Houston Hypersonic Transport Startup obiecuje loty pasażerskie z Los Angeles do Tokio za godzinę

Jeśli jesteś tu już wystarczająco długo, być może pamiętasz sprzedawcę okularów LensCrafters chwytliwy slogan reklamowy „Okulary za około godzinę!” Startup z siedzibą w Houston, Wenus Aerospace obiecuje, że w 2030 r. przewiezie Cię z Los Angeles do Tokio w tym samym czasie za pomocą samolotu kosmicznego. Trudno to dostrzec.

Firma nie opublikowała zdjęć projektu swojego 12-osobowego samolotu pasażerskiego. Z drugiej strony właśnie wydał komunikat, w którym wychwala 20 milionów dolarów funduszy serii A, które zebrał w związku z Laboratorium Prime Movers, firmy venture capital z Wyoming, która opisuje siebie jako inwestującą w „przełomowe start-upy naukowe”.

Venus Aerospace zebrała obecnie łącznie 33 miliony dolarów. W ciągu ponad roku istnienia startup rozrósł się do 40 pracowników i działa w hangarze w porcie kosmicznym w Houston (lotnisko Ellington). The zwolnić śmiało stwierdza, że ​​„Venus Aerospace buduje samolot kosmiczny o zerowej emisji dwutlenku węgla, który umożliwi godzinną podróż dookoła świata”.

Jednak transport hipersoniczny na Wenus nie będzie pozbawiony emisji dwutlenku węgla. Nie będzie to też samolot kosmiczny. Venus dołącza do wyłaniającej się listy kandydatów na transport hipersoniczny, w tym z Atlanty Hermeusz i właśnie ogłoszona siedziba w Pekinie Transport kosmiczny, który mówią w zaledwie dwie godziny przewiezie pasażerów z Szanghaju do Nowego Jorku.

Wszyscy trzej twierdzą, że do 5 r. będą latać pełnowymiarowymi samolotami z prędkością ponad 2030 Mach (gdzie zaczyna się prędkość hipersoniczna). Wszyscy trzej opowiadają się za ideą zjednoczenia świata za pomocą szybkiego transportu, podobnie jak stosunkowo nieporadny aspirant naddźwiękowy Bum.

Venus rzuciła hasło „w domu na kolację”, aby opisać teoretyczną podróż z Los Angeles do Tokio w obie strony w dzień roboczy przez inteligentnego dyrektora, który nalega na kolację z rodziną. Hermeus śmiało rzuca wyzwanie „Wyścig z tobą”.

Wizja i szum w pewnym stopniu przypominają scenę miejskiej mobilności lotniczej na małych wysokościach, ale metaforycznie latającą wysoko, i jej jeszcze niezrealizowany (ale zawsze tuż za rogiem) rynek.

Warto zadać pytanie, do jakiego celu Venus Aerospace i jej potencjalni konkurenci realistycznie zmierzają.

Hybryda hipersoniczna

Można porównać samolot proponowany przez Venus do samochodu hybrydowego. Podobnie jak równoległy silnik spalinowy i elektryczne układy napędowe powszechne w tego typu pojazdach, hipersoniczny projekt firmy będzie opierał się na dwóch układach napędowych – konwencjonalnym silniku odrzutowym i rakiecie.

Jest to strategia znacznie różniąca się od oddychającego powietrzem, turbinowego napędu o cyklu kombinowanym (TBCC) firmy Hermeus podejście do silnika lub coś, co wygląda na kombinację rakiety głównej na paliwo stałe i rakiety głównej na paliwo Space Transportation.

Zdaniem współzałożycieli firmy i małżonka Sarah i Andrew Duggleby, teoretyczna koncepcja operacyjna Venus jest podstawą wyboru. Obaj są weteranami lotnictwa i kosmonautyki, pracowali w Virgin Orbit i Virgin Galactic. Obydwoje mają wykształcenie inżynierskie (Andrew jest byłym profesorem inżynierii mechanicznej w Virginia Tech i Texas A&M oraz oficerem rezerwy inżynieryjnej Marynarki Wojennej), przy czym Sarah (lub Sassie, jak ją nazywamy) pełni funkcję dyrektora generalnego, a Andrew pełni funkcję dyrektora technicznego.

Samolot, który według Venus zbuduje, ma w dużej mierze zostać podłączony do istniejącej infrastruktury transportu lotniczego. Mówią, że będzie mógł wystartować ze standardowego pasa startowego w LAX i wznieść się na nominalną konwencjonalną wysokość przelotową (35,000 XNUMX stóp lub mniej więcej) przy użyciu silnika odrzutowego. Następnie strumień zostaje wyłączony, a jego wlot/wylot zostaje zamknięty. W tym momencie uruchamia się silnik rakietowy na paliwo ciekłe.

Rakieta przyspiesza samolot do 9 Mach (około 6,850 mil na godzinę) z przyspieszeniem około 0.5 g (według Andrew, nieco więcej niż startujący samolot), gdy wznosi się na maksymalną wysokość 170,000 10 stóp. Samolot potrzebuje około 9 minut, aby osiągnąć prędkość XNUMX Mach i tę prędkość utrzymuje przez kolejne pięć minut.

Następnie rakieta gaśnie, a samolot pasażerski staje się szybowcem hipersonicznym, opadającym bez napędu w kierunku celu przez 45 minut, zwalniając z prędkością około 0.1 g. Po powrocie na wysokość prawie 35,000 XNUMX stóp silnik odrzutowy zostaje ponownie uruchomiony, a samolot dołącza do zwykłych samolotów pasażerskich ustawionych w kolejce kontroli ruchu lotniczego w celu uzyskania wektorów lądowania w Narita (Tokio).

Wydaje się to potencjalnie wykonalne w pewnym momencie w przyszłości, ale brak sprecyzowania szczegółów i biznesplanu jest rażący.

Niemożliwe Za Trudne

Andrew Duggleby mówi, że w krótkiej historii Venus Aerospace „przeszliśmy od niemożliwego do trudnego, ale nadal pozostało wiele trudnych rzeczy”.

Zespół Venus twierdzi, że poczynił trzy kluczowe postępy, dzięki którym projekt przekroczył granicę niemożliwości. Pierwszym z nich jest opatentowany silnik rakietowy z detonacją obrotową (RDRE). Drugi to kształt samolotu. Trzeci to aktywny układ chłodzenia.

W prostych słowach, RDRE raczej zdetonuje niż spali płynny materiał pędny. Znajdujący się w nim reaktor w kształcie pierścienia (pierścieniowy) wywołuje reakcje chemiczne, które wypychają koncentryczne impulsy naddźwiękowego gazu z dyszy wydechowej, wytwarzając ciąg.

RDRE są znane z wytwarzania większego ciągu przy mniejszym zużyciu paliwa niż konwencjonalne rakiety, co powoduje pełniejsze spalanie paliwa w wyższych temperaturach. Potencjalnie oferują transfer ciepła i inne zalety, w tym wagę i zwartość. Andrew twierdzi, że silnik opracowany przez firmę Venus i przetestowany w laboratorium na małą skalę jest o 15% bardziej oszczędny pod względem paliwa niż porównywalne rakiety, co zapewnia pasażerom masę samolotu i zapewnia praktyczne rozwiązania, takie jak kabina ciśnieniowa i podwozie.

Fundusze zebrane do tej pory przez firmę Venus pozwoliły jej osiągnąć punkt, w którym: „Udowodniliśmy, że mamy sposób na osiągnięcie naszego silnika detonacyjnego i że istnieją sposoby na utrzymanie jego niższej temperatury” – utrzymuje Duggleby.

Luźno porównał paliwo, którego będzie używać jego silnik, z mieszanką stosowaną w promie kosmicznym główny silnik spalony ciekły wodór i ciekły tlen. Ale w przeciwieństwie do twórcy hipersonicznych samolotów transportowych Świt Aerospace, które ujawniło, że jego silnik rakietowy będzie korzystał z płynnej mieszaniny nadtlenku o wysokiej zawartości testowej (HTP) i nafty, firma Venus nie podaje składu swojego paliwa ciekłego, twierdząc, że jest to „kluczowy element zapewniający chłodzenie silnika .”

Firma milczy także na temat projektu płatowca, który będzie musiał dobrze latać i manewrować zarówno przy małych prędkościach poddźwiękowych, jak i hipersonicznych. Duggleby twierdzi, że jest to „waverider” ukształtowany tak, aby wytworzyć pojedynczą falę uderzeniową i uwięzić kieszeń powietrza pod wysokim ciśnieniem pod brzuchem pojazdu w celu zwiększenia siły nośnej.

Należący do NASA Boeing X-51 jest użytecznym przykładem falowca, ale cokolwiek zaprezentuje Wenus (jeszcze nie zawęziło się do pięciu proponowanych kształtów), prawdopodobnie będzie wyglądać inaczej. Na początek będzie miał okna pasażera i konwencjonalny ogon. Nie ustalono jeszcze, czy ma przednie okna w kokpicie dla pilotów.

Andrew Duggleby mówi, że Venus „miejmy nadzieję wkrótce odsłoni” płatowiec, ale nie będzie omawiał harmonogramu. Na Uniwersytecie w Arizonie przeprowadzono testy modeli w podskali Tunel aerodynamiczny Mach 5, gdzie Wenus przeprowadziła nawet pewne testy „przy tej prędkości”.

Podobnie jak w przypadku innych koncepcji hipersonicznych, można się spodziewać, że poruszanie się z prędkością 9 Machów wygeneruje dużo ciepła. Duggleby twierdzi, że robienie tego na wysokości 170,000 3 metrów jest zaletą, ponieważ rzadka atmosfera zapewnia mniejsze tarcie cieplne niż na niższych wysokościach. Ciepło będzie miało szczególny wpływ na nos samolotu. Według Venus problem ten zostanie rozwiązany dzięki wydrukowanemu w XNUMXD nosowi i nowatorskiemu systemowi chłodzenia wewnętrznego. Duggleby opisuje to jako „rurę cieplną na krawędzi natarcia, która faktycznie rozprowadza ciepło”. Przednie krawędzie skrzydeł mogą zawierać podobny system.

W pozostałej części samolotu – mówi – nie zostaną wykorzystane egzotyczne materiały do ​​odprowadzania ciepła. Aby obniżyć koszty, wykorzysta „standardowy materiał lotniczy”, choć Duggleby nie precyzuje jakich.

Pomimo zdecydowanego braku informacji publicznej na temat trzech kluczowych technologii, Venus Aerospace cieszy się zaufaniem swoich sponsorów kapitału wysokiego ryzyka. Sassie Duggleby charakteryzuje grupę inwestorów zgromadzoną przez Prime Movers Lab jako „cierpliwy kapitał”.

Liz Stein, partnerka techniczna Prime Movers Lab, twierdzi, że startup ma „program bogaty w sprzęt”, powołując się na udane wdrożenie silnika weryfikującego koncepcję, testy modeli w mniejszej skali w tunelu aerodynamicznym oraz współpracę z Georgia Tech w zakresie najnowocześniejszego projektu chłodzenia.

Stein dodał, że firma Prime Movers wspierała Venus, przedstawiając personel zajmujący się hiperdźwiękami w NASA oraz udostępniając narzędzia analityczne i artykuły badawcze. Wskazała także NASA — Deloitte i NASA-SAIC badania rynkowe opisujące zapotrzebowanie na hipersoniczny transport lotniczy, które według Steina sugerują, że „istnieje sygnał zapotrzebowania rynkowego, aby systemy lotów dużych prędkości mogły działać z zyskiem bez pomocy rządu”.

Nie wszyscy się z tym zgadzają i wielu wskazuje na przykład Concorde, który wymagał wsparcia wielu rządów i nigdy nie wyszedł na zero.

„Nienawidzący zawsze wskazują na Concorde, aby odrzucić komercyjną wykonalność lotów z dużą prędkością, nie rozumiejąc, dlaczego Concorde zawiódł” – mówi Stein.

Utrzymuje, że miało to związek z ogromnym wymaganym kapitałem początkowym (18.8 miliarda dolarów) i powtarzającymi się kosztami operacyjnymi. Najważniejszym z nich było paliwo pożerane przez silnik Concorde Olympus 593, którego dopalacze zużywały podczas startu tak dużo soku, że „ponad połowa masy startowej Concorde’a stanowiła paliwo”.

To z kolei wymagało nie do utrzymania cen biletów za jedno miejsce w naddźwiękowym samolocie pasażerskim na około 100 pasażerów. Oznacza to, że transport hipersoniczny na Wenus nie będzie miał takiego problemu. Ponieważ jednak nie wiemy, jakiej mieszanki paliwa rakietowego będzie używać, a koszty ciekłego paliwa znacznie się różnią, oszacowanie kosztów jest trudne lub niemożliwe.

Proponowany przez Venus samolot będzie przewoził mniej pasażerów i prawdopodobnie będzie mniejszy niż Concorde. Dzięki napędowi hybrydowemu może zużywać mniej energii netto, ale koszt paliwa (i całkowity koszt eksploatacji) zostanie rozłożony na zaledwie 12 miejsc podczas każdego lotu. Obliczenie rachunku za paliwo dla samolotu, który nie został nawet zrealizowany eksperymentalnie, wydaje się ryzykowne dla najbardziej cierpliwego inwestora. To może jednak nie mieć znaczenia.

Kilka Raporty na Venus Aerospace sugerują, że jest na dobrej drodze do osiągnięcia przychodów w ciągu najbliższych dwóch lat. Prawdopodobnie uczyniłby to, dzieląc się swoją własnością intelektualną z Departamentem Obrony. jako AFWERX' $ 60 milionów inwestycji w programach Hermeus Siły Powietrzne i Departament Obrony w ogóle kłócą się o rozwój technologii hipersonicznej w rakietach, dronach wielokrotnego użytku, satelitach i samolotach, a także o pobudzeniu rozwoju sektora prywatnego.

Entuzjazm Departamentu Obrony nie dotyczy hipersonicznych transportów komercyjnych. Raczej szuka realnie osiągalnych mniejszych pojazdów w krótkich ramach czasowych. Wyższy urzędnik w służbie naukowo-technicznej obronności/rządu powiedział mi: „Jeśli Departament Obrony obawia się hipersonii, może skoncentrować się na porażce [tj. przeciwdziałaniu broni hipersonicznej]. Być może będą musieli przetestować systemy, które zawiodą, a dron może to umożliwić.

Podobnie jak Hermeus, Venus Aerospace planuje najpierw opracować drona, aby sprawdzić swoją technologię. To, czy którakolwiek firma w końcu skorzysta z transportu hipersonicznego, prawdopodobnie nie ma kluczowego znaczenia dla ich uzasadnień biznesowych ani dla inwestorów.

Samolot kosmiczny lub popiersie

Szacuje się, że Boom, który znajduje się dalej na swojej drodze niż Wenus, będzie potrzebował znacznie ponad miliarda dolarów, aby zrealizować swój naddźwiękowy transport.

Zapytana o całkowite koszty Venus, po długiej przerwie, Sassie Duggleby odpowiada, że ​​ich szacunki mieszczą się w „zakresie miliardów dolarów”. Łączy to z zastrzeżeniem, że Venus ma „możliwości uzyskania przychodów na wczesnym etapie korzystania z drona. To nie jest samolot kosmiczny ani katastrofa.

„Wykorzystywanie funduszy rządowych w celu ograniczenia tego ryzyka jest jedną z naszych kluczowych kwestii”, mówi. „Nie wierzymy, że potrzebujemy całego miliarda dolarów w postaci kapitału wysokiego ryzyka, zanim to osiągniemy”.

Venus twierdzi, że ma już pewne fundusze rządowe, które pomogą jej to osiągnąć. Może to wynikać z umowy AFWERX Small Business Technology Transfer (STTR, faza I-II), chociaż nie udało mi się tego potwierdzić. Jeśli tak, prawdopodobnie przyniosło to Wenus około 800,000 XNUMX dolarów.

Ścieżka startupowa to ścieżka, którą para chętnie wybrała po latach pracy w firmach o ugruntowanej pozycji. W tym duchu Sassie mówi: „Czy nauczymy się nowych rzeczy i uznamy, że musimy zmienić kierunek? Jasne, ale na tym właśnie polega radość świata startupów. Na tym polega radość innowacji.”

Wygląda na to, że przekaz jest mieszany, co pojawia się również w twierdzeniach Venus Aerospace, że do 2030 r. zbuduje bezemisyjny samolot kosmiczny i będzie latał. Ci, którzy zwracają na to szczególną uwagę, zdadzą sobie sprawę, że ogólnie przyjmuje się, że przestrzeń kosmiczna zaczyna się na wysokości 62 mil (330,000 XNUMX) nad Ziemią. . Sassie Duggleby przyznaje, że hipotetyczny pojazd Wenus dociera jedynie do połowy drogi w przestrzeń kosmiczną – czyli do prędkości Macha, której potrzebowałby, aby uciec przed ziemską grawitacją. Dlaczego więc nazywać to samolotem kosmicznym?

„Nazywamy go samolotem kosmicznym, ponieważ głównie tam lata” – proponuje Andrew Duggleby. „Nie jesteśmy pojazdem oddychającym powietrzem. Nie jesteśmy tylko szybkim odrzutowcem. Lepiej więc nazwać to samolotem kosmicznym.

Kiedy zwracam uwagę, że pasażerowie płacący za bilet mogą spodziewać się lotu w kosmos samolotem kosmicznym, Sassie odpowiada: „Kiedy mówisz samolot kosmiczny, ludzie zwykle rozumieją, że to nie jest zwykły odrzutowiec”.

Mogą również zrozumieć, że odrzutowiec i rakieta Wenus prawdopodobnie nie będą wolne od emisji dwutlenku węgla (nie wspominając o wkładzie w budowę takiego transportu). Na horyzoncie pojawiają się biopaliwa o niższej emisji dwutlenku węgla i syntetyczne paliwa lotnicze, lecz pytanie, czy będą one powszechnie dostępne (lub konkurencyjne cenowo) do 2030 r., pozostaje pytaniem.

Jeśli chodzi o rakietę, prom kosmiczny emitował głównie parę wodną ze spalonego paliwa ciekłego. Nie oczekuje się, że samolot Venus będzie działał na tych samych podstawach. Naukowcy twierdzą, że nie mamy zbyt dobrych danych na temat czego emitują rakiety na paliwo ciekłe, zwłaszcza w górnych warstwach atmosfery. Niezależnie od tego, jakie paliwo rakietowe spala hiperdźwiękowy samolot pasażerski Venus Aerospace, będzie ono również wymagało specjalnego postępowania na lotniskach i w kosmodromach.

Andrew Duggleby twierdzi, że nie jest to duże wyzwanie, chociaż eksperci ds. paliw i bezpieczeństwa mogą się z tym nie zgodzić. Można pamiętać, że ogromny A380 Airbusa został wyłączony z wielu lotnisk z powodów tak przyziemnych, jak potrzeba wzmocnionego materiału rampy/pasa startowego i różnych mostów powietrznych do wsiadania i wysiadania pasażerów.

Można by również zgadnąć, że hipersoniczny samolot pasażerski Wenus potrzebowałby pasów startowych o długości 10,000 metrów (Andrew twierdzi, że ma 15 potencjalnych tras/miejsc docelowych) i prawdopodobnie charakteryzowałby się dużą końcową prędkością podejścia, co miałoby wpływ na ruch lotniczy. Duggleby nie widzą tam żadnych większych wybojów na drodze.

Co zaskakujące, mówią, że Wenus będzie zintegrowana pionowo, łącznie z budową własnych silników rakietowych. Zwykli podejrzani, od United Launch Alliance, przez Northrop-Grumman, po SpaceX, nie są częścią ich planu, który najwyraźniej przewiduje produkcję silników w zakładach firmy w Houston Spaceport.

Jak twierdzą dyrektorzy, część 40-osobowego personelu Venus ma doświadczenie w budowie rakiet. Nie pytałem, czy to doświadczenie jest bardziej skupione na dronach/pojazdach podskali niż na pojazdach pełnowymiarowych. Jakie ilości będą potrzebne, to kolejne pytanie, które pozostało bez odpowiedzi. Dociera do sedna propozycji biznesowej.

Venus nie przedstawiła żadnych publicznych prognoz dotyczących kosztów swoich samolotów. Podobnie nie wiadomo, ile mogą kosztować bilety. Sassie twierdzi, że firma ma wewnętrzne modele kosztów. „Chcielibyśmy utrzymać cenę zbliżoną do ceny biletu pierwszej klasy. Istnieje wiele czynników i wciąż jesteśmy na wczesnym etapie tego, jak to faktycznie będzie wyglądać.

Czynniki te obejmują częstotliwość lotów. Metodologia chłodzenia zastosowana przez firmę Venus i konstrukcja płatowca umożliwią dwugodzinny przegląd samolotu, twierdzi Andrew Duggelby. Venus planuje cztery loty dziennie. W przeciwieństwie do głównych rakiet promu kosmicznego, które trzeba było rozbierać po każdym locie, RDRE w samolotach Venus wykonają 100 zaplanowanych lotów przed niezbędnymi przeglądami silnika i 1,000 lotów przed sprawdzeniem poziomu odbudowy. „Tak, to trudne zadanie” – przyznaje Andrew, „ale nasz początkowy projekt pokazuje, że jest wykonalny.

Wykonalność była kwestią dyskusyjną już od wczesnych lat 1980. XX wieku w firmie British Aerospace podejmowano poważne wysiłki w zakresie lotów hipersonicznych. HOTOL konwencjonalny pojazd startowo-lądujący wielokrotnego użytku, inspirowany Reaganem NASA z końca lat 1980. Orient Express projekt samolotu hipersonicznego.

Dyrektor generalny Venus Aerospace kilkakrotnie określił to przedsięwzięcie jako „firmę technologiczną na wczesnym etapie rozwoju”, czym niewątpliwie jest. Jego części mogą być faktycznie warte więcej niż całość. Dlatego ciekawe jest, że Venus lub inni potencjalni konstruktorzy transportu hipersonicznego publicznie obwieścili, że na rok 2030 „polecimy”.

Powód, twierdzi Richard Aboulafia z AeroDynamic Advisory, sprowadza się do inwestycji. „HOTOL, Orient Express i inne były za pięć do dziesięciu lat” w latach 10. Obecnie [transport] hipersoniczny jest kwestią pięciu do dziesięciu lat. Co za niespodzianka."

„Miejska mobilność lotnicza przyciągnęła miliardy dolarów. Tak, wiele z nich jest absurdalnie przesadzonych, ale celem [firm UAM] jest gromadzenie pieniędzy. To zadanie numer jeden.

Czy Venus Aerospace może przyciągnąć miliard dolarów, które według niego potrzebuje na budowę transportu hipersonicznego? „Przyjrzyj się inwestycjom, które UAM przyciągnął w zeszłym roku” – mówi Aboulafia. „Żart dotyczy nas. Jeśli chodzi o miliard, uwaga, spoiler – to nie wystarczy.

Duggleby rozszerzają metaforę „W domu na obiad” na skupienie się firmy Venus Aerospace na równowadze między życiem zawodowym a prywatnym, której, jak twierdzą, brakuje większości firm z branży lotniczej. Nie jest jasne, jak to się ma do projektowania, testowania i budowy pełnowymiarowego latającego hipersonicznego samolotu pasażerskiego do 2030 roku. Twierdzą, że wytrwałe unikanie rzeczy, które opóźniają harmonogram projektu – źle ukierunkowanej pracy, przeróbek, nadmiernych komplikacji – pomoże.

Naciskany dalej Andrew twierdzi, że cel na rok 2030 to tak naprawdę harmonogram „nie wcześniejszy niż”. Sassie twierdzi, że należy do tego dążyć i że „dotarcie do produktu tak szybko, jak to możliwe”, może zająć dodatkowe pięć lat.

„Nie rezygnujemy z naszej misji jako firmy” – potwierdza. Transport hipersoniczny jest „bez wątpienia powodem, dla którego dwa lata temu zdecydowaliśmy się założyć firmę. Możliwości rynkowe są niesamowite.”

Kiedy firma LensCrafters rozpoczęła działalność na początku lat 1980., powiązała swój slogan z celem możliwym do osiągnięcia pod względem komercyjnym i technologicznym. W obecnej sytuacji w 2022 r. wydaje się, że potrzeba specjalnych okularów, aby zobaczyć, czy Venus Aerospace zrobiła to samo.