De 'privé-geld'-benadering van de defensie-innovatie-eenheid heeft tot doel snel herbruikbare hypersonische testvliegtuigen te produceren

Razendsnel bij hoge temperaturen is niet het enige dat hypersonisch onderzoek moeilijk maakt. Te weinig testinfrastructuur, van windtunnels tot daadwerkelijke vliegtestvliegtuigen, belemmert het onderzoek. De Defensie-innovatie-eenheid gokt erop dat ideeën uit de particuliere sector en kapitaal uit de particuliere sector dingen sneller kunnen laten gebeuren.

De Defensie-innovatie-eenheid (DIU) is in wezen de interne versneller voor de acceptatie van commerciële technologie van het Pentagon. Bemand door een mix van actieve experts uit de militaire en technologiesector, probeert het commerciële oplossingen binnen de deur te krijgen, op te schalen en toe te passen op DoD-problemen.

Het portfolio van cyber-, autonomie- en ruimtetechnologieën die DIU heeft weten over te zetten naar het leger, is het bewijs van enig succes. Gebouwd op de belofte van toekomstige winsten door niet-traditionele particuliere bedrijven, ontstaan ​​en ontwikkelen deze oplossingen buiten defensiekringen met alternatieve probleemoplossing en een tempo dat de overheid niet kan evenaren. Dat is wat DIU hoopt aan te boren om de inzet van militaire hypersonics vooruit te helpen.

"We weten dat privégeld wordt gebruikt om [commerciële] hypersonische transporten voor passagiers en vracht te bouwen", zegt Barry Kirkendall, technisch directeur van DIU voor ruimtevaart. “Vijf of tien jaar geleden was dat niet het geval, maar nu wel. We willen die particuliere investering, die bedrijven, gebruiken voor het ministerie van Defensie.”

Daarom heeft DIU een initiatief gelanceerd met de naam HyCAT (Hypersonic and High-Cadence Airborne Testing Capabilities). Het zoekt commerciële partners om een ​​prototype testvliegtuig te demonstreren dat kan vliegen en manoeuvreren met meer dan Mach 5, twee experimentele nuttige ladingen kan vervoeren, "lange duurvluchten" kan ondernemen en prestatiegegevens tijdens de vlucht kan vastleggen. Potentiële contractanten zouden binnen 12 tot 24 maanden moeten vliegen.

Volgens hypersonische onderzoeksnormen is het een kort venster. Maar gezien de vraag naar hypersonische tests en de achterstand waarmee Amerika nu wordt geconfronteerd, moet het wel zo zijn.

"Hypersonica-onderzoek maakte aanvankelijk gebruik van de [Amerikaanse] raketinfrastructuur, de testgebieden, fabrieken en ontwerpmensen", merkt Kirkendall op. “Het raketwerk is nooit vertraagd. Wat wel veranderde, was dat het [onderzoeks]tempo toenam en als gevolg daarvan kon onze infrastructuur het niet aan. We leunen dus op windtunnels en testreeksen die nauwelijks beschikbaar zijn. We kunnen het ons niet veroorloven om nieuwe infrastructuur en nieuwe assortimenten te bouwen, dus zoeken we naar een andere oplossing.”

Ook de landelijke testinfrastructuur veroudert. EEN verslag vorig jaar uitgegeven door het Governmental Accounting Office wees erop dat 14 van de 26 windtunnels van DoD, NASA en Energy Department die hypersonisch onderzoek kunnen ondersteunen, in de jaren zeventig zijn gebouwd. Nieuwe windtunnelfaciliteiten in de particuliere sector zijn in aanbouw bij Purdue University en elders, maar hun kosten zijn hoog en de voltooiing is nog jaren verwijderd.

Bovendien kunnen testfaciliteiten op de grond en in laboratoria niet de inzichten opleveren die daadwerkelijk vliegende hypersonische voertuigen met speciaal gebouwde nuttige lading kunnen bieden. Hypersonische windtunnel runs zijn kort, de langste duren een kwestie van seconden. De sensoren en instrumentatie die in tunnels of op testartikelen kunnen worden geplaatst, zijn beperkt, waardoor over het algemeen "snapshots" van gegevens mogelijk zijn in plaats van langere informatiestromen.

De weinige testvluchten die zijn uitgevoerd met raketten en een handvol hypersonische voertuigen, worden op dezelfde manier beperkt door uitdagingen op het gebied van sensoren, telemetrie en bereik. Slechts een paar hypersonische vluchtvoertuigen zijn herbruikbaar met lange intervallen tussen vluchten. De meerderheid plonst in de oceaan waar herstel moeilijk tot onmogelijk is.

Voordat hij bij DIU kwam, leidde Kirkendall het kernwapeneffectenprogramma in het Lawrence Livermore National Laboratory. Hij vergelijkt het voor de hand liggende onvermogen om nucleaire explosieven te testen en te instrumenteren met de uitdaging van hypersonics en herinnert ons eraan dat experimenten in laboratorium- of gesimuleerde vluchtinstellingen niet altijd nauwkeurig "schaalbaar" zijn.

“Er ontbreekt een tussenstap. We hebben de windtunnels nodig, ze zijn van cruciaal belang. We hebben de volledige trouwvluchttest van wapens nodig. Maar er is een hele kloof in het midden; testspecifieke technologieën die niet volledig zijn geïntegreerd en die het risico kunnen verminderen. Dat is wat we proberen aan te pakken.”

DIU's HyCAT-verzoek om informatie (RFI), riep op tot "belangrijke mogelijkheden", waaronder:

• Minimale vlucht van drie minuten in een relevante hypersonische testomgeving met bijna constante vluchtomstandigheden, met een dynamische druk van ten minste 1,000 pond per vierkante voet.
• In staat om te worden gecertificeerd om te opereren in de VS of geallieerde vliegtestbereiken onder bestaande veiligheidsvoorschriften voor vliegtesten.
• Totaal experimenteel laadvermogen van ten minste 20 pond met accommodatie voor elektrisch vermogen van de lading.

Er zijn een aantal bedrijven in de particuliere sector wiens doel het is om tegen een wazige toekomstige datum hypersonische commerciële passagiers- en vrachtvliegtuigen te ontwikkelen. Misschien wel de bekendste is Hermeus, een in Atlanta gevestigd bedrijf dat ik heb behandeld die eerder die al AFWERX-financiering van de Amerikaanse luchtmacht heeft aangeboord om een ​​hypersonisch vliegtestvoertuig op kwartschaal te ontwikkelen met de naam "Kwart paard” op weg om een ​​hypersonisch vliegtuig te maken, vermoedelijk voor presidentieel gebruik.

"Die kwart- en halve-schaal testartikelen zijn iets dat de DoD kan helpen", bevestigt Kirkendall. "We hebben geen volledig volwassen hypersonisch passagiersvliegtuig nodig om hypersonische tests te doen."

Quarterhorse heeft een voorsprong doordat het zowel op het punt van daadwerkelijke vlucht staat als herbruikbaar is. Het laatste element is cruciaal, zegt Kirkendall, niet alleen uit kostenoverwegingen. "Herbruikbaarheid is de sleutel tot het verhogen van de testcadans en het begrijpen van wat er net in een test is gebeurd."

Door te begrijpen "wat er net is gebeurd" in een test, zinspeelt Kirkendall op een soort forensische benadering van hypersonisch onderzoek. Het onderzoeken van het testvluchtvoertuig en zijn nuttige lading na de vlucht kan enkele van de gegevensverzamelings- en telemetrielimieten die verband houden met hypersonische tests omzeilen.

Het is de moeite waard erop te wijzen dat DIU niet alleen om prototype hypersonische testvliegtuigen vraagt. Het is ook op zoek naar betere vluchtregistratie- en meetsystemen, waaronder bovenste atmosferische en op de ruimte gebaseerde metrologietechnologieën. DIU heeft al wat mogelijkheden in de schoot geworpen, toekenning Aerostar Technical Solutions' Raven Aerostar stratosferische ballonnen hebben vorig jaar een contract gesloten voor communicatie en sensor-payload-integratie. Kirkendall en anderen bij DIU benadrukken ook het werken met bestaande DoD-activa zoals de Global Hawk drones die de luchtmacht opnieuw gebruikt voor het verzamelen van hypersonische bereikgegevens.

"We denken dat we veel innovatieve benaderingen zullen zien om gegevens te verkrijgen van een hypersonisch testvoertuig waaraan we niet hebben gedacht, of het nu in de ruimte is, op een ballon of iets anders", zegt majoor Ryan Weed (USAF), directeur van DIU's ruimteportfolio. Die innovatieve ideeën zullen hopelijk ook van internationale bedrijven komen.

DIU heeft met opzet HyCAT opengesteld voor buitenlandse bedrijven om het onderzoek verder te versnellen. "We willen dat die mensen solliciteren", bevestigt Kirkendall. Hij voorziet pitches van bedrijven uit de “Five Eyes” alliantie (Australië, Canada, Nieuw-Zeeland, Verenigd Koninkrijk & VS) plus Duitsland, Frankrijk en Japan.

Waar de reacties ook vandaan komen, ze zullen grondig moeten worden doorgelicht. DIU doet routinematig due diligence, maar de vage aard van de niet-defensie hypersonische vliegtuigindustrie - die net als de UAM en supersonische luchtvervoerssectoren nog verhandelbare producten moet produceren - kan extra inspanning vergen.

Kirkendall en Major Reed (een USAF-testpiloot) zijn beide expert in hun respectieve gebieden en benadrukken dat DIU hoge eisen stelt aan technische haalbaarheidsbeoordelingen. “Bij DIU gaat het niet alleen om de technische haalbaarheid”, voegt Reed toe. “Het is ook de gezondheid van het [partner]bedrijf. Kan dat bedrijf de technologie leveren die ze wel hebben?”

Gezien de uitbundige stroom van privégeld naar vergelijkbare bedrijven in de UAM-ruimte, zouden potentiële hypersonische vliegtuigontwikkelaars inderdaad een gezondere balans kunnen hebben dan productontwikkelingspotentieel. Maar de veelzijdige benadering van DIU bij het beoordelen van HyCAT-kandidaten moet het kaf van het onkruid scheiden, zeggen de directeuren.

Major Reed wijst erop dat ze dit bewust doen om "de voortgang van een bedrijf naar hun eigen producten niet in de weg te staan". Hij is van mening dat HyCAT alleen succesvol kan zijn door zich te concentreren op oplossingen waarvoor verdediging niet de primaire toepassing is.

Over aanvragen gesproken, geïnteresseerde aannemers hebben tot deze vrijdag de tijd om hun pitch voor HyCAT te maken. Toen ik vorige week met Kirkendall en Reed sprak, hadden ze slechts een handvol voorstellen ontvangen. "Je ziet nooit iets ingeleverd tot het bittere laatste moment", verzekert Kirkendall. DIU verwacht een "enkele tientallen" reacties.

Als ze in aantallen komen, kan het privé-geld erachter de oude grap over hypersonics als het 'wapen van de toekomst' van de afgelopen 60 jaar worden betaald.