Bylo by vítězstvím moderní letecké dopravy, kdyby oblohu opět začaly brázdit supersoniky. Ještě žádný z novodobých strojů, o nichž jsme psali v minulém vydání Technického týdeníku, však zatím nevzlétl. Přesto se už začíná hovořit o dopravních hypersonicích. A dodejme, že nejen hovořit. Pomineme-li vojenské hypersonické střely, není rychlost přesahující hodnotu 5 Ma (Mach, tedy alespoň 5× přesahující rychlost zvuku) dosahována ani moderními vojenskými letadly. Přesto už nyní existuje hned několik společností, které se odvážně, nehledě na finance, opět vydaly cestou vývoje hypersonických dopravních letounů, jež budou v některých případech (nejen) „olizovat“ hranice kosmického prostoru. Píšeme-li opět, musíme se nejdříve v čase vrátit do poloviny minulého století. Vlastně ještě dál, do poloviny 30. let.
Nic nového pod sluncem
Tehdy český Němec dr. Eugen Sänger (původem z Prosečnice v Krušných horách) vydal studii o aerokosmickém hypersonickém letounu, jejž už ve 30. letech nabídl pod názvem Silbervogel do služeb třetí říše a který byl v roce 1942 zařazen do nacistického projektu America Bomber zaměřeného na vývoj strategických bombardérů transatlantického doletu. Šlo o globální raketový bombardér, který by za pomoci raketového motoru vystoupal do výšky kolem 145 km, odkud by postupnými odrazy o horní vrstvy atmosféry, jako vržená žabka po hladině rybníka, mohl obkroužit zeměkouli, aniž by k tomu potřeboval dosáhnout první kosmické rychlosti [rychlost, kterou se musí pohybovat těleso v blízkosti povrchu Země, aby se kolem ní pohybovalo po kružnici — pozn. red.]. Pravda, tehdy bylo nad síly nacistických konstruktérů takový letoun zhotovit, podobně jako se později nedařilo ani Sovětskému svazu s jeho kopií, tzv. Keldyš Bomberem. Ovšem myšlenky na odvážně řešené hypersonické letouny s hybridními raketovými motory typu ramjet [nejjednodušší typ reaktivního motoru tvořeného zužující se trubkou, na obou koncích otevřenou — pozn. red.] či scramjet [Supersonic Combustion Ramjet — náporový motor se spalováním v nadzvukovém režimu — pozn. red.], čerpajícími nejprve atmosférický kyslík k okysličení paliva (kapalný vodík) nebyly zapomenuty. A většinou mají něco společného i s vesmírem. Klasickým představitelem takového řešení se v 80. letech staly stroje pojmenované Sänger II a HOTOL (horizontal take-off and landing). V říjnu 1985 totiž obnovila společnost Messerschmitt- -Bölkow-Blöhm (MBB) studii dvoustupňového kosmického kluzáku zvaného Sänger II a už v roce 1986 v Innsbrucku jej předvedla v podobě makety na výstavě pořádané souběžně s Astronautickým kongresem. Sänger II byl ovšem jen dokonalejší modifikací raného projektu nyní zvaného Sänger I, na jehož vývoji pracovala MBB krytá DLR (Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt) už v 60. letech, v rámci západoněmeckého programu Germany’s Hypersonic Technology. V zásadě mělo už tehdy jít o dvoustupňový hypersonický dopravní letoun s horizontálním startem a kapacitou cca 30 cestujících, který by konkuroval anglo-francouzskému nadzvukovému Concordu. Navíc měl i vynášet satelity na nízkou oběžnou dráhu (LEO). Mateřský letoun hnaný ramjet (náporovými) motory měl vynášet orbitální stupeň do výšky 30 km, kde se měl odpojit orbitální kluzák o délce 31 m s rozpětím křídel 12 m. Jeho motory na hypergolické palivo LOX/LH2 umožňovaly dosáhnout oběžné dráhy ve výšce cca 300 km. Projekt však víceméně stagnoval a oficiální podpory se dočkal právě až v polovině roku 1985, kdy se SRN ucházela o vítězství v tendru ESA (European Space Agency) na evropský raketoplán v konkurenci britského projektu HOTOL a francouzského miniraketoplánu Hermes. Tak se během roku zrodil dvoustupňový Sänger II. Startovací hmotnost soulodí činila 750 000 kg. První stupeň letounu tvořil atmosférický hypersonik tvaru delta s rozpětím 41,4 m, o délce 84 m a hmotnosti 254 t s doletem 11 000 km. Ten měl ve výšce cca 37 km udělit druhému stupni Horus rychlost 6,6 Ma. Po spotřebování paliva klesla plánovaná hmotnost na 156 t a letoun se jako kluzák vracel na běžné letiště. Prosadil se ovšem klasicky koncipovaný francouzský Hermes jako zdánlivě nejlevnější a nejjednodušší řešení. Ani k jeho realizaci však nakonec nedošlo. Znovu se ale objevila idea využití II. stupně Sängeru jako hypersonického dopravního letounu s kapacitou 36 cestujících. Jeho prototyp měl být pod názvem X-2000 hotov v roce 2005. Bohužel, ani tento projekt, ve výpočtech a na rýsovacích prknech nadějný, neměl dlouhého trvání, byť se Němcům podařilo do roku 1991 vyvinout jako prvním v Evropě hybridní ramjet v rámci tzv. Germany’s Hypersonic Technology Program.
Nesmrtelný HOTOL
Ani Britové nechtěli zůstat za Němci pozadu. Už kolem roku 1970 koketovali s myšlenkou pilotovaného hypersoniku Hawker Siddeley Waverider, jehož projektantem byl známý konstruktér Peter Stewart. Ambiciózní projekt zvaný Spacecab hodlal vyvinout mateřský hypersonický letoun s ramjet (později scramjet) motory v prvním stupni. Ten by vynášel raketový orbitální letoun o nosnosti cca 4 t v nákladní verzi nebo šestičlennou posádku a jako kluzák by se vracel na klasické pozemské letiště. Na Spacecab navázala Br itish Aerospace od roku 1982 ještě ambicióznějším projektem jednostupňového raketoplánu HOTOL. Vývoj společnostem BAE (British aerospace) a Rolls- -Royce subvencovala britská vláda prostřednictvím UK Space Agency. Podle původního návrhu nebyl HOTOL žádný střízlík. Rozměrově se blížil Boeingu 747 se Space Shuttle na hřbetě. Jeho délka činila 63 m, rozpětí 28 m a trup měl v průměru 7 m. Startovací hmotnost dosahovala 196 t. Pravda, HOTOL nezapadá úplně do kategorie dopravních letounů, podobně jako Sänger II a Hermes, ale každopádně to byl neotřelý návrh bezpilotního kosmického letounu. Startovat měl na poněkud monstrózním odhazovacím podvozku, přistávat jako normální letoun. Jeho hybridní motory Rolls-Royce RB545 měly zhruba do výšky 32 km a dosažení rychlosti 6 Ma podobně jako u Sängeru II pracovat na kapalný vodík, okysličovaný atmosférickým kyslíkem a pak do získání první kosmické rychlosti (7,9 km/s) pracovat čistě na raketový pohon s čerpáním kapalného kyslíku z nádrží. Letoun měl takto dosáhnout oběžné dráhy ve výši cca 300 km. Jednou z podob HOTOLu měl být i bezpilotní mezikontinentální hypersonický dopravní letoun pro 40 osob. V roce 1988 však konzervativní vláda financování HOTOLu zastavila jako neperspektivní. Sänger i HOTOL byly velmi revolučními koncepty, ale některé technologie, které by jejich realizaci umožnily, jsou k dispozici až dnes. Rokem 1991 se ovšem dostáváme k pověstnému „ale“. HOTOL, byť doposud existoval jen ve stadiu technických studií, se pokusil oživit šéf vývojového týmu British Aerospace dr. Robert Parkinson, a začal o projektu vyjednávat s Ruskem. V rámci předpokládané spolupráce měl odlehčený HOTOL 2 dostat ruský raketový motor RD-0120 (palivo: kyslík/vodík), což byl ekvivalent amerického hlavního motoru pro Space Shuttle. Startovací hmotnost letounu klesla na 250 t, délka se zkrátila na 36,5 m a rozpětí křídel na 21 m. Do výšky zhruba 10 km jej měl vynášet modifikovaný speciál An-225 Mrija (zničený loni touto dobou v bojích o ukrajinské letiště Hostomel), původně určený pro převoz raketoplánu Buran. Bohužel, i tento projekt přeci jen předběhl dobu, a byť v pokročilém stadiu, zašel pro nezájem dopravců i potřebných investorů. Zdá se však, že koncepce HOTOL má jako kočka několik životů. Od roku 2009 BAE Systems pracují na obdobném projektu Skylon, do kterého — jak jinak — opět vkládají velké naděje. Hypersonický kluzák je navržen tak, aby vzlétl z robustní betonové dráhy, vystoupal na nízkou oběžnou dráhu Země (LEO), obletěl Zemi a přistál na normálním letišti. Jeho hybridní scramjet motor Sabre má pracovat na kapalný vodík během startu a od 30 km výše na kapalný kyslík/ /vodík až do výstupu na oběžnou dráhu. Je navržen pro 200 letů a má mít kapacitu pro skladování 66 000 kg kapalného vodíku a 150 000 kg kapalného kyslíku. Zdá se, že tento projekt by konečně mohl mít šanci na přežití, když jej mimo jiné sponzoruje ESA a zájem mají i Američané. Problémem je ovšem právě dohotovení a odzkoušení motoru Sabre. Dne 25. září 2017 bylo oznámeno, že americká agentura DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) uzavřela smlouvu se společností Reaction Engines na provedení vysokoteplotního testování proudění vzduchu ve státě Colorado. V dubnu 2018 pak Reaction Engines oznámila, že se do vývoje motoru Sabre připojí jako investoři i Boeing a Rolls-Royce. Skylon měl podle předpokladů vstoupit do služby v letech 2021—2022, zatím ovšem není jasné, jak velký skluz nabral.
Devětkrát rychleji než zvuk
Rychlost 9 Ma je metou hypersonického letadla Stargazer houstonské společnosti Venus Aerospace. Tento bizjet s kapacitou až 12 cestujících má létat ve výšce kolem 52 km, odkud už mohou pasažéři sledovat zakřivení planety. Pro vzlet letadla budou použity konvenční reaktivní motory. Teprve v určité výšce budou aktivovány motory raketové, které by mu měly dodat rychlost až 9 Ma (orientačně tedy v závislosti na podmínkách 11 025 km/h). Pokud dosáhne takových výkonů, mohl by například let z amerického Los Angeles do japonského Tokia zvládnout zhruba za hodinu, zatímco dnešní podzvukové dopravní stoje potřebují na tuto trasu 11 hodin. Podle loňského vyjádření technického ředitele firmy Venus Aerospace Andrewa Dugglebyho jsou první testy Stargazeru naplánovány na rok 2025, později po přibližně pěti letových zkouškách by byl letoun připraven k provozu jako tzv. alternativní letová varianta při rychlostech blízkých 9 Ma. V současné době se konstruktéři zaměřují na tři hlavní oblasti: raketový motor nové generace s nulovými emisemi, inovativní design letadla a špičkový chladicí systém, který umožní letounu Stargazer startovat ze stávajících letišť bez potřeby nové infrastruktury. Venus Aerospace už sice vyvinula a postavila technologický demonstrační motor a provedla klíčové testy uvnitř hypersonických aerodynamických tunelů a laboratoří pohonů v USA, ale podrobnosti o typu ekologicky šetrného paliva, které bude „hltat“, nebyly dosud odhaleny. Hypersonik je stále v raných fázích koncepce, a tudíž ještě nebyly vyřešeny některé problémy týkající se hlučnosti. Nicméně společnost doufá, že letos zahájí testování podzvukových a nadzvukových bezpilotních dronů. „Spolupracovali jsme s NASA v Johnsonově vesmírném středisku a získali jsme přístup k informacím z testování sonického třesku z programu raketoplánů,“ řekl Andrew Duggleby v rozhovoru pro Flying Revue. „Zjistili jsme, že ve výšce 52 km nás při rychlosti 9 Ma nebudete moc slyšet.“ Fyzická maketa Stargazeru už ukazuje skutečné rozměry letadla: délku trupu 46 m s rozpětím 30,5 m. Není ovšem jasné, kdy se objeví skutečný prototyp. Počkejme tedy na rok 2025 a uvidíme. Zatím se vždy v podobných případech ukázaly časové prognózy jako velmi optimistické a nesplnitelné.
Radian One — za hodinu kamkoliv
Orbitální hypersonické letadlo Radian One, ať už s posádkou, nebo jako bezpilotní, má podle společnosti Radian Aerospace změnit cestování nejen zde na Zemi, ale i ve vesmíru. Má za pomoci urychlení na tzv. saních startovat a přistávat vodorovně na běžné přistávací dráze, tedy zhruba podobně jako HOTOL. Jistě, v principu zase nic nového. Ovšem v tomto případě jde o velmi ambiciózní letoun. Má přepravovat lidi a užitečné zatížení na oběžnou dráhu a z oběžné dráhy, ale může posloužit i k dopravě osob či materiálu (až 2 270 kg) na kterékoliv místo na planetě za méně než hodinu. Nový letoun, spíše však kosmoplán, slibuje opakovanou plnou použitelnost a schopnost strávit na oběžné dráze až pět dní. Radian si také klade za cíl možnost opakovaného startu za pouhých 48 hodin po přistání. Společnost neodhalila mnoho dalších podrobností o svém stroji, neznáme zatím ani například jeho velikost, či kolik cestujících bude schopen nést a kdy že začne létat.
Hermeus jako Air Force One
Koncem loňského roku (7. listopadu) provedl turboramjetový motor Hermeus Chimera úspěšný přechod z proudového režimu do režimu ramjet v tzv. simulovaném hypersonickém letu. Podle vyjádření společnosti Hermeus Corporation z Atlanty v Georgii je tento test považován za pozoruhodný z hlediska demonstrace rychlosti a efektivity, s jakou byl motor nazvaný Chimera za 21 měsíců (a s rozpočtem pouhých 18 milionů dolarů) vyvinut. Není bez zajímavosti, že počáteční testy prototypu v letech 2019—20 byly založeny na proudovém motoru TJ290 o tahu 100 lb dodaném českým výrobcem vysokorychlostních turbín PBS z Velké Bíteše. Hypersonik bude létat rychleji než 5 Ma, tedy více než pětinásobkem rychlosti zvuku. Normální proudové motory takových výkonů dosáhnout nemohou, proto bude nutné sáhnout po novém druhu, jako je ramjet nebo scramjet. Ramjety a scramjety však při nízkých rychlostech nefungují. Hypersonické letadlo tedy musí používat buď kombinaci motorů, nebo hybridní motor s různými provozními režimy pro různé rychlosti. Podle Hermeuse bude letadlo používat turbínový motor s kombinovaným cyklem Chimera, který má různé sekce pro zpracování vzduchu při různých rychlostech. Nízkorychlostní část Chimery je založena na proudovém motoru General Electric J85, který se používá v mnoha menších letadlech, včetně stíhačky Northrop F-5 a cvičného letounu T-38 Talon. Jakmile letadlo dosáhne rychlosti 3 Ma, začne pracovat jako ramjet. Konečným cílem společnosti Hermeus je vyvinout komerční hypersonik Halcyon s rychlostí 5 Ma schopný přepravit 20 cestujících z New Yorku do Paříže za 90 minut. A doufá, že s tímto letadlem vzlétne už v roce 2029. Nejprve však bude pracovat na vývoji bezpilotního, opakovaně použitelného hypersonického dronu Quarterhorse pro USAF. Letectvo už do něj investovalo 60 milionů dolarů. Další etapou bude hypersonické dálkově řízené letadlo Darkhorse, určené také pro zákazníky z oblasti obrany a zpravodajství. Letoun bude mít víceúčelovou flexibilitu a bude plně opakovaně použitelný. V prosinci 2022 si Hermeus vybral pro Darkhorse jako pohonnou jednotku dvouproudový motor Pratt & Whitney F100, aby fungoval jako turbínová část motoru Chimera II. Darkhorse představuje velký technologický skok, protože trvalý hypersonický let je schopnost, kterou nemá stroj žádné jiné země na světě. „To, co Hermeus navrhuje, není bez rizika. Uvědomujeme si to,“ konstatuje podplukovník Joshua Burger z prezidentské sekce výkonného ředitelství vzdušných sil letectva, které si vlajkovou loď společnosti Hermeus Corporation, tj. dopravní letadlo Halcyon, vybralo jako budoucnost prezidentského speciálu Air Force One. V srpnu 2020 pro získal Hermeus od letectva Spojených států na vývoj tohoto letadla kontrakt ve výši 1,5 milionu dolarů. Stroj by měl by mít konstrukci z titanové slitiny, kapacitu až 20 pasažérů a dolet asi 7 400 km. Z Paříže do New Yorku by se měl dostat za 90 minut. Létal by ve výšce zhruba 27,4 km, tedy výš než rekordní „rozvědčík“ Lockheed SR-71 Blackbird (25,9 km). Zmíněný prototyp — dron nazvaný Quarterhorse — by měl být zalétán už v roce 2023, tedy letos. /Stanislav Kužel/
