Supersonische buis

De scramjet, een nieuw type supersonische straalmotor, moet goedkopere lanceringen en nieuwe recordsnelheden mogelijk maken. Australiërs laten een experimentele versie van 330 kilometer naar beneden vallen.

Het zal een flinke klap geven, als eind oktober een nieuw type straalmotor zich met 600 kilometer per uur de Australische woestijn in boort. En dan is de eindsnelheid van de Hyshot nog maar een fractie van de beoogde record-topsnelheid van 8300 kilometer per uur. Dat is 7,6 keer die van het geluid.

``Ik zou er niet onder gaan staan'', grapt dr. Allan Paull van de Universiteit van Queensland in Brisbane, projectleider bij wat de eerste geslaagde niet-geheime testvlucht moet worden van een scramjet. Scramjet staat voor supersonic combustion ramjet, een straalmotor zonder bewegende onderdelen die puur waterstof verbrandt, en waarbinnen de aangezogen lucht met snelheden boven de geluidssnelheid beweegt. Dit in tegenstelling tot de ramjet, de traditionelere straalmotor die de lucht met turbines aanzuigt, en die zulke stroomsnelheden niet aankunnen.

De scramjet met zijn hoge snelheid schept in zijn inlaat genoeg lucht op om de zuurstof te leveren die voor de verbrandingsreactie nodig is. Het samenpersen van de lucht gebeurt door de vernauwing na de inlaat, een turbine is niet nodig. Eigenlijk is de scramjet daarmee gewoon een vliegende buis.

Er is een complicatie: de supersone luchtstromingen binnen de motor zijn hels complex, ook al door de hoge temperaturen, waarbij ook nog eens chemische reacties plaatsvinden. Het zal nog heel wat experimenten en rekenwerk vergen voor ingenieurs er werkelijk greep op hebben.

``Computerberekeningen zijn verdomd gecompliceerd'', zegt Paull het, en ``bovendien wijken ze vaak van elkaar af, afhankelijk van de basisaannames.'' De Australiërs hebben hun scramjet daarnaast ook uitgebreid getest in windtunnels. Het Hyshot-experiment dient om te kijken of de resultaten van de experimenten overeenkomen met die van een echte vlucht. Om de resultaten interpreteerbaar te houden, is het ontwerp van de scramjet zo simpel mogelijk gehouden zo simpel dat de eerste versie zelfs geen netto stuwingskracht zal leveren.

NEUSKEGEL

De Hyshot wordt omhooggeschoten met een conventionele Terrier-Orion-raket van de Amerikaanse marine. Die brengt de raket binnen een minuut naar een snelheid van 8300 kilometer per uur. De hoogte is dan al 56 kilometer, en de atmosfeer is al erg ijl. Daar wordt met gas onder hoge druk de neuskegel weggeschoten die de inlaat van de motor tot dan toe afschermde.

De Hyshot, gekoppeld aan de opgebrande Orion-trap, vervolgt zijn baan, verder alleen nog beïnvloed door de zwaartekracht. Die doet de snelheid eerst afnemen, maar na het hoogste punt, 330 kilometer, valt de HyShot weer terug naar de aarde, steeds meer snelheid winnend.

Intussen draait de HyShot zo dat de inlaat naar beneden wijst. Als de Hyshot met 8300 kilometer per uur de atmosfeer binnen komt zetten, wordt de brandstoftoevoer vijf seconden lang opengezet. Door de hitte ontbrandt het waterstof meteen, zodat scramjet op een hoogte van 35 kilometer tot 23 kilometer aanstaat.

In die luttele momenten worden 40 druk- en temperatuurmetingen doorgezonden naar radiostations op de grond, vertelt Paull. Daarna komt het 600 kilo wegende ensemble hardhandig aan zijn einde in de halfwoestijn bij Woomera, driehonderd kilometer ten noordwesten van Adelaide.

Als alles goed gaat tenminste, want enig voorbehoud is wel op zijn plaats. Een Amerikaanse test van een duurdere NASA-scramjet, de X-43, mislukte eerder dit jaar nog voor de motor überhaupt aangezet kon woren.

``Meestal gaat juist niet mis wat je verwacht'', zegt Paull. Toch knijpt hij hem het meest voor de serie van vijftig `bang-bang-manoeuvres' waarbij de inlaat naar de aarde gedraaid wordt. De Orion-Hyshot-combinatie tolt enkele keren per seconde om zijn as. Een gasstoot van een kleine stuurraket (de eerste `bang') zal de draai-as van de raket zelf in een draaiende beweging brengen, zoals die van een draaiende tol waarvan de top die circels gaat beschrijven na een duwtje. Door op het juiste moment een tegenstoot te geven, de tweede `bang', houdt de raket-as weer op met draaien, met als nettoresultaat een iets afgezwenkte, nog steeds tollende Hyshot. Dat moet de boordcomputer 50 keer goed doen.

VERGUNNING

Maar het grootste gevaar, vindt Paull, is de politiek. Dat ondervond zijn team nog kortgeleden, toen de op 13 augustus geplande lancering werd afgeblazen wegens het uitblijven van een vergunning van de Amerikaanse Federal Aviation Authority. Die moet toestemming verlenen, omdat de raketten geleverd worden door de de Amerikaanse marine. De volgende lanceerdatum is eind oktober.

``Een bloody tegenslag'', sneert de Australiër. De echte primeur zouden de Australiërs bovendien wel eens gemist kunnen hebben. Volgens de Amerikaanse krant The Washington Times hebben medewerkers van de Amerikaanse inlichtingendienst boven Rusland een vlucht gemeld van een onbekend luchtvaartuig, dat wel eens de Russische versie van een scramjet zou kunnen zijn. Het doel dat scramjet-bouwers zeggen na te streven, een goedkoop ruimtevaartuig dat tot aan de rand van de atmosfeer komt, is namelijk niet de enige denkbare toepassing. Een kruisraket die de geluidssnelheid meer dan zeven maal overschrijdt moet knap lastig zijn voor ieder raketschild. Naast de NASA zijn dan ook verschillende defensie-organisaties betrokken bij het Hyshot-project.

Paull weet overigens niet of hij de Russische berichten moet geloven. ``Ik heb echt geen idee of dat waar is. Wij zijn in ieder geval de eersten die het in het openbaar doen.''