I kapka deště může zničit hypersonickou raketu. Američané kvůli tomu vyvíjejí speciální zařízení.
Když se letoun pohybuje rychlostí více než pětinásobku rychlosti zvuku, tedy přes 6 125 km/h, může se i tak běžná věc, jako je kapka deště, změnit v nebezpečný projektil schopný vážně poškodit jeho povrch. Hypersonické zbraně, které jsou navrhovány tak, aby je protivník prakticky nedokázal zachytit, mají v atmosférické vodě jednoho ze svých nejméně očekávaných nepřátel.
Nedostatek testovacích zařízení brzdí vývoj
Odborníci z amerického obranného sektoru varují, že nedostatečná kapacita testovacích zařízení způsobuje několikaletá zpoždění ve vývoji hypersonických zbraní. Zakladatelka a generální ředitelka společnosti Auriga Space Winnie Lai označila tento problém za jednu z hlavních překážek, které se její firma snaží odstranit. Odhalit případné nedostatky už při pozemních zkouškách, ještě před mnohem nákladnějšími letovými testy, je totiž zásadní pro urychlení vývoje i snížení nákladů.
Společnost Auriga Space, založená v Kalifornii v roce 2023, vznikla s ambicí vynášet satelity na oběžnou dráhu pomocí počátečního elektromagnetického impulsu, který by nahradil první stupeň běžné rakety. V testování hypersonických technologií však firma rozpoznala příležitost, jak získat první příjmy a financovat svůj dlouhodobý vesmírný projekt.
Související článek
Proč může kapka vody poškodit raketu
Síla nárazu mezi tělesem a kapkou vody roste s jejich vzájemnou rychlostí. Jak Winnie Lai vysvětlila v rozhovoru pro Defence Blog, opakované nárazy mohou způsobovat erozi povrchu, vznik prasklin v materiálech i odlupování jednotlivých vrstev ochranných povlaků.
Situaci navíc komplikuje ještě jeden fyzikální jev. Každý objekt pohybující se nadzvukovou rychlostí vytváří před sebou rázovou vlnu, tedy náhlou změnu tlaku a hustoty vzduchu, při níž dochází ke stlačování molekul v jeho okolí. Podle Lai tato vlna deformuje kapky vody ještě předtím, než narazí do povrchu rakety.
Jednou z věcí, které jsme pozorovali, je to, že rázová vlna předcházející objektu deformuje kapky vody ještě před nárazem,
uvedla šéfka společnosti. Změna jejich tvaru následně ovlivňuje i průběh samotného nárazu a rozsah vzniklého poškození.
Záleží také na tom, do které části střely kapky dopadají. Přední hrany mohou být zasaženy jiným způsobem než ostatní části konstrukce a důležitou roli hraje i geometrie jednotlivých součástí. Opakované nárazy navíc postupně kumulují poškození, jehož přesné napodobení v laboratorních podmínkách není vůbec jednoduché.
Prometheus simuluje nárazy v laboratoři
Hlavním nástrojem společnosti Auriga Space je zařízení nazvané Prometheus. Jde o urychlovač, který pomocí lineárního elektromotoru pohání testované součásti na magnetické levitaci uzavřenou trubicí o průměru přibližně deseti centimetrů. Díky magnetické levitaci odpadá mechanické tření. Uvnitř trubice lze navíc regulovat atmosférický tlak, simulovat různé letové podmínky a do přesně určených míst dráhy vnášet skutečné kapky vody nebo drobné částice.
Tento postup představuje výrazné zlepšení oproti některým tradičním laboratorním metodám, při nichž se k simulaci deště používají malé nylonové kuličky. Ty sice dokážou částečně napodobit náraz, na rozdíl od skutečných kapek vody se však nedeformují ani nerozpadají. Výsledky tak nemusí přesně odpovídat tomu, co se děje při skutečném letu.
Výhodou systému Prometheus není pouze přesnost. Inženýři mohou po každém testu vzorky vyjmout, prozkoumat vzniklé poškození a následně je podrobit dalším zkouškám. Díky tomu lze sledovat, jak se jednotlivé defekty postupně hromadí. Zařízení navíc funguje výhradně na elektřinu, takže je možné jej připravit k dalšímu testu během několika minut. Během jediného dne tak lze provést podstatně více zkoušek.
Prometheus už dosáhl nadzvukových rychlostí, přesnou hodnotu však společnost Auriga Space nezveřejnila. Jejím dalším cílem je dostat zařízení až do hypersonického rychlostního rozsahu.
Americké zakázky a první komerční zákazníci
Společnost Auriga Space potvrzuje, že má uzavřené smlouvy s americkým letectvem a Agenturou pro protiraketovou obranu. V červenci navíc udělala další krok a nabídla své testovací služby využívající kapky vody a částice také komerčním zákazníkům. Prvním, kdo si je objednal, byla společnost Axiom Materials.
Součástí plánované expanze je také zařízení Thor, tedy podstatně větší urychlovač navržený jako venkovní testovací systém s trubicí o průměru 2,44 metru. Umožnil by zkoumat nejen jednotlivé materiály, ale také celé subsystémy a dokonce kompletní systémy. Thor se však zatím nachází v počáteční fázi vývoje. Společnost musí ještě překonat několik důležitých milníků, mezi které patří výběr vhodného umístění a ověření funkčnosti jeho vysoce výkonných komponentů.
Auriga Space chce díky těmto zařízením výrazně zkrátit čekací lhůty, které dnes zpomalují americké hypersonické programy. Zároveň nabízí rychlejší a ekonomičtější způsob testování a zdokonalování materiálů, jež musí odolávat jednomu z nejnáročnějších prostředí moderního inženýrství: letu rychlostí tisíců kilometrů za hodinu za deště.