Vytiskli letoun na 3D tiskárně a ten pak letěl pětkrát rychleji než zvuk. Motor nemá jediný pohyblivý díl a spaluje vodík

Třímetrový bezpilotní stroj s vodíkovým scramjetem překonal hranici Mach 5. Celý drak i motor vznikly aditivní výrobou z vysokoteplotních slitin.

Zdroj fotografie: Hypersonix Launch Systems

Australská společnost Hypersonix Launch Systems poslala do vzduchu demonstrátor DART AE, třímetrový, 300kilogramový bezpilotní letoun, jehož nosná konstrukce i motor SPARTAN byly kompletně vytištěny na 3D tiskárně z kovových slitin odolných extrémním teplotám. Stroj nevzlétl z ranveje. Do hypersonického režimu ho vynesla suborbitální raketa HASTE společnosti Rocket Lab z americké Virginie a teprve v dostatečné rychlosti a výšce se rozběhl scramjet, motor, který ke svému fungování nepotřebuje jedinou rotující součástku. Žádný kompresor, žádnou turbínu, žádné lopatky. Vzduch stlačí pouze rychlost letu a tvar vstupního kanálu, do nadzvukového proudu se vstříkne palivo a výsledný tah žene stroj vpřed. Americká Defence Innovation Unit potvrdila, že DART AE dosáhl trvalé rychlosti přes Mach 5, tedy více než 6 100 km/h.

Scramjet bez jediného pohyblivého dílu

Běžný proudový motor, který znáte z dopravních letadel, nasává vzduch rotujícím kompresorem, stlačí ho, smíchá s palivem a výsledné spaliny roztáčejí turbínu. Scramjet funguje radikálně jinak. Celý princip spočívá v tom, že letoun se už pohybuje nadzvukovou rychlostí a právě tato rychlost v kombinaci s geometrií vstupu stlačí přicházející vzduch natolik, že žádná mechanická součástka není potřeba. Proudění přitom zůstává v celé spalovací komoře nadzvukové, což je klíčový rozdíl oproti klasickému ramjetu.

Motor SPARTAN, který Hypersonix vyvíjí a tiskne, je navíc v provedení s pevnou geometrií, nemá žádné přestavitelné klapky ani trysky. Firma ho popisuje jako samozápalný s pracovním rozsahem Mach 5 až Mach 12, přičemž horní hranice závisí na použitém materiálu. Verze z keramických kompozitů (CMC) snese vyšší teploty a umožňuje vyšší rychlost. Právě absence pohyblivých součástí je jedním z důvodů, proč Hypersonix věří, že scramjet půjde vyrábět rychle, opakovatelně a levněji než konvenční hypersonické pohony.

Co přesně vytiskla 3D tiskárna

Firma mluví o „plně 3D tištěném draku“ a „plně 3D tištěném scramjetu“. To ale neznamená, že každý šroubek a každý senzor na palubě vznikl aditivní výrobou. Hypersonix sama zmiňuje použití komerčně dostupných komponent (COTS) v elektronice a avionice. Přesnější formulace tedy zní: celá nosná konstrukce letounu a samotný motor SPARTAN jsou produktem 3D tisku z vysokoteplotních slitin, zatímco palubní elektronika, senzory a spojovací prvky zahrnují i běžně nakupované díly.

3D tisk v letectví přitom není úplná novinka. V Česku například VUT Brno a GE Aviation Czech spolupracovaly v rámci projektu ADAAC pod záštitou ESA na aditivním návrhu leteckého hardwaru. Novost u DART AE je užší a konkrétnější: celá hypersonická platforma včetně motoru byla vyrobena s využitím 3D tisku a následně reálně letěla rychlostí přes Mach 5.

Proč zrovna vodík

Hypersonix staví svou technologickou tezi na třech pilířích. Vodík má vysokou měrnou energetickou hustotu, při spalování nevznikají uhlíkové zbytky a čisté hoření umožňuje opakované zapínání a vypínání motoru za letu. To poslední je důležité pro takzvanou nebalistickou trajektorii, stroj nemusí letět po jedné křivce jako střela, ale může manévrovat.

Důležitá poznámka: jde o firemní technologické zdůvodnění, ne o nezávisle ověřený ekonomický standard pro letectví. Vodíková infrastruktura pro běžný provoz zatím neexistuje a náklady na výrobu, skladování a tankování vodíku zůstávají otevřenou otázkou. DART AE ale ani neměl dokazovat ekonomiku civilní dopravy. Měl dokázat, že kombinace aditivní výroby, vodíkového scramjetu a autonomního řízení funguje v reálném hypersonickém letu. A to se povedlo.

Nejrychlejší není, ale nejzajímavější možná ano

Rychlostní rekord drží NASA X-43A, který v roce 2004 dosáhl Mach 9,6. Americký X-51A Waverider se v roce 2013 dostal na Mach 5,1 a nasbíral přes devět minut letových dat. DART AE se tedy v absolutních číslech řadí spíše do kategorie X-51A. Jenže ani jeden z těchto historických strojů nebyl vytištěn na 3D tiskárně a ani jeden nepoháněl vodík.

Právě kombinace výrobních metod, paliva a reálného letu dělá z DART AE unikát. A pro americké ministerstvo obrany je podstatný ještě jiný rozměr: rychlost a cena vývoje. Kontrakt na misi s Rocket Lab byl podepsán v září 2023 a mise proběhla o necelých 29 měsíců později. U srovnatelně složitých hypersonických programů se běžně mluví o osmi a více letech. Defense Innovation Unit přitom otevřeně říká, že hlavním problémem americké hypersoniky není nedostatek nápadů, ale nedostatek testovacích příležitostí. Program HyCAT, pod který DART AE spadá, má přesně tuto díru zacelit.

Co bude dál, a co z toho pro Česko

DART AE skončil v Atlantiku. Záměrně. Je to jednorázový demonstrátor a v hypersonickém testování to není výjimka, stejně dopadly i X-43A a X-51A. Smysl mise leží v datech o pohonu, materiálech, trajektorii a řízení, ne v zachování stroje. Hypersonix ale už pracuje na větším znovupoužitelném systému Delta Velos a ve svých patentových dokumentech zmiňuje i dlouhodobou vizi takzvaného hyperlineru pro náklad a cestující. To je zatím firemní ambice bez certifikačního plánu a harmonogramu, ne realita příštích let.

Pro český kontext platí, že přímá účast na misi oznámena nebyla. Nepřímo ale téma zasahuje i sem. Vojenské zpravodajství řadí hypersonické prostředky mezi technologie s rostoucím významem pro obranu a VZLÚ AEROSPACE disponuje vysokorychlostními tunely, materiálovými laboratořemi i termovakuovými komorami, které jsou pro podobný typ výzkumu relevantní. České kapacity v aditivní výrobě a materiálovém inženýrství jsou kompatibilní s tím, co hypersonický průmysl potřebuje. Že by se Česko účastnilo příštích misí, je zatím spekulace. Že by mohlo, už tak docela spekulace není.

Mimochodem mise nesla název „To není nůž“. Rocket Lab to oficiálně nevysvětlil, ale třímetrový australský stroj a slavná hláška z Krokodýla Dundeeho, to asi není náhoda.