Гіперзвукові ракети США можуть розвалитися в повітрі: у Китаї з'ясували, що з ними не так

Китайські вчені з лабораторії гіперзвукових технологій Національного університету оборонних технологій виявили "смертельну" помилку в програмному забезпеченні NASA Vulcan-CFD для розрахунків у сфері гіперзвукової аеродинаміки, що може призвести до розвалу гіперзвукової ракети під час польоту через перегрів, передає SCMP.

Знайдена помилка, на думку дослідників із КНР, може призвести до неминуче невірних результатів під час аналізу високотемпературної абляції (абляція — винесення маси з поверхні твердого тіла потоком гарячих газів, що обтікає цю поверхню, або, в більш загальному сенсі, видалення або руйнування матеріалу об'єкта шляхом випаровування, — ред.).

Недолік було знайдено в рівнянні, написаному для Vulcan-CFD, яке використовують для опису змін у концентрації різних хімічних компонентів, як-от кисень і азот, у високотемпературних газових сумішах. Це рівняння не враховує змішування і переміщення компонентів, викликаних маломасштабною турбулентністю, коли температура швидко змінюється або коливається. Через складність гіперзвукової аеродинаміки деякі маломасштабні рухи можуть бути проігноровані розробникам через відсутність розуміння або надто складних для вирішення обчислень.

Китайська команда заявила, що недостатня увага NASA до цієї деталі призвела до нездатності програмного забезпечення (ПЗ) точно прогнозувати хімічний склад і температурні зміни на поверхні літака або ракети, що можуть істотно вплинути на моделювання, проєктування або аналіз роботи, яка спирається на ПЗ.

Коли швидкість літака перевищує 5 Махів (6125 км/год), інтенсивне тертя з повітрям генерує високі температури, які можуть іонізувати молекули повітря та іскрові хімічні реакції. Ці складні реакції можуть руйнувати поверхню літака або гіперзвукової ракети і змінювати температуру або щільність навколишнього повітря. Неточності в даних моделювання можуть мати серйозні наслідки для характеристик і безпеки повітряного судна або снаряда.

Програмне забезпечення Vulcan-CFD, розроблене дослідницьким центром NASA в Ленглі, підлягає експортному контролю і не повинно залишати кордони США. Але китайські дослідники все одно дізналися про нього і скористалися інформацією з наукової статті, опублікованої 2020 року, в якій команда американських розробників представила принципи роботи ПЗ і деякі ключові рівняння, які вони використовували. Основна проблема, з якою стикаються американські інженери, це управління екстремально високими температурами, що впливають на ракети.

"Захист чутливої електроніки гіперзвукових ракет, розуміння роботи різних матеріалів і прогнозування аеродинаміки при температурі до 1648 градусів за Цельсієм вимагають великих льотних випробувань. Випробування тривають, але невдачі в останні роки затримали прогрес", — сказали китайські експерти, коментуючи невдачі американців.

Науковці та інженери НАСА провели багато новаторських досліджень і льотних тестів, але останніми роками галузь постраждала від постійних бюджетних скорочень та "витоку мізків". Наприклад, компанія JPL звільнила 530 співробітників у лютому 2024 року на тлі невизначеності фінансування.

Раніше ми писали про те, що Пентагону представили надзвуковий апарат Quarterhorse Mk1. Прототип високошвидкісного реактивного безпілотника може стати основою для створення військового гіперзвукового літака Darkhorse, а також цивільного Halcyon, який долетить із Нью-Йорка до Лондона всього за 90 хвилин.