Podejście Departamentu Innowacji Obronnych „Prywatne pieniądze” ma na celu szybką produkcję naddźwiękowych samolotów testowych wielokrotnego użytku

Niesamowita prędkość w niesamowitych temperaturach to nie jedyna rzecz, która utrudnia badania nad hipersonią. Zbyt mała infrastruktura testowa, od tuneli aerodynamicznych po rzeczywiste samoloty do testów w locie, ogranicza badania. Jednostka ds. Innowacji Obronnych obstawia pomysły sektora prywatnego, a kapitał sektora prywatnego może przyspieszyć działanie.

Połączenia Jednostka ds. Innowacji Obronnych (DIU) jest zasadniczo wewnętrznym akceleratorem wdrażania technologii komercyjnych Pentagonu. Zatrudniona przez mieszankę aktywnych ekspertów z sektora wojskowego i technologicznego, stara się uzyskać komercyjne rozwiązania, skalowane i stosowane do problemów DoD.

Portfolio technologii cybernetycznych, autonomicznych i kosmicznych, które DIU udało się przenieść do wojska, jest dowodem pewnego sukcesu. Zbudowane na obietnicy przyszłych zysków przez nietradycyjne firmy prywatne, rozwiązania te pojawiają się i rozwijają poza kręgami obronnymi z alternatywnym rozwiązywaniem problemów i tempem, któremu rząd nie może dorównać. Właśnie to DIU ma nadzieję wykorzystać, aby przyspieszyć wdrażanie wojskowych urządzeń hipersonicznych.

„Wiemy, że prywatne pieniądze są wykorzystywane do budowy [komercyjnych] hipersonicznych transportów pasażerskich i towarowych”, mówi Barry Kirkendall, dyrektor techniczny DIU ds. kosmosu. „Pięć czy dziesięć lat temu tak nie było, ale tak jest teraz. Chcemy wykorzystać te prywatne inwestycje, te firmy dla Departamentu Obrony”.

W związku z tym DIU uruchomiło inicjatywę o nazwie HyCAT (Hypersonic and High-Cadence Airborne Testing Capabilities). Poszukuje partnerów handlowych, aby zademonstrować prototypowy samolot testowy, który może latać i manewrować z prędkością większą niż 5 Macha, przenosić dwa eksperymentalne ładunki, wykonywać loty o „długiej wytrzymałości” i rejestrować dane o osiągach podczas lotu. Potencjalni wykonawcy musieliby latać w ciągu 12 do 24 miesięcy.

Według standardów badań naddźwiękowych jest to krótkie okno. Ale biorąc pod uwagę zapotrzebowanie na testy naddźwiękowe i zaległości, przed którymi stoi Ameryka, tak musi być.

„Badania nad naddźwiękami początkowo wykorzystywały infrastrukturę rakietową [USA], poligony doświadczalne, fabryki i projektantów” – zauważa Kirkendall. „Praca nad rakietami nigdy nie zwalniała tempa. To, co się zmieniło, to wzrost tempa [badań] iw rezultacie nasza infrastruktura nie mogła sobie z tym poradzić. Dlatego opieramy się na tunelach aerodynamicznych i poligonach testowych, które nie są dostępne. Nie stać nas na budowę nowej infrastruktury i nowych asortymentów, więc szukamy innego rozwiązania”.

Krajowa infrastruktura testowa również się starzeje. A raport wydane w zeszłym roku przez Rządowe Biuro Rachunkowe wskazało, że 14 z 26 tuneli aerodynamicznych Departamentu Obrony, NASA i Departamentu Energii, zdolnych do wspierania badań naddźwiękowych, zostało zbudowanych w latach 1970. XX wieku. Nowe obiekty tuneli aerodynamicznych sektora prywatnego są w trakcie budowy w Purdue University i gdzie indziej, ale ich koszt jest wysoki, a ukończenie trwa lata.

Co więcej, naziemne i laboratoryjne obiekty testowe nie są w stanie dostarczyć takich informacji, jakie mogą uzyskać rzeczywiste latające pojazdy naddźwiękowe z ładunkami specjalnie skonstruowanymi. Przejazdy w hipersonicznych tunelach aerodynamicznych są krótkie, najdłuższe trwają tylko kilka sekund. Czujniki i oprzyrządowanie, które można umieścić w tunelach lub na przedmiotach testowych, są ograniczone, co generalnie pozwala na „migawki” danych, a nie dłuższe przepływy informacji.

Niewielkie testy w locie z pociskami i garstką pojazdów naddźwiękowych są podobnie ograniczone przez czujniki, telemetrię i wyzwania dotyczące zasięgu. Tylko kilka naddźwiękowych pojazdów latających nadaje się do wielokrotnego użytku z długimi przerwami między lotami. Większość pluska się w oceanie, gdzie powrót do zdrowia jest trudny lub niemożliwy.

Przed dołączeniem do DIU Kirkendall kierował programem efektów broni jądrowej w Lawrence Livermore National Laboratory. Porównuje oczywistą niezdolność do testowania i oprzyrządowania urządzeń do wybuchu jądrowego z wyzwaniem hipersonicznym i przypomina nam, że eksperymenty w warunkach laboratoryjnych lub symulowanym locie nie zawsze „skalują się” dokładnie.

„Brakuje kroku pośredniego. Potrzebujemy tuneli aerodynamicznych, są krytyczne. Potrzebujemy pełnego lotu testowego wierności broni. Ale pośrodku jest cała luka; technologie specyficzne dla testów, które nie są w pełni zintegrowane, co może zmniejszyć ryzyko. Właśnie to próbujemy rozwiązać”.

Prośba o informacje (RFI) firmy DIU HyCAT wezwała do określenia „możliwości zainteresowania”, w tym:

• Minimalny lot trzyminutowy w odpowiednim naddźwiękowym środowisku testowym w niemal stałych warunkach lotu, o ciśnieniu dynamicznym co najmniej 1,000 funtów na stopę kwadratową.
• Może być certyfikowany do wykonywania lotów na poligonach USA lub sojuszniczych w locie zgodnie z obowiązującymi przepisami bezpieczeństwa w locie.
• Całkowita eksperymentalna ładowność co najmniej 20 funtów z miejscem na energię elektryczną ładunku.

Istnieje wiele firm z sektora prywatnego, których celem jest opracowanie hipersonicznych komercyjnych samolotów pasażerskich i towarowych w niejasnej przyszłości. Być może najbardziej znanym jest Hermeus, firma z siedzibą w Atlancie, którą omawiałem poprzednio który już wykorzystał fundusze US Air Force AFWERX na opracowanie ćwierćdolarowego, naddźwiękowego pojazdu testowego o nazwie „Kwartał” w drodze do budowy naddźwiękowego samolotu pasażerskiego, przypuszczalnie do użytku prezydenckiego.

„Te ćwierć i pół artykuły testowe są czymś, co może pomóc Departamentowi Obrony” – potwierdza Kirkendall. „Nie potrzebujemy w pełni dojrzałego hipersonicznego samolotu pasażerskiego do testowania hipersonicznego”.

Quarterhorse ma przewagę w tym, że znajduje się zarówno na zakręcie rzeczywistego lotu, jak i jest wielokrotnego użytku. Ten ostatni element jest kluczowy, mówi Kirkendall, nie tylko ze względu na koszty. „Ponowne użycie jest kluczem do zwiększenia kadencji testu i zrozumienia, co właśnie wydarzyło się w teście”.

Rozumiejąc „co właśnie się stało” w teście, Kirkendall nawiązuje do pewnego rodzaju kryminalistycznego podejścia do badań naddźwiękowych. Badanie pojazdu do prób w locie i jego ładunku po locie może ominąć niektóre limity gromadzenia danych i telemetrii związane z testami hipersonicznymi.

Warto podkreślić, że DIU nie tylko prosi o prototypowy naddźwiękowy samolot testowy. Poszukuje również lepszych systemów rejestracji i pomiarów lotu, w tym technologii metrologicznych w górnej atmosferze i kosmosu. DIU wprowadziło już pewne możliwości do owczarni, przyznawanie W zeszłym roku firma Raven Aerostar z Aerostar Technical Solutions rozwinęła kontrakt na komunikację i integrację ładunku danych czujników. Kirkendall i inni w DIU również podkreślają pracę z istniejącymi zasobami DoD, takimi jak Global Hawk drony, które Siły Powietrzne ponownie wykorzystują do gromadzenia danych dotyczących zasięgu hipersonicznego.

„Sądzimy, że zobaczymy wiele innowacyjnych podejść do uzyskiwania danych z naddźwiękowego pojazdu testowego, o których nie pomyśleliśmy, czy to w kosmosie, na balonie, czy w czymś innym”, mówi major Ryan Weed (USAF), dyrektor Portfolio kosmiczne DIU. Mamy nadzieję, że te innowacyjne pomysły będą pochodzić również od międzynarodowych firm.

DIU celowo otworzył HyCAT dla firm zagranicznych w celu dalszego przyspieszenia badań. „Chcemy, żeby ci ludzie aplikowali” – potwierdza Kirkendall. Przewiduje prezentacje dla firm z sojuszu „Five Eyes” (Australia, Kanada, Nowa Zelandia, Wielka Brytania i USA) oraz z Niemiec, Francji i Japonii.

Niezależnie od tego, skąd nadejdą odpowiedzi, będą wymagały dokładnej weryfikacji. DIU wykonuje należytą staranność w ramach rutyny, ale rozmyty charakter przemysłu naddźwiękowych samolotów bez obrony – który podobnie jak sektor UAM i naddźwiękowego transportu lotniczego nie wyprodukował jeszcze produktów nadających się do sprzedaży – może wymagać dodatkowego wysiłku.

Kirkendall i Major Reed (pilot testowy USAF) są ekspertami w swoich dziedzinach i podkreślają, że DIU utrzymuje wysokie wymagania dotyczące technicznej oceny wykonalności. „W DIU nie chodzi tylko o techniczną wykonalność”, dodaje Reed. „To także zdrowie firmy [partnera]. Czy ta firma może dostarczyć technologię, którą posiada?”

Biorąc pod uwagę nadmierny przepływ prywatnych pieniędzy do podobnych firm w przestrzeni UAM, potencjalni twórcy samolotów naddźwiękowych mogą rzeczywiście mieć zdrowszy bilans niż potencjał rozwoju produktu. Ale wieloaspektowe podejście DIU do oceny kandydatów HyCAT powinno oddzielić zioło od plew, mówią jego dyrektorzy.

Major Reed zwraca uwagę, że robią to w sposób celowy, aby „nie przeszkadzać firmie w postępie w kierunku jej własnych produktów”. Uważa, że ​​jedynym sposobem, aby HyCAT odniósł sukces, jest skupienie się na rozwiązaniach, dla których obrona nie jest głównym zastosowaniem.

A skoro mowa o aplikacjach, zainteresowani wykonawcy mają czas do piątku na przedstawienie swoich ofert dla HyCAT. Kiedy rozmawiałem z Kirkendallem i Reedem w zeszłym tygodniu, otrzymali tylko kilka propozycji. „Nigdy nie widzisz niczego odwróconego, aż do ostatniej gorzkiej minuty”, zapewnia Kirkendall. DIU oczekuje „kilkudziesięciu” odpowiedzi.

Jeśli przyjdą w liczbach, prywatne pieniądze, które za nimi stoją, mogą przełożyć się na stary dowcip o hipersonii jako „broni przyszłości” przez ostatnie 60 lat.