В ранния следобед на вторник, 3 октомври 1967 г., от небето на Южна Калифорния пада реактивен двигател. Минути по-рано той е бил прикрепен към долната част на експериментален летателен апарат с ракетно задвижване, известен като X-15; инженерите на НАСА "присаждат" макетния двигател към X-15, за да проверят как допълнителното тегло ще се отрази на управлението на апарата при висока скорост.

Дотогава Х-15 е извършил повече от 100 тестови полета и на няколко пъти е достигнал скорост, надвишаваща 5 Маха - общоприетия праг за хиперзвуков полет. Този вторник пилотът на самолета Уилям Найт повежда машината към нови крайности. След излитането му от самолетоносач B-52 над Мъд Лейк, Невада, самолетът се изкачва в стратосферата и ускорява до над 7000 км/ч, или 6,7 Мах - рекорд за скорост на X-15. Така пътуването на Найт от Мъд Лейк до военновъздушната база "Едуардс", която е на 500 км на юг, отнема по-малко от десет минути.

Но по времето, когато машината се приближи до базата "Едуардс", интензивното нагряване, свързано с ударните вълни около машината, частично разтопява пилона, който прикрепя реактивния двигател към фюзелажа. Двигателят се откъсва и се разбива в бомбардировъчния полигон долу. Найт оживява и ще лети отново, но урокът беше ясен: механиката на флуидите при хиперзвуковия полет е изключително сложна, а практическите рискове, които създава, са огромни.

Колко различни са нещата днес?

Половин век по-късно, след мащабни усилия, които обхващат различни дисциплини и включват както публични, така и частни организации, изследователите са постигнали голям напредък, но все още не разбират напълно физиката на хиперзвуковия полет. Въпреки това мечтата продължава да бъде привлекателна. Хиперзвуковите самолети биха могли да предизвикат революция в отбранителната индустрия и с времето вероятно ще дадат тласък на търговски приложения, подобни на тези, които се появяват в индустрията за космически туризъм. Хиперзвуково превозно средство, летящо със скорост шест пъти по-висока от тази на звука, би могло да прелети САЩ от Лос Анджелис до Вашингтон за около 30 минути.

Обсъждането на всички технологични пречки пред хиперзвуковия полет може да запълни цяла енциклопедия. За да се превърне подобно пътуване в практическо и рутинно, учените и инженерите ще трябва да разработят нови подходи към задвижването, дизайна на материалите и управлението на полета, както и да задълбочат разбирането си за механиката на флуидите и други теми - при това, на комерсиално достъпна цена за всички тези научни и технически инвестиции.

Понастоящем полетът от Европа до Австралия все още отнема около 20 часа с обикновен пътнически самолети със сигурност не е приятно преживяване за повечето пасажери.

Сега обаче швейцарският стартъп Destinus иска да съкрати това време до само четири часа, като увеличи скоростта на самолета до хиперзвуковата бариера.

Основана от родения в Русия физик и сериен предприемач Михаил Кокорич, Destinus разработва прототип на самолет, задвижван с водород, който може да се движи със скорост 5 и повече Маха. Това е пет пъти повече от скоростта на звука или над 6000 км/ч.  С него ще стигнете от Франкфурт до Сидни за малко повече от четири часа. А от Лондон до Ню Йорк? Скромните 90 минути.

За да развие такава скорост, самолетът ще се движи на височина над 50 км, точно в горната част на земната атмосфера, където съпротивлението е значително по-малко заради разредената среда. Хиперзвуковият самолет ще използва за излитане и кацане турбореактивни двигатели, захранвани с водород, и отделен ракетен двигател, който ще го извежда до хиперзвукова скорост. Стартъпът твърди, че реактивният самолет - по същество наполовина ракета, наполовина самолет - ще бъде с нулеви въглеродни емисии, като ще отделя само топлина и водна пара за никакъв въглероден отпечатък.

Първият самолет на Destinus, способен да превозва 25 пътници на разстояние до 7500 км, ще бъде готов до края на това десетилетие, прогнозира компанията. Следващите самолети ще бъдат все по-големи, с капацитет до 100 пътници и повече, което ги приближава до капацитета на стандартните пътнически самолети.

През последните няколко години Destinus тества своите прототипи на самолети, като миналата година обяви успешни тестови полети на втория си прототип - Eiger - на летище близо до Мюнхен. Наскоро компанията получи и дял от два безвъзмездни гранта на стойност 27 млн. евро от испанското Министерство на науката. Първата безвъзмездна помощ (12 млн. евро) ще помогне за финансирането на разработването на съоръжение за изпитване на водородни двигатели в близост до Мадрид, в което ще бъде разположен прототипът на въздухоплавателното средство на стартъпа. Втората субсидия (15 млн. евро) ще финансира изследвания на задвижващи системи, работещи с течен водород. Проектът е част от стремежа на Испания да заеме водеща позиция в разработването и производството на мобилност на водородна основа в редица сектори.

Как ще летят хиперзвуковите самолети на Destinus?

Съкращаването на времето за полет до повече от половината от обичайната продължителност може да изглежда нечувано (но мечтано). Destinus залага на превръщането на тази някога неправдоподобна идея в мит. Швейцарският стартъп възнамерява неговият хиперзвуков самолет да излита от т.нар. хиперпорт, или летище с инфраструктура за обработка на водород и с център за управление на мисии за безпилотни летателни апарати.

Излитането е в обичайната хоризонтална форма, но с тази разлика, че хиперзвуковите самолети на Destinus се ускоряват много бързо. След като достигнат фазата на изкачване на голяма височина, тези свръхбързи самолети запалват химическия ракетен двигател, за да увеличат още повече скоростта.

За да изпълни мисията си, Destinus е предприела продължително изследователско пътуване. Екипът казва, че използва числени методи за разработване на хиперсамолети, което им позволява да навлязат дълбоко в основните аспекти на свръхзвуковата и хиперзвуковата аеротермодинамика, от фазата на концептуалния проект до фазата на подробния проект, водещ до производството. Част от изследванията им са свързани с разглеждане на външната и вътрешната аеродинамика, която включва проектирането на конструкцията на превозното средство, летателните качества, стабилността и маневреността на самолетите, входните отвори на двигателите, изпускателните дюзи, клапаните за управление на потока, вътрешните компоненти на двигателя (като компресори, турбини, горивни камери и химическите реакции на горенето) и проектирането на активни охладителни системи.

Засега не стягайте куфарите

Подобно на другите превозни средства на същия принцип, самолетите, задвижвани с водород, са все още в начален стадий на развитие и от самото начало се сблъскват с проблеми. Течният водород е четири пъти по-лек от реактивното гориво, което означава, че е необходим четири пъти по-голям капацитет за съхранение на борда и големи резервоари за гориво.

Освен това в момента той е 20 пъти по-скъп от реактивното гориво и едва ли ще стане ценово конкурентен през това десетилетие. Освен това международните летища ще трябва да изградят водородна инфраструктура от нулата, за да могат да приемат новите самолети - усилие, което те едва ли ще предприемат без гарантирана възвръщаемост и сериозни държавни субсидии като тези на Испания. 

А нещата стават още по-сложни, когато тези самолети достигнат хиперзвукова скорост. Макар че и преди сме виждали пътуване с хиперзвукова скорост - най-скорошният в това отношение е тестовият полет на експерименталния безпилотен хиперзвуков самолет X-43 на НАСА през 2004 г., който успя да достигне умопомрачителната скорост от 9,6 Маха - жизнеспособното за комерсиална употреба хиперзвуково пътуване все още е далеч. Физиците все още не разбират много неща за този нов и потенциално революционен начин на пътуване по въздуха, особено как да се създаде самолет, който да издържа на екстремната топлина.

Въпреки че това определено е голяма проверка на реалността, тя не е непременно възпираща за инвеститорите. Рисковите фондове наливат стотици милиони долари в хиперзвукови стартъпи като Hermeus и Venice Aerospace. Авиокомпаниите също се ориентират към вълната на свръхскоростта: миналата година American Airlines се ангажира да закупи 20 Overture Jets, разработени от американския стартъп Boom Supersonic.

Изследователите работят усилено и по отстраняване на някои от техническите пречки. Учени от университета RMIT в Мелбърн наскоро разработиха 3D принтирани катализатори, които според тях могат да захранват хиперзвуковия полет и да действат като охлаждащ агент за борба с екстремната топлина, отделяна при хиперзвуковия полет.

Усилията за превръщането на хиперзвуковите полети в реалност са и ще продължат да бъдат интердисциплинарни. Сътрудничеството с учени, занимаващи се с атмосферни науки, инженери по материалите, химици-изчислители, приложни математици и строителни инженери ще бъде от решаващо значение за формулирането на правилните въпроси и намирането на техните отговори. Учените и инженерите вероятно ще трябва да измислят още нови видове експерименти, съоръжения, диагностика и инструменти, за да решат изброените тук научни предизвикателства - и нови предизвикателства, които със сигурност ще открием. Но препятствията са преодолими. Има всички основания да се смята, че настъпването на ерата на рутинните хиперзвукови полети е само въпрос на време.