. K tomu potřebuje vnější zdroj, který ho urychlí zhruba na rychlost zvuku. Z tohoto důvodu je i X-43A závislý na raketovém urychlovači.

Podobně jako Leduc v padesátých letech...
Zkušební let prvního prototypu z projektu Hyper X bude poměrně složitá operace, na níž se budou podílet tři technické složky. Připevněný k prvnímu stupni rakety Pegasus se X-43A dostane do vzduchu vna závěsu pod upraveným bombardérem B-52. Po startu z kalifornského Drydenova leteckého výzkumného střediska v Mohavské poušti s ním vystoupá zhruba do osmikilometrové výšky. Tam raketu Pegasus uvolní, a ta s X-43A na špici vyrazí do více než 30kilometrové výšky. Při dosažení sedminásobné rychlosti zvuku se na zhruba deset vteřin nastartuje náporový motor a letoun se oddělí od nosné rakety. Letové středisko pak bude po sedm až osm minut shromažďovat data ze samostatného nadzvukového letu. Krátký život ukončí stroj, vedený po řízené sestupové trajektorii, ve vlnách Pacifiku.

Získané údaje poslouží při stavbě dvou dalších modifikací experimentálních letadel, která odstartují v příštím roce. Poslední prototyp bez lidské posádky by měl dosahovat rychlosti přes 11 500 km/h, což je zhruba desetinásobek rychlosti zvuku.

Hypersonické stroje se zřejmě uplatní především při cestách do vesmíru. Díky tomu, že během letu v atmosféře nepotřebují zásoby okysličovadla, budou mnohem hospodárnější než konvenční raketové nosiče.

Hybridní motory...
Hlavní nevýhodou motoru typu scramjet je, že dokáže efektivně pracovat až při rychlostech okolo dvou až tří Machů. Pro start potřebuje pomocný proudový nebo raketový pohon. V motorech s kombinovaným cyklem založeném na principu raketového motoru, které by se hodily pro dopravu posádky a materiálu ze Země na oběžnou dráhu, se počítá s raketovým pohonem vestavěným do motoru typu scramjet. Tato kombinace by umožňovala přechod z podzvukové na nadzvukovou rychlost a přechod na pohon pomocí "čistého" scramjetu. Ten by zvýšil rychlost na nejméně 10 až 12 M, a poté by se na hranici atmosféry opět zapnul raketový motor. Nad 18 M by až na oběžnou dráhu pracoval už jen raketový motor. Hypersonický hybridní stroj této konstrukce by ve srovnání s klasickou raketou mohl mít zhruba poloviční hmotnost k vynášetí téhož užitečného zatížení.

NASA v současné době zkouší několik možných variací takového systému. Pokud se podaří úspěšně dokončit letové testy série X-43A a poté i B a C, prototyp kosmického nosiče nové generace by mohl být testován někdy v letech 2025 až 2030.

Nový druh hybridního pohonu by také měl zjednodušit údržbu, předstartovní přípravu a tím výrazně snížit souhrnné náklady na provoz kosmických nosičů. Zmizela by nákladná infrastruktura potřebná u raket a podmínky by se přiblížily klasickému leteckému provozu.

(13.5.2001, podle REUTERS a jiných zahraničních zdrojů)