Det eleganta flygplanet, egentligen mer raket än flyg, tappade från vingen på en B-52 innan den sköt genom himlen ovanför Point Mugu Sea Range utanför Kaliforniens kust, lämnar en lång, vit spiral i dess spår.

Den obemannade X-51A träffade Mach 4.8, nästan fem gånger ljudets hastighet, med hjälp av en rejäl raketbooster. Sedan kastade Boeing Co.-flygplanet boostern och dess experimentella scramjetmotor tog över, suger in högkomprimerad luft för att driva fordonet ännu snabbare – till en hypersonisk hastighet på cirka 3, 400 mph, eller Mach 5.1.

Flygplanet förlitade sig på denna scramjet i bara 3{ minuter under testflygningen 2013, men forskare säger att tillförlitlig teknik som driver flygplan till hypersoniska hastigheter på Mach 5 eller högre kan vara funktionell inom 10 år, initialt för användning i missiler.

Insatserna är höga.

Pentagon ser hypersoniska vapen som en potentiell spelväxlare som kan ge det – eller en motståndare – den sortens fördel som smygflygplan eller smarta bomber gjorde under decennier tidigare. Hypersoniska missiler skulle vara extremt svåra att skjuta ner, anländer med liten eller ingen varning och manövrerar för att undvika försvar.

Ryssland och Kina utvecklar också hypersoniska missiler, och i november, det fanns rapporter om att Kina hade börjat bygga världens snabbaste vindtunnel för att testa hypersoniska flygplan och vapen.

"Jag är också djupt oroad över Kinas tunga investeringar i nästa våg av militär teknik, inklusive hypersoniska missiler, " Adm. Harry Harris Jr., chef för marinens U.S.S. Pacific Command, sade förra veckan inför en kammarkommitté för försvarstjänst. "Om USA inte håller jämna steg, (U.S.S. Pacific Command) kommer att kämpa för att konkurrera med People's Liberation Army på framtida slagfält."

Som med tidigare program, inklusive stealth-teknologi och forskning om ballistiska missiler, Södra Kalifornien kan vara redo att ta en ledande roll i dess utveckling.

The Defense Advanced Research Projects Agency, eller DARPA, samma byrå som hjälpte till att utveckla internet, och flygvapnet leder ett program som kallas Hypersonic Air-breathing Weapon Concept. Det har belönat försvarsföretag, inklusive Raytheon Co. och Lockheed Martin Corp., kontrakt för att arbeta med teknik som skulle möjliggöra en "effektiv och prisvärd" luftuppskjuten hypersonisk kryssningsmissil.

Flyg- och rymdföretaget Orbital ATK Inc. valdes också nyligen ut att delta i ett hypersoniskt flygmotorprojekt med DARPA, medan militära flygplanstillverkare har diskuterat sina egna koncept för hypersoniska plan.

Närmare sikt, försvarsdepartementet är beredd att börja testa en projektil med hög hastighet för vapensystem som kan nå hastigheter nära Mach 6, enligt rapporter. Projektilen kan få konsekvenser för framtida missilförsvar.

Tillförlitlig hypersonik kunde inte bara driva en missil till otroliga hastigheter som gör dem svårare att skjuta ner utan kan också möjliggöra större manövrerbarhet på ovanliga höjder – både närmare marken och långt högre än räckvidden för nuvarande missilförsvarssystem, enligt en rapport från Rand Corp. som släpptes förra året.

"Det var det här gamla talesättet att hypersonic var framtiden och alltid skulle vara det, sa Kevin Bowcutt, senior teknisk fellow och chefsforskare för hypersonic på Boeing, som kom med den ursprungliga konceptdesignen för X-51A 1995. "Nu tror folk det. Det är på riktigt."

USA.' nuvarande tekniska betoning på hypersonic är mångfaldig. Historiskt sett, USA har varit ledande inom detta område, och tekniken är lovande. Men utvecklingen drivs inte av ett specifikt uppdragsbehov, sa James Acton, meddirektör för Nuclear Policy Program vid Carnegie Endowment for International Peace tankesmedja.

Andra analytiker har sagt att den nuvarande pressen för hypersonic kan vara ett försök att avskräcka andra länder från att överväga hypersoniska missilattacker.

Men för att utveckla funktionell hypersonic teknologi, USA kommer att behöva utveckla motorsystem och material som kan arbeta vid höga hastigheter och temperaturer under långa tidsperioder. Bara att kostnaden för forskning och utveckling skulle vara betydande, och skulle inte ens inkludera de miljarder dollar som behövs för att utveckla operativa fordon, säger experter.

Tiotals miljarder dollar skulle kunna spenderas på hypersonikkontrakt mellan 2020 och 2035 om forskningen "kommer till verklighet i verkliga vapenprogram, sa Loren Thompson, en flyganalytiker vid Lexington Institute tankesmedja, som får finansiering från Lockheed Martin och Boeing.

Det kan vara en välsignelse för södra Kalifornien.

Thompson sa att regionen är hem för viktiga forskningscentra för industrin och den amerikanska regeringen - som Lockheed Martins hemlighetsfulla Palmdale Skunk Works-anläggning och Edwards Air Force Base - vilket kan göra det till centrum för hypersonic forskning. Boeing har sagt att hypersonikarbete redan görs vid deras anläggning i Huntington Beach, samt i St. Louis och Seattle.

Tidigare stora forsknings- och utvecklingsprogram gav tusentals jobb till regionen. När B-2 stealth bombplanet närmade sig sin produktionshöjd 1992, planbyggaren Northrop hade 9, 000 arbetare i Pico Rivera och 3, 000 mer i Palmdale.

USA:s utveckling av hypersonic dateras till 1940-talet, när JPL fäste en WAC Corporal-raket i nosen på en tysk V-2-raket för att skapa en tvåstegsraket som en del av arméns Bumper-program. Lanserades från New Mexicos White Sands Missile Range 1949, raketen nådde 5, 150 mph, eller ungefär Mach 6.7.

Ett annat stort genombrott kom på 1950- och 1960-talen med X-15-programmet, experimentella raketdrivna flygplan som nådde en topphastighet på Mach 6,7 och designades för att öka förståelsen för hypersonisk flygning.

Data från testflygningarna hjälpte till att påverka rymdfarkostens design av Apollo-kapseln och Saturn V-raketen som tog astronauter till månen.

Rymdfärjan, som flög från 1981 till 2011, nådde också hypersoniska hastigheter när den återinträdde i jordens atmosfär, leder till utvecklingar inom värmeabsorberande keramiska plattor och stora, rundade kanter för att sänka återinträdestemperaturerna.

Men trots denna stegvisa utveckling, hypersonic forskare säger att det fortfarande finns stora tekniska hinder att lösa, especially in materials science.

When reentering the Earth's atmosphere, the outer surface of the space shuttle orbiter encountered temperatures of nearly 3, 000 degrees Fahrenheit. Aircraft-grade aluminum melts at a temperature about three times less than that, and the structure of a plane would fail at even lower temperatures.

One possible solution are materials such as titanium or nickel-based alloys, which can be used at speeds slightly beyond Mach 5. Past that, ceramic-matrix composites, a more exotic blend of strong, lightweight fibers, may be an answer.

"The better you can predict a heat load, the better you can come up with materials or structure to handle that heat load, " said Stuart A. Craig, an assistant professor in the aerospace and mechanical engineering department at the University of Arizona who researches hypersonic aerodynamics.

Development of a larger scramjet engine—formally known as a supersonic combustion ramjet—also has been challenging. While rockets can get a vehicle to hypersonic speeds, they are too large, heavy and inefficient to use in lighter missiles or aircraft.

Enter the scramjet—an air-breathing engine that can provide the boost needed to reach speeds greater than Mach 5 but is lighter and more efficient. Unlike a rocket, a scramjet does not need to carry its own tank of oxygen to burn with fuel, which is typically a hydrocarbon or hydrogen. Istället, it uses the air in the atmosphere to serve as an oxidizer for the propellant.

"You can't afford to build all these big rockets every time you want to fly a hypersonic glide vehicle or a cruise missile, " said George Nacouzi, senior engineer at Rand Corp. and an expert on missile development. "It's just not practical."

Scramjets typically start working at speeds of about Mach 5, when the air flow is still supersonic and is highly compressed. NASA's X-43A aircraft program last decade proved that scramjets could work, though on a smaller scale than a typical plane.

Scaling up can be challenging, said Boeing's Bowcutt, who developed his X-51A design while at Rockwell International, which was later acquired by Boeing. Since wind tunnels can be limited in size, engineers must also rely more on computer simulations, which can't necessarily give full verification of a concept in real-world conditions.

But new technological developments have helped make some of these issues easier to solve. In a recent presentation at an aerospace technology conference, Lockheed Martin Skunk Works Vice President Jack O'Banion said increased computer-processing power and digital tools helped the defense giant design a scramjet engine in 3-D for a plane concept known as the SR-72.

Lockheed Martin has said this hypersonic aircraft concept could travel at speeds as high as Mach 6 and be operational by 2030. A Lockheed executive recently disputed speculation that the SR-72 already exists, saying the company's focus was on hypersonic weapons systems. (The name is a nod to Lockheed's stealthy SR-71 Blackbird, which first flew in 1964 and reached average speeds of 2, 200 mph.)

With digital-printing manufacturing, O'Banion said the company could integrate the scramjet engine with an "incredibly sophisticated cooling system, " allowing the engine to withstand multiple firings for routine operations. No moving parts would be involved.

"It would have melted down into slag if we tried to produce it five years ago, " han sa.

With all of these challenges, many researchers say hypersonics probably will be developed first for missiles and later for manned aircraft.

But don't expect to book a seat on a hypersonic passenger jet anytime soon, as commercial applications of the technology could be at least 30 years away, said Nacouzi of Rand Corp.

That timeline would depend on the business case for hypersonic travel, which would presumably command premium ticket prices. The example of the Concorde passenger jet isn't exactly promising. An air disaster claimed 113 lives in 2000, temporarily grounding the fleet, but the high costs of operating the jet amid the slower market for air travel after the Sept. 11 attacks were what led to the plane's ultimate retirement in 2003.

"It's much easier to start with missiles, " Nacouzi said. "They're simpler than aircraft. An aircraft has much more systems involved."

©2018 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.