Planul îndrăzneț al companiei Hermeus de a construi un avion de pasageri capabil să călătorească cu viteza Mach 5 este puțin probabil, dar a obținut sprijinul Pentagonului.
La începutul toamnei, un schelet curbat de aluminiu, cu o lungime de 12 metri, aștepta în imensa fabrică Hermeus din Atlanta. Era prototipul unei drone și purta numele Quarterhorse. Nu va zbura niciodată. În schimb, testele la sol vor începe în luna septembrie. Directorul executiv al Hermeus, AJ Piplica, și cofondatorii săi cred că este doar primul pas din călătoria către un obiectiv îndrăzneț: construcția unui avion capabil să transporte 20 de pasageri cu o viteză hipersonică – de cinci ori mai rapid decât sunetul, adică mai mult de 6.000 de kilometri pe oră.
Imaginați-vă că durata unui zbor de la New York la Paris va fi de 90 de minute, un progres considerabil față de cele șapte ore și jumătate, cât durează un zbor comercial în prezent.
Au trecut 20 de ani de la ultimul zbor al Concorde, un revoluționar avion supersonic de linie, dar care a pierdut foarte mulți bani. Până în prezent, niciunul dintre cei care au încercat să readucă la viață călătoriile supersonice nu a decolat. Piplica recunoaște că Hermeus își asumă provocări tehnice și mai dificile prin construcția unui avion de linie care să poată zbura pentru perioade lungi de timp în căldura intensă și în dinamica ciudată creată pe măsură ce este depășită viteza sunetului. Dar el spune că nu aceasta este cea mai mare problemă. „Provocările de afaceri sunt, de fapt, cele cu adevărat dificile”, spune Piplica, în vârstă de 35 de ani. „Nu vei strânge miliarde de dolari pentru a dezvolta un avion de pasageri.”
Soluția lui Piplica: să dovedească validitatea tehnologiei în mare parte pe banii Pentagonului, dezvoltând drone hipersonice mai mici, profitând de urgența administrației de la Washington de a ajunge din urmă Rusia și China în ceea ce privește rachetele hipersonice manevrabile.
Quarterhorse este destinat să servească drept „banc de testare reutilizabil” pentru a supune materialele și echipamentele la condiții de mare viteză. Hermeus a câștigat un contract de 30 de milioane de dolari de la Forțele Aeriene ale SUA, care va fi folosit pentru construcția și zborul a trei versiuni ale aeronavei. Primul zbor este programat pentru 2024, iar Piplica spune că se așteaptă ca întregul cost de dezvoltare să fie sub 100 de milioane de dolari.
O a doua dronă mai mare, Darkhorse, pe care Hermeus speră să înceapă testele de zbor în 2026, este, de asemenea, planificată pentru a fi folosită ca vehicul de testare, precum și pentru supraveghere și atacuri cu rază lungă de acțiune.
Dacă totul va funcționa cu succes, până când Hermeus va ajunge să construiască Halcyon, planificatul său avion de pasageri, Piplica spune că vor fi construit succesiv între șase și zece prototipuri de Quarterhorse și Darkhorse și vor fi găsit soluții la multe dintre necunoscutele tehnice ale zborului de mare viteză. La urma urmei, spune Piplica, oamenii au doar aproximativ 30 de minute de experiență la peste Mach 4 cu așa-numitele avioane cu respirație pneumatică, care folosesc oxigenul din jurul lor pentru arderea combustibilului în loc să-l transporte la bord, așa cum fac rachetele, lăsând mai puțin spațiu pentru încărcătura utilă, cum ar fi pasagerii. Când toate testele vor fi finalizate, Piplica se așteaptă să aibă o flotă de drone hipersonice care să obțină venituri solide, îndeplinind misiuni ale Departamentului Apărării.
În acel moment, spune el, Hermeus „va fi construit o fundație financiară suficient de puternică pentru a investi efectiv în realizarea tranziției către Halcyon fără o sumă ridicolă de capital privat”. Pe baza acestui plan de afaceri, Hermeus a strâns 119 milioane de dolari, cu o rundă B finalizată în martie 2022 la o evaluare de 400 de milioane de dolari. Obiectivele ambițioase ale companiei i-au adus un loc pe lista din acest an a Forbes Next Billion-Dollar Startups, care cuprinde 25 de companii susținute de fondurile de capital de risc despre care credem că au cele mai mari șanse să ajungă la o evaluare de cel puțin un miliard de dolari.
Obiectivul Hermeus de a avea avioane de linie funcționale la mijlocul anilor 2030 este o sarcină incredibil de dificilă, spun experții consultați de Forbes. Provocarea nu este de a atinge viteze hipersonice – rachetele și vehiculele spațiale fac acest lucru în mod regulat. Dificultatea constă în a construi ceva care să poată susține aceste viteze și tensiuni și să fie reutilizabil, spune Luca Maddalena, cercetător în domeniul zborului hipersonic la Universitatea din Texas, Arlington.
Frecarea cu aerul creează progresiv mai multă căldură pe măsură ce o aeronavă accelerează. Pentru a se adapta, avionul de spionaj SR-71 Blackbird, care a stabilit recordul pentru cel mai rapid avion cu echipaj uman care „respiră în aer” la Mach 3,3 în 1976, avea secțiuni de aripă din aluminiu care erau ondulate pentru a le permite să se extindă pe măsură ce se încălzeau. Acesta a avut scurgeri de combustibil pe pistă, deoarece rezervoarele se etanșau doar atunci când metalul se umfla în zbor.
O aeronavă devine supersonică atunci când depășește viteza sunetului, sau Mach 1, dar nu există o viteză specifică la care începe teritoriul hipersonic. Acesta este definit de dinamica sa specifică. Pe măsură ce viteza crește peste Mach 5, căldura începe să provoace reacții chimice în aerul din jurul vehiculului. Oxigenul și azotul se despart în atomi individuali și pot reacționa cu scheletul de metal al aeronavei. Aeronava nu mai zboară în aerul care o înconjoară pe pistă. „Este o supă de gaze diferite”, spune Maddalena, „și cel mai probabil este diferită în fiecare punct al vehiculului” din cauza variațiilor de temperatură și presiune. La viteze mai mari, o parte din gaz se poate transforma în plasmă. Anticiparea performanțelor unui avion necesită combinarea chimiei și a mecanicii cuantice cu aerodinamica. Oamenii de știință mai au încă mult de lucru.
O cerință esențială pentru a face viabil un avion de pasageri hipersonic va fi durabilitatea acestuia. „Nu poate veni pe piață cu o durată de viață la jumătate față de cea pe care o are un vehicul subsonic în prezent”, spune Mary Jo Long-Davis, șefa Proiectului de tehnologie hipersonică al NASA. „Nu va avea sens din punct de vedere al modelului de afaceri.”
Piplica recunoaște că nu există nicio modalitate de a prezice o durată de viață sau un program de întreținere pentru Halcyon. „Datele nu există”, spune el. Hermeus își propune să obțină informațiile prin intermediul Quarterhorse și Darkhorse, și ar putea avea o șansă datorită zelului din prezent al guvernului american de a dezvolta arme hipersonice.
Congresul a acordat Pentagonului 5,8 miliarde de dolari în anul fiscal 2023 pentru aproximativ 70 de programe hipersonice, față de mai puțin de o jumătate de miliard de dolari în 2016. Dar progresele au fost lente, în parte din cauza numărului insuficient de tuneluri de vânt capabile să simuleze condițiile hipersonice și a ritmului lent al testelor de zbor. Multe programe reușesc doar câteva teste de zbor pe an.
Acesta este unul dintre motivele pentru care Hermeus ar putea fi pe drumul cel bun dacă își propune să construiască mai întâi drone care pot fi folosite pentru a testa componentele în zbor.
Alții urmăresc, de asemenea, această oportunitate. Stratolaunch, finanțată anterior de regretatul miliardar Paul Allen, de la Microsoft, dezvoltă un vehicul de testare hipersonic autonom, propulsat de o rachetă, care va fi lansat din avionul său Roc, cel mai mare de acest fel din lume. În primăvara acestui an, Unitatea pentru Inovații în Domeniul Apărării a acordat contracte companiei australiene Hypersonix și laboratorului californian Fenix Space & Rocket Lab pentru dezvoltarea de bancuri de testare hipersonice.
Piplica și cofondatorii săi – CTO Glenn Case, COO Skyler Shuford și Chief Product Officer Mike Smayda – au toți experiență în industria spațială și au lucrat împreună la Generation Orbit, care dezvolta o rachetă lansată din aer pentru testarea zborurilor hipersonice. Ei cred că pot menține costurile la un nivel scăzut imitând start-upurile spațiale în construirea unei serii de aeronave care să rezolve progresiv problemele legate de zborul hipersonic.
De exemplu, Quarterhorse va zbura la peste Mach 3 doar câteva minute, astfel încât Hermeus nu va trebui să rezolve problemele de gestionare a căldurii unei drone hipersonice cu zbor mai lung, ca să nu mai vorbim de cele necesare pentru a menține pasagerii în viață. Quarterhorse va testa sistemul de propulsie cu aer respirat, care este conceput pentru a fi relativ accesibil.
Atât Quarterhorse, cât și Darkhorse vor fi propulsate de la decolare de un motor de avion de vânătoare din gama actuală, care va propulsa aeronava până aproape de Mach 3, suficient de rapid pentru a aprinde un „ramjet”, care nu are părți mobile și depinde de mișcarea înainte a aeronavei pentru a comprima aerul necesar pentru a arde eficient combustibilul. Ramjeturile sunt în dezvoltare de zeci de ani și reprezintă o tehnologie relativ matură, spune Piplica.
Anul trecut, compania a demonstrat că sistemul de propulsie, numit Chimera, ar putea face tranziția la un ramjet într-un tunel de vânt de mare viteză.
Darkhorse este planificat să fie cu aproximativ 50% mai lung decât Quarterhorse și capabil de o autonomie la Mach 5 de peste 1.000 de mile. În condițiile în care progresele în domeniul radarului amenință să anuleze proprietățile „stealth” ale avioanelor americane, precum avionul de luptă F-35, Piplica susține că viteza lui Darkhorse va oferi Forțelor Aeriene capacitatea de a continua să opereze în spațiul aerian al unor adversari precum China, care dispun de sisteme de apărare aeriană avansate.
Alte start-upuri de avioane hipersonice de pasageri își propun să meargă și mai repede decât Hermeus, cu o tehnologie mai exotică. Venus Aerospace, cu sediul în Houston, lucrează la perfecționarea unui motor de rachetă cu care intenționează să propulseze un avion de 12 pasageri care poate zbura cu Mach 9 la marginea spațiului. Investitorii, inclusiv divizia de capital de risc a Airbus, i-au oferit 48 de milioane de dolari, potrivit PitchBook.
Start-upul elvețian Destinus are în plan un avion alimentat cu hidrogen proiectat să zboare la Mach 15. Acesta are o finanțare de 39 de milioane de dolari, potrivit PitchBook.
Cu cât numărul Mach este mai mare, cu atât mai multe materiale exotice sunt necesare – și cu atât mai mari sunt costurile de întreținere, spune Long-Davis de la NASA. De asemenea, odată cu viteza cresc și costurile combustibilului și, probabil, prețul biletelor, potrivit unui număr de studii pe care NASA le-a finanțat în ultimii patru ani cu privire la economia transportului aerian de mare viteză. Studiile se bazează foarte mult pe presupuneri, dar ele sugerează că cel mai mare potențial de piață este pentru aeronavele care se deplasează în intervalul relativ liniștit de la Mach 2 la Mach 3, cu 20 până la 30 de pasageri.
Conform unui studiu realizat de SpaceWorks, un avion Mach 5 cu 20 de pasageri, cu o autonomie de 5.000 de kilometri, ar putea avea un preț al biletului de peste 10.000 de dolari.
Piplica spune că intervalul de viteză pentru care Chimera va fi optimizat – Mach 3 până la 5 – oferă flexibilitate companiei Hermeus. Chiar dacă Mach 1 până la 2 are mai mult potențial pentru serviciul de pasageri, Piplica susține că start-upurile de avioane supersonice se confruntă cu dezavantajul de a fi mai puțin atractive pentru armată și de a nu avea perspective de a vinde produse intermediare pentru a-și finanța drumul spre obiectivul final, așa cum speră să facă Hermeus cu anticipatele sale drone.
Dar Pentagonul este renumit pentru că experimentează cu noi tehnologii și apoi își schimbă direcția. După creșterea abruptă a cheltuielilor pentru dezvoltarea armelor hipersonice în Aministrația Trump, criticii se întreabă dacă acestea vor merita. Acestea ar putea fi cu o treime mai scumpe decât rachetele balistice cu aceeași rază de acțiune, a concluzionat Biroul de buget al Congresului într-un raport din ianuarie.
Se dovedește a fi destul de greu să construiești un vehicul hipersonic manevrabil, așa că a vorbi despre transportul hipersonic în acest moment este o „poveste de Ray Bradbury”, spune Richard Aboulafia de la AeroDynamic Advisory, referindu-se la cunoscutul autor de literatură science-fiction. „Ideea că un mic start-up ar putea influența decisiv un drum care durează deja de un secol este puțin ciudată.”
Maddalena spune că este bine că start-upuri precum Hermeus atrag atenția și capitalul cu proiecte de aeronave interesante, dar departe de lumina reflectoarelor, alte companii și cadre universitare lucrează în liniște la componente de bază care vor permite zborul hipersonic.§