Hipersonik uçak rekabeti kızışıyor
Reaction Engines adlı havacılık şirketi mevcut jet motorlarını eritecek baş döndürücü hızlarla çalışabilen motorlar geliştiriyor. Firma, ses hızının beş katı olan hipersonik hıza yani saatte yaklaşık 6,400 km hıza veya 5 Mach’a ulaşmak istiyor. (Mach sayısı, hareket halindeki bir kütlenin hızının, kütlenin bulunduğu şartlardaki ses hızına oranıdır. Örneğin, deniz seviyesinde, 1 atm basınçta ve 15 derece hava sıcaklığında 1 Mach = 1226,5 km/saat (340 metre/saniye) olarak belirtilir.)
Hipersonik uçuşlarla ilgili çoğu araştırma Sivil Havacılık için değil. Bu araştırmaların son yıllardaki sebebi genellikle askeri teknoloji kaynaklı. Washington'da Carnegie Uluslararası Barış Vakfı için çalışan İngiliz bir fizikçi James Acton, ABD, Çin ve Rusya'nın hipersonik silahlar konusundaki çalışmalarını incelerken, çok sayıda hipersonik sistemle karşılaştığını ifade ediyor. 5 Mach çevresinde oluşturulan aşırı ısıya ve bir dizi başka teknolojiye sahip özel malzemeler, Dünya atmosferinde hipersonik uçuşu mümkün kılıyor.
Pilotlu hipersonik uçuş deneyleri, 1960'larda ABD'de geliştirilen X-15 roket uçağına kadar uzanıyor. Kıtalararası Balistik Füzeler (ICBM'ler) de atmosfere çok yüksek hipersonik hızlarla yeniden giriyor. Şimdi ise birbirine rakip güçler uzay boşluğunun soğutma özelliklerini kullanmaya gerek kalmadan atmosferde kalabilen ve bir şehri hedefleyen statik bir füzenin aksine kendi kendine hareket edip, hedefe doğru manevra yapabilen silahlar geliştirmeye çalışıyor. Rusya, ABD ve Çin tarafından yapılan askeri harcamalar hipersonik teknolojisine yön veriyor. ABD ordusunda hipsersonik araştırmalar biriminin müdür yardımcısı Mike White, yakın zaman önce yaptığı bir basın açıklamasında, bu alandaki gelişmelerin güçlü rakiplerinin hakimiyetlerine meydan okuma girişimleriyle gerçekleştiğini söyledi.
Hatasızlık ise hipersonik füzeler için en büyük zorluk
“Taşıyıcı katiller” olarak adlandırılan hipersonik füzelerin bulundurulması, ABD uçak gemilerini Pasifik’in ortasında Çin kıyılarından uzakta kalmaya zorlayabilir. Ancak 30 deniz mili veya daha fazla hızla (saatte 56 km) seyreden nükleer enerjili bir uçak gemisini vurmak 5 Mach için ulaşılması zor ince ayarlar gerektirir. Bir füzenin dış katmanı etrafında oluşan ısı, bir plazma kılıfı veya hipersonik hızlarda gaz halinde bir madde oluşturuyor. Bu, iletişim uyduları gibi harici kaynaklardan alınan sinyalleri engelleyebiliyor. Ve ayrıca hareket eden bir nesneyi bulmaya yarayan dahili hedefleme sistemlerini de kör edebiliyor. Plazma yalnızca en yüksek sıcaklığın bulunduğu yerde oluşuyor.
Konik şekilli bir füze, tek tip bir plazma kaplamasına sahip olabiliyor. Bu plazma ekranını ancak oka benzeyen kanatlı füzeler, en hassas antenlere sahip yüzeylerden uzaklaştırabilir.
Hipersonik uçuş yeterince zor değilmiş gibi, kimyasal ayrışma da sorunlar arasında
Aşırı hızlarda ve sıcaklıklarda, oksijen molekülleri parçalanarak atomlarına ayrılıyor. Bu da, hava soluyan herhangi bir motorun dayanağı olan kimyasal modele uygun değil.
2010 yılında ABD, köpekbalığı çenesine benzeyen, insansız bir uçağı Pasifik Okyanusu boyunca hipersonik hızlarda beş dakika boyunca uçurdu. Amaç, hızdan daha fazlasıydı. Beş dakika kulağa uzun bir uçuş süresi gibi gelmeyebilir Ancak hipersonik engelleri aşmak açısından bir zaferdi.
X-51A adındaki bu hız makinesi, yüksekten uçan bir B-52 bombardıman uçağından atıldı. Ana motoru devreye girmeden önce 4,5 Mach’e ulaşmak için bir roket güçlendirici kullandı. Scramjet olarak bilinen bu motor, hipersonik hızlara ulaşmak için hava akımını jet yakıtı ile sivri bir hava girişine doğru birleştirdi. Bu, hava girişinde oluşan 1000 derecelik sıcaklıkla da başa çıkmak anlamına geliyordu. Sonunda dört X-51A 2010 ile 2013 arasında Pasifik üzerinde tek yönlü bir yolculuğa çıktı.
Aerojet Rocketdyne, X-51A üzerine çalışan California merkezli bir uzay ve roket motoru üreticisi. Bu firmada çalışan personel, gizlilik politikası gereği çalışmaya başlamadan önce projenin bitiminden yedi yıl sonrasına kadar dışarıya bilgi sızdırılmaması konusunda bilgilendirilmesine rağmen, isminin yayılanmaması koşuluyla konuşmayı kabul etmişti. Firmadaki bu hipersonik uzmanı X-51A hakkında şunları söylemişti: “Makinenin en sıcak kısmı, şok dalgalarının oluştuğu ön tarafta. Yani malzemelere yapılan yatırımın büyük çoğunluğu oraya gidiyor.”
Reaction Engines ise aero-motorunun aşırı derecede ısıtılmış hipersonik havayı herhangi bir aksama olmadan emmesini sağlayan bir sürecin varlığını ispat etti. Sabre adı verilen motor, “ön soğutucu” denilen bir aksamı içeriyor. Bu, motorun şiddetli sıcak hipersonik havayla karşılaşan ilk kısmı. Bundaki zorluk ise, itme kuvveti oluşturmak için ön soğutucuyu yakıtla karıştırmak.
Sabre motoru, Ekim 2019’da Colorado’daki bir bölgede yoğun bir teste tabi tutuldu. Reaction Engines, bu testler esnasında hipersonik hava hızlarını kopyalamanın bir yolunu bulmak zorunda kaldı. Firma süpersonik bir motor aldı. Bu motoru Sabre motoruna bağladı ve arkasından çıkan havayı Sabre motorunun girişine yönlendirdi. Sabre ön soğutucusu, soğutma sıvısını sisteme yüksek basınçta bağlayarak ve Sabre’nin bu havayı yakıtla karıştırmasına izin vererek görevini tamamladı. Ancak burada gerekli olan malzemeler elbette ki basit malzemeler değildi. Uzay mekiğinin atmosfere giriş sırasında kendisini koruması ablatif olarak bilinen kompozit malzemelerden oluşan seramik karolara dayanır. Ablatiflere alternatif bir yaklaşım olarak, lav akışıyla aynı yoğunlukta ısıtılan hava akışıyla baş edebilen Inconel adlı bir nikel alaşımı kullanılır.
Reactiopn Engines, Inconel alaşım yöntemine başvurdu ve ısıyı kesmek için soğutma kanalları çalıştırmayı denedi. Bu deneme işe yararsa, hipersonik bir uçuşta yolculuğu 15 yıl içinde gerçek olabilir. VIP hipersonik seyahat potansiyeli, başkanlık jetleri ile ilgilenen ABD Hava Kuvvetleri birimi tarafından tespit edildi.
Hava Kuvvetleri, Atlanta merkezli hipersonik girişimi Hermeus’u, 20 yolcuya kadar kapasitesi olan 5 Mach taşıma tasarımını değerlendirmek için görevlendirdi. Hedef, 2030’lara kadar yüksek hızlı bir yolcu taşımacılığı geliştirebilmek ve 5 Mach’a çıkmak.