Faire exploser l’air devant des véhicules hypersoniques avec des lasers pourrait débloquer des vitesses sans précédent

 

 

“des chercheurs de laboratoires privés et financés par le ministère de la Défense (DoD) ont jeté les bases de systèmes conçus pour recouvrir littéralement un véhicule entier dans un plasma induit par laser et / ou micro-ondes. pour réduire drastiquement la traînée.”

 

 

Un article technique sur les recherches que mènent les mastodontes militaires quant à la recherche de vitesse dépassant tout ce que nous connaissons pour des engins militaires. La course aux armements entre décidemment dans une ère que nous avons du mal, nous autres citoyens “landa”, à imaginer.

Mais…la technologie dont parle cet article ne vous rappelle rien ?… nous sommes ici assez proche de la logique de la MHD non ?…

Allez bonne lecture !

 

lien vers l’article

https://www.thedrive.com/the-war-zone/33859/blasting-the-air-in-front-of-hypersonic-vehicles-with-lasers-could-unlock-unprecedented-speeds?fbclid=IwAR3y6Wvm4aqid4R-tNH3NKKs0Eh6buSxEW2mwlYJT88X-c6JAgRhXO5A0y8

 


ci-dessous une proposition de traduction

Au cours de la dernière décennie, deux des sujets les plus importants de la recherche et du développement dans le domaine de la défense ont été les systèmes à énergie dirigée et les armes hypersoniques . Le ministère de la Défense et ses principaux sous-traitants ont repoussé les limites de ce qui est possible avec ces technologies et ces efforts pourraient un jour bientôt changer littéralement le visage de la guerre pour toujours.

Il s’avère que ces deux domaines de pointe de la recherche en matière de défense commencent à converger dans les laboratoires dans le but de permettre des niveaux de vitesse sans précédent pour les armes aériennes. En combinant la technologie avancée d’énergie dirigée avec la dernière conception de véhicules hypersoniques, des chercheurs de laboratoires privés et financés par le ministère de la Défense (DoD) ont jeté les bases de systèmes conçus pour recouvrir littéralement un véhicule entier dans un plasma induit par laser et / ou micro-ondes. pour réduire drastiquement la traînée. S’il est mis au point avec succès, ce concept pourrait un jour conduire à de nouvelles frontières en matière de vitesse et à de nouvelles formes radicales de contrôle aérodynamique et de conception d’aéronefs.

 

Le paysage hypersonique en évolution rapide

Alors que les superpuissances militaires mondiales se disputent une place dans une nouvelle course aux armements , les technologies hypersoniques ont été placées au premier plan de la recherche en matière de défense et aérospatiale. Ces véhicules et ces armes représentent une véritable capacité d’avance, permettant des vitesses de vol qui peuvent dépasser même les systèmes de défense aérienne les plus avancés et les plus robustes. C’est une chose d’intercepter et de détruire un missile balistique tombant sur une trajectoire d’arc, mais c’est une autre chose d’essayer d’intercepter un projectile se déplaçant à des vitesses supérieures à cinq fois la vitesse du son tout en exécutant des changements brusques de trajectoire. Il n’est pas surprenant que les systèmes hypersoniques deviennent partie intégrante de la future stratégie militaire des États-Unis dans des théâtres clés tels que la région indo-pacifique.

 

Le besoin d’armes hypersoniques a évolué parallèlement à l’évolution parallèle des systèmes de défense antimissile. Alors que les réseaux de capteurs intégrés et les défenses antimissiles continuent de devenir de plus en plus sophistiqués et habiles, le développement de systèmes de livraison d’armes capables d’éluder ou de contourner les défenses à une vitesse extrême est devenu primordial pour assurer la domination mondiale du champ de bataille et la dissuasion conventionnelle. À cette fin, et de garder en place avec les progrès de l’ étranger , l’US Air Force et d’ autres branches du Département de la défense ont été investi d’ énormes sommes d’argent dans la recherche et le développement hypersonique ces dernières années.

Cette R&D a déjà conduit plusieurs systèmes à se rapprocher du statut opérationnel. L’USAF et Lockheed Martin travaillent sur l’ arme à réaction rapide lancée par l’air (ARRW) AGM-183A , un système hypersonique à poussée-glissement qui est censé être capable d’ atteindre des vitesses allant jusqu’à Mach 20 . L’ARRW en forme de coin a été testé lors de vols captifs sur un B-52 Stratofortress et devrait être opérationnel d’ici 2022. Pendant ce temps, l’armée et la marine, en collaboration avec l’Agence de défense antimissile (MDA), ont testé leur propre livraison hypersonique. système , le véhicule Common Hypersonic Glide Body, ou C-HGB. Un certain nombre d’autres initiatives sont également en cours, y compris la conception de missiles de croisière hypersoniques à respiration aérienne, tels que HAWC., et une multitude d’efforts classifiés. 

USAF

 Un missile hypersonique AGM-183 ARRW (Air-Launched Rapid Response Weapon) construit par Lockheed Martin lors d’un essai en vol captif à bord d’un B-52 de l’USAF. 

 

Comme pour tous les systèmes hypersoniques, la traînée et les contraintes thermiques qui en résultent lors d’un vol à très grande vitesse sont deux des plus grands obstacles auxquels ces véhicules sont confrontés. Même avec une géométrie avancée, des niveaux extrêmes de chaleur sont générés par le frottement sur la peau des engins à grande vitesse, ce qui peut potentiellement dégrader l’intégrité structurelle de la cellule et endommager les composants internes, potentiellement même de manière catastrophique. 

L’un des moyens d’atténuer cette accumulation de chaleur consiste à ajouter un blindage aux surfaces externes d’une cellule. Cela peut augmenter le poids d’un engin et peut donc réduire sa portée, sa maniabilité et sa vitesse de pointe. Les exigences en matière de blindage thermique peuvent également être très restrictives pour les concepteurs aérospatiaux qui cherchent à repousser les limites de la vitesse inter-atmosphérique. 

Ajuster la géométrie d’un véhicule peut atténuer la traînée, ce qui peut également aider à réduire l’accumulation de chaleur. Cependant, en raison des limites de la science des matériaux et de la nécessité d’inclure divers sous-systèmes et charges utiles à l’intérieur de l’engin hypersonique, il existe des restrictions sur le degré de modification de la géométrie. Ainsi, il existe un besoin pressant pour d’autres procédés de réduction de traînée à utiliser conjointement avec la géométrie de la cellule. Comme dans de nombreux autres domaines de la recherche de pointe dans le domaine de la défense et de l’aérospatiale, c’est là que les percées dans le domaine de l’énergie dirigée peuvent être en mesure de donner un coup de main.

 

Réduction de la traînée grâce au dépôt d’énergie dirigé

Parallèlement à la révolution hypersonique en cours, le ministère de la Défense a investi d’énormes sommes dans les systèmes d’énergie dirigée. De nombreux progrès considérables en termes de puissance et de miniaturisation ont eu lieu au cours de la dernière décennie, les systèmes à semi-conducteurs ayant rapidement mûri, leur permettant d’être utilisés pour de nouvelles applications. 

Les armes laser ont été développés et testés pour une utilisation à bord des navires de la marine et avions même , alors que d’ autres formes de systèmes d’énergie dirigée, tels que les micro – ondes de haute puissance, ont été conçus pour des concepts-rayonnant électrique , gros dans les systèmes de défense et anti-satellite technologies . Alors que la plupart des discussions sur l’énergie dirigée se concentrent sur le potentiel de révolutionner les systèmes anti-aériens, les défenses antimissiles ou les systèmes antisatellites, il s’avère que l’énergie dirigée pourrait révolutionner la propulsion aérospatiale à grande vitesse et la conception des cellules tout aussi significatives.

Depuis au moins les années 1980, de nombreux laboratoires aérospatiaux de premier plan ont exploré le concept de «dépôt d’énergie» afin de réduire la traînée. Ce concept consiste à diffuser de l’énergie sous forme de filaments laser, d’arcs électriques ou de rayonnement micro-ondes le long des bords d’attaque ou juste devant un avion afin de conditionner l’air pour être plus propice au vol à grande vitesse. Des concepts similaires ont été testés dans le passé à des fins différentes, y compris un canon à électrons à bord du Lockheed A-12 conçu pour réduire la signature radar de l’avion.

Dans une étude financée par la NASA en 1983 et menée par la BDM Corporation et rédigée par Leik Myrabo, pionnier du concept de propulsion laser lightcraft , Myrabo a proposé d’utiliser des lasers pour littéralement exploser l’air devant un engin à grande vitesse. Le concept initial de Myrabo était centré sur de petits engins légers propulsés par des lasers au sol axés sur leur section arrière. Ces engins proposés emploieraient également l’optique interne en miroir pour ensuite rediriger ces faisceaux vers l’avant pour créer une «détonation assistée par laser» ou «onde LSD» devant l’engin. 

NASA

Cette onde de LSD créerait une onde de choc détachée «à une certaine distance avant le bord d’attaque», qui théoriquement «ferait le travail de repousser l’atmosphère et supprimerait ainsi la formation d’un fort choc d’étrave et la traînée d’onde associée. . » Les gaz chauds sous pression créés par la vague de LSD seraient également théoriquement utilisés par le moteur respiratoire de l’engin, réduisant ainsi la quantité d’énergie nécessaire à la combustion.

Myrabo a mis à jour le concept tout au long des années 1990 en réponse aux limites des lasers à haute puissance à l’époque. Dans un article publié en 1995 par Gregory Pope sur Popular Mechanics , Myrabo a affirmé que l’énergie micro-ondes pulsée émise par un satellite aérien pouvait être focalisée devant un engin pour «projeter de l’air en plasma», qui pourrait ensuite être focalisée vers le bas par de puissants aimants supraconducteurs encerclant l’engin. afin de créer la propulsion. Comme le souligne l’article de Pope, «les responsables de la NASA voient des promesses dans certaines des technologies des composants, mais n’envisagent aucun gain à court terme.» Le concept radical de Myrabo semble n’avoir jamais quitté le terrain.

D’autres chercheurs ont cependant continué à explorer des concepts similaires. En 1999, le chercheur aérospatial australien H. David Froning a mené une étude publiée par l’AIAA intitulée «Influence of EM Discharges on Hypersonic Vehicle Lift, Drag, and Airbreathing Thrust» qui a enquêté sur la création de «formations de plasma par des arcs électriques ou par rayonnement laser ou micro-ondes . » En utilisant la dynamique des fluides computationnelle, Froning a constaté que «les décharges électriques ou électromagnétiques des sections de nez des véhicules hypersoniques se propagent en aval sur toute l’étendue des véhicules et à travers leurs moteurs – affectant non seulement la traînée de nez, mais les températures, les pressions et la poussée totale du véhicule, la traînée et soulevez. ” Ce n’étaient que des études informatiques, mais elles ont établi un cadre théorique pour le développement de ces systèmes à l’avenir.

AIAA

Un chiffre de HD Froning “Influence of EM Discharges on Hypersonic Vehicle Lift, Drag, and Airbreathing Thrust”.

 

 

Au cours des deux dernières décennies, des chercheurs brésiliens et le Rensselaer Polytechnic Institute de Rochester, New York, se sont appuyés sur cette recherche théorique et ont conçu des expériences pour tester le dépôt d’énergie dans des souffleries hypersoniques. Ce concept est devenu connu sous le nom de pointe d’air à énergie dirigée supportée par laser , ou DEAS. Leik Myrabo a de nouveau participé à la recherche, cette fois aux côtés d’une équipe de chercheurs brésiliens.

SOCIÉTÉ BRÉSILIENNE DES SCIENCES MÉCANIQUES ET DE L’INGÉNIERIE

 

 

En 2005, Myrabo et des chercheurs brésiliens testant le concept DEAS dans des souffleries hypersoniques ont conclu que «le DEAS assisté par laser était capable de générer une diminution de la pression de surface par rapport au nouveau modèle testé et, par conséquent, une diminution considérable de la traînée aérodynamique» expérimenté par un modèle d’essai hémisphérique.

SOCIÉTÉ BRÉSILIENNE DES SCIENCES MÉCANIQUES ET DE L’INGÉNIERIE

 

 

Le concept de Myrabo semble avoir attiré l’attention de plusieurs grands laboratoires. En 2010, le Journal of Propulsion and Power a publié l’article « Review: Laser-Ablation Propulsion », qui présente la contribution du personnel du Bureau de la recherche scientifique de l’USAF (AFOSR), du Los Alamos National Laboratory et d’institutions universitaires du monde entier. La revue note qu’à cette époque, des chercheurs brésiliens avaient montré que «la traînée hypersonique pouvait être réduite jusqu’à 40%» et cite une coopération entre des chercheurs américains, brésiliens et australiens sur le sujet de la propulsion assistée par laser.

En 2011, l’équipe de Myrabo recherchait le concept DEAS en coopération avec l’armée de l’air brésilienne et le laboratoire de recherche de l’US Air Force. Curieusement, l’une des publications de l’équipe de cette année mentionne un programme de «coopération BEP Brésil-USA» (Beamed Energy Propulsion), une affirmation qui semble étayée par des rapports supplémentaires de Wired et du MIT Technology Review publiés à peu près à la même époque.

La Zone de guerre n’a pas été en mesure d’identifier un tel programme. Cependant, un rapport AFOSR de 2010 mentionne également un tel programme supervisé par le Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) et le Henry T.Nagamatsu Laboratory of Aerothermodynamics and Hypersonics (HTN-LAH) situé à l’Instituto de Estudos Avançados (IEAv-CTA) à Sao Jose dos Campos, Brésil. 

Selon le rapport AFOSR, cette collaboration «a été forgée par les objectifs de recherche communs envisagés par les deux parties (RPI et IEAv-CTA), et les installations et équipements uniques mis à disposition pour cette recherche AFOSR: à savoir, a) le choc hypersonique opérationnel T3 tunnel au HTN-LAH; et b) les deux lasers Lumonics TEA 620 de RPI qui ont été transportés au Brésil avec l’approbation de l’AFOSR. »

AFOSR

 

 

Des concepts similaires de dépôt d’énergie ont été explorés par des chercheurs du Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins ( Van Wie 2004 ), de l’Université Rutgers ( Knight 2008 ; Anderson & Knight 2012 ), du Laboratoire d’applications d’optique en France ( Elias 2018 ) et de l’Académie russe. of Sciences ( Fomin 2004 ), parmi de nombreux autres laboratoires. 

Une recherche dans la base de données de l’AIAA Aerospace Research Central donne plus de 11 000 résultats pour diverses applications aérospatiales du dépôt d’énergie. De nombreux grands constructeurs aéronautiques se voient attribuer des brevets pour des systèmes similaires , notamment Boeing et Lockheed Martin .

 

Département de recherche de la défense sur les dépôts d’énergie

Le DOD a mené ses propres recherches sur le dépôt d’énergie en tant que concept de réduction de la traînée subie par les véhicules à grande vitesse. L’USAF est également le cessionnaire de nombreux brevets liés à l’aérodynamique du plasma .

Un rapport de 2004 commandé par l’Air Force Research Laboratory (AFRL) a étudié «les plasmas générés par des faisceaux d’électrons et des impulsions nanosecondes à haute tension» et a exploré «la direction aérodynamique utilisant l’ajout d’énergie plasma» en utilisant une «soufflerie à plasma supersonique à micro-ondes». Comme dans de nombreuses études aérospatiales exotiques, les auteurs notent que «Bien sûr, les problèmes fondamentaux doivent être résolus avant toute application pratique.»

Cela ne signifie pas que le DOD a cessé d’essayer de résoudre ces problèmes. En 2009, l’AFRL a publié une autre étude intitulée «Lines of Energy Deposition for Supersonic / Hypersonic Temperature / Drag-Reduction and Vehicle Control». Le rapport a été rédigé par Kevin Kremeyer, vice-président de la recherche chez Physics, Materials, and Applied Mathematics Research (PM&AM) à Tucson, AZ. Kremeyer détient de nombreux brevets pour des systèmes conçus pour réduire la traînée grâce à l’utilisation d’énergie dirigée.

Dans l’étude AFRL de 2009, Kremeyer décrit l’utilisation d’impulsions laser pour créer des chemins ionisés dans l’air entourant un avion, puis faisant passer un courant électrique à travers ce chemin, formant essentiellement un éclair miniaturisé devant un véhicule. En créant ces trajectoires ionisées à différents angles par rapport au mouvement d’un avion, on prétend que de nouvelles formes de contrôle du véhicule pourraient être accomplies qui suppriment complètement les surfaces de contrôle externes:

La réduction de la traînée à un angle ou «hors axe» permet de diriger et de contrôler le véhicule, car il se déplacera le long du centre du tube à faible densité devant lui. Cela présente la capacité séduisante d’utiliser la carrosserie du véhicule comme seule surface de contrôle et de levage requise, car elle équilibre les moments / forces pour maintenir le véhicule confiné dans le chemin à faible densité.

Kremeyer affirme que cela pourrait permettre des manœuvres plus efficaces à des vitesses extrêmes et note que «chacun des éléments techniques nécessaires à la mise en œuvre de cette technologie a été démontré individuellement en laboratoire, sans aucune limitation physique apparente empêchant l’exécution en tant que système complet.

USAF

 

 

L’USAF n’est pas la seule branche militaire américaine à enquêter sur les dépôts d’énergie. Une étude de 2015 du Naval Research Laboratory intitulée «Guiding Supersonic Projectiles Using Optically Generated Air Density Channels» indique qu’un «canal de densité d’air réduite peut être généré par l’énergie déposée par la filamentation d’une impulsion laser femtoseconde intense» et que ce canal pourrait être utilisé pour contrôler la trajectoire des projectiles volants. Alors que le rapport se concentre sur les petits projectiles plutôt que sur les avions et décrit l’utilisation de lasers externes aux projectiles plutôt que portés à bord, le concept reste relativement identique à d’autres recherches citées ici: utiliser l’énergie dirigée pour réduire la pression de l’air devant un véhicule ou la trajectoire d’un projectile .

La NASA a même mené une étude en 2017 au Langley Research Center sur la «détermination expérimentale de la réduction de la traînée et de l’efficacité énergétique» des décharges laser avant les avions simulés voyageant à grande vitesse, et le ministère de l’Énergie (DOE) s’est penché sur la même chose. concept pour augmenter les performances des éoliennes.

Recherche en physique, matériaux et mathématiques appliquées

Depuis 2002, Kremeyer et sa société Physics, Materials, and Applied Mathematics Research ont remporté au moins 48 contrats SBIR proposés par le DHS, le DOD, le DOE et la NASA, largement axés sur les matériaux avancés, les lasers à impulsions courtes et d’autres applications d’énergie dirigée. . Selon leur site Web , les recherches de PM & AM se concentrent largement sur la réduction de la traînée et la dynamique de vol hypersonique, et la société affirme que sa technologie de réduction de la traînée «présente la possibilité d’éliminer plus de 90% de la traînée lors de vols à des vitesses supersoniques / hypersoniques. On ne sait pas à quel point cette affirmation de réduction de la traînée de 90% est crédible, mais si elle s’avère vraie ou même à distance, une telle technologie changerait totalement la donne en termes de performances aérodynamiques.

Dans un brevet de 2019 , Kremeyer de PM & AM affirme que son système peut réduire la traînée, faciliter la propulsion et réduire les effets thermiques d’un avion en ionisant et en chauffant l’air immédiatement autour du véhicule avec de courtes impulsions laser. L’énergie micro-ondes est ensuite pulsée dans ce plasma induit par laser pour chauffer davantage l’air devant le véhicule:

 

La technologie que nous proposons dépend essentiellement du couplage de l’énergie électromagnétique dans l’air dans une géométrie étendue définie avec précision avant l’onde de choc d’un véhicule. Les «décharges» ou «étincelles» laser ont été étudiées depuis les années 1960 avec un grand succès. Des relations d’échelle ont été obtenues pour différentes longueurs d’onde, et des mécanismes contributifs tels que la poussière et la diffusion de porteurs ont également été identifiés. Pour notre application, cependant, nous avons besoin de plus qu’une simple étincelle dans l’air. Nous avons besoin d’une bande d’air étendue bien contrôlée pour être chauffée aussi efficacement que possible. Ces méthodes peuvent encore être optimisées, et l’un de nos principaux intérêts est l’ionisation et le dépôt d’énergie résultant des impulsions laser se propageant dans l’atmosphère.

Semblable à l’utilisation de décharges électriques le long d’un chemin fermé, guidées et initiées par des impulsions laser ionisantes (telles que des filaments laser), l’énergie peut également être déposée plus en avant du véhicule, en utilisant des techniques de dépôt plus éloignées, telles que le dépôt d’énergie micro-ondes, dont le dépôt est amorcé / facilité en créant une région ionisée devant le véhicule, là encore, potentiellement à l’aide d’un plasma laser.

 

Kremeyer affirme également que ce système de dépôt d’énergie pourrait atténuer les bangs soniques et autres bruits ou résonances, ainsi que contribuer à une variété de processus industriels et de fabrication non aérospatiaux.

En 2011, PM & AM a reçu un contrat Air Force Phase I SBIR vaut 99999 $ intitulé « Laser / énergie micro – ondes de dépôt pour améliorer le contrôle / performance des véhicules à haute vitesse. » La Zone de guerre n’a pas pu trouver une liste originale pour cette offre SBIR, mais est archivé sur un site Web russe . 

Selon cette version archivée, l’objectif de l’AF103-009 est de «développer et démontrer des décharges pulsées micro-ondes laser pour générer des régions plasma de surface et volumétrique dans des flux aérodynamiques à grande vitesse pour améliorer les performances du véhicule et le contrôle de vol.» La section de description poursuit en indiquant qu’en utilisant des lasers, «il est concevable avec une orientation à motifs, que les nuages ​​de décharge volumétrique et de surface peuvent être sculptés et personnalisés pour avoir des formes en deux ou trois dimensions placées stratégiquement sur ou au-dessus d’un véhicule qui pourraient avoir des avantages pour la réduction de la traînée, la direction du véhicule et, éventuellement, la réduction du transfert de chaleur. »

Les avantages du résumé et du projet pour le programme tels qu’énumérés sur SBIR.gov sont les suivants:

RÉSUMÉ: Dans cet effort, nous couplerons l’énergie des sursauts de micro-ondes focalisés dans l’air et sur les surfaces en formant d’abord un plasma laser. La présence du plasma laser permet à des intensités de micro-ondes beaucoup plus faibles de coupler leur énergie à la surface ou au volume d’air pré-ionisé du laser, permettant un transfert d’énergie plus efficace et l’utilisation de systèmes de micro-ondes de faible puissance pour obtenir l’effet souhaité. Nous utiliserons une variété d’impulsions laser, y compris des impulsions laser ultra-courtes, qui peuvent atteindre les intensités requises pour ensemencer les surfaces et l’air, même avec très peu d’énergie par impulsion. Ceci est un résultat direct de leur courte largeur d’impulsion, et permettra une puissance laser moyenne très faible comme germe, en s’appuyant sur la source hyperfréquence la plus rentable pour la majeure partie du dépôt d’énergie. Dans cet effort, notre équipe définira des conditions de grande vitesse énergétiquement favorables, dans lesquelles mettre en œuvre des décharges laser-micro-ondes. Nous déterminerons également les paramètres de test nécessaires pour tester un système laser-micro-ondes orientable qui produit des décharges volumétriques de surface sculptées dans l’air au repos et en mouvement. Enfin, nous identifierons les plans de la phase II, pour développer et démontrer un système laser-micro-ondes.

AVANTAGE: Les avantages de cette technologie augmenteront le contrôle et les performances sur les plates-formes aériennes à grande vitesse, y compris les aéronefs militaires et civils, ainsi que les systèmes sans pilote (y compris les missiles et les véhicules de rentrée) et les engins d’accès et de rentrée dans l’espace. L’absence potentielle de pièces mobiles dans les effecteurs de commande résultants améliore considérablement le coût, le risque, les performances et la longévité.

En 2013, PM&AM a remporté un contrat NASA SBIR d’une valeur de 124 991 $ pour «démontrer la faisabilité de déposer de l’énergie à l’aide de techniques de base bien démontrées le long de la surface dans un écoulement supersonique pour contrôler / compresser / déplacer de force le fluide de la couche limite en créant un région en forme de bulle, réduisant ainsi le frottement visqueux de la peau. » Une liste NASA.gov pour le même contrat indique que la technologie peut être utilisée «pour améliorer l’efficacité aérodynamique d’un large éventail de plates-formes gouvernementales et industrielles supersoniques, y compris les jets d’affaires supersoniques, l’accès commercial et militaire aux véhicules spatiaux, les véhicules de croisière supersoniques, et plates-formes de livraison à haut débit. »

En 2015, l’Air Force SBIR de PM & AM est passé à la phase II avec un nouveau contrat d’une valeur de 1199 999 $. Au cours de la phase II, PM&AM prévoyait «de développer et de démontrer un système laser-micro-ondes capable de coupler l’énergie des sursauts micro-ondes focalisés en air au repos sans avoir besoin d’une cavité micro-onde, résultant en une configuration beaucoup plus applicable pour améliorer les performances des véhicules à grande vitesse. ” Le contrat prévoyait également que le système micro-ondes laser de PM & AM serait testé à diverses plages de pression subies par les véhicules hypersoniques et autres véhicules à grande vitesse.

Une feuille de calcul de financement de la DARPA pour l’ exercice 2016 qui se trouve sur le site Web de la Direction des services exécutifs répertorie un numéro de contrat identique dans le cadre du programme «Solider Protection Systems» d’une valeur de 150 000 $. Dans le brevet 2020 de Kremeyer «Systèmes de dépôt d’énergie, équipements et méthodes pour modifier et contrôler les ondes de choc et le flux supersonique», il est affirmé que le même type de système de dépôt d’énergie laser-micro-ondes pourrait être utilisé pour protéger les véhicules terrestres des ondes de choc ou des ondes de souffle produites par IED ou autres explosifs. Selon son site Web, les systèmes de protection des soliders de la DARPA se concentrent sur «des matériaux et des systèmes de matériaux capables de contrôler l’absorption et la propagation d’énergie de la balistique ou des explosions». 

La zone de guerre a contacté Kremeyer et PM&AM pour plus d’informations sur leurs recherches, mais n’a pas encore reçu de réponse.

Pour nous aider à contextualiser cette recherche en termes de systèmes réels en développement, The War Zone s’est entretenu avec le Dr David Van Wie , chef du secteur de la défense aérienne et antimissile du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. Entre autres sujets relatifs à l’aérospatiale et à la défense, Van Wie a publié de nombreux articles sur les systèmes de réduction de la traînée par dépôt d’énergie et d’ autres concepts aérodynamiques à base de plasma , et a dirigé « Advanced Physics System Study for Future Aerospace Vehicles» de l’ AFRL .

Van Wie a déclaré à The War Zone que, bien que les niveaux de puissance requis pour les systèmes de dépôt d’énergie cités ci-dessus soient en effet possibles compte tenu des systèmes d’alimentation des aéronefs d’aujourd’hui, le poids d’accompagnement qui doit être logé dans tout système de réduction de la traînée de l’avion compenserait certains des gains de ce système. pourrait produire. «Un générateur d’un mégawatt monté sur un moteur à turbine est un système assez lourd à intégrer dans n’importe quel avion pratique», dit-il. “Ce n’est pas que vous ne pouviez pas le faire, mais cela finit par être un défi de poids pour générer un niveau de puissance approprié pour avoir une réduction de traînée raisonnable.”

Il a souligné que l’efficacité est la clé des dépôts d’énergie pour la réduction de la traînée, car les niveaux de réduction de la traînée doivent être mis en balance avec les exigences de poids et de puissance supplémentaires. «Le système de réduction de la traînée doit être plus efficace que ce que vous pourriez obtenir d’un moteur ou il n’a pas de sens d’utiliser la réduction de la traînée; vous construisez juste un plus gros moteur. “

Van Wie n’a pas connaissance d’essais en vol réels de ces types de systèmes de dépôt d’énergie, car il reste encore assez complexe et coûteux d’intégrer un tel système dans un avion. En outre, il a noté qu’il existe «encore des incertitudes relativement importantes sur l’efficacité avec laquelle un système comme celui-ci pourrait fonctionner, même compte tenu de tous les documents universitaires et de soufflerie qui ont été générés. Il y a encore un peu d’incertitude sur les performances qui peuvent être réalisées. » 

Pourtant, Van Wie a déclaré que les niveaux assez importants de réduction de la traînée cités par Kremeyer et d’autres ne sont “pas seulement théoriques” et ont été réalisés dans des essais en soufflerie, bien que ces essais impliquent souvent des corps d’essai contondants et d’autres formes non aéronautiques. «La vraie question est de savoir quel genre d’efficacité puis-je obtenir sur un système plus optimisé pour un véhicule de vol, une forme aérodynamique, qui est fondamentalement conçu pour ne pas avoir beaucoup de traînée», a-t-il déclaré à The War Zone. «La question de l’efficacité est finalement liée aux questions de formes et autres, et il faut donc répondre à ces questions ensemble. Puis-je obtenir un rendement élevé dans une configuration qui serait typique de celles que nous utilisons pour les véhicules volants qui sont déjà très efficaces aérodynamiquement? »

Un aperçu possible de ce qui est à venir

L’intérêt pour les armes et les véhicules hypersoniques a explosé dans tout le complexe aérospatial de la défense et de l’industrie, avec d’énormes opportunités de contrats. L’appétit du Pentagone pour les armes hypersoniques est devenu si immense et pressant qu’il a créé des opportunités de contrats pour ce qui semble être littéralement n’importe quelle technologie hypersonique . 

Parallèlement à la révolution hypersonique en plein essor, les systèmes d’énergie dirigée continuent de devenir plus petits et plus puissants , et des applications telles que les concepts de dépôt d’énergie cités ci-dessus semblent beaucoup plus possibles qu’elles ne l’étaient dans les décennies passées. Les recherches du DoD sur la technologie laser à semi-conducteurs ont rendu les armes à énergie dirigée beaucoup plus portables, leur permettant d’être installées à bord de navires de surface ou dans des nacelles à bord d’aéronefs . Il n’est pas difficile de dire que les systèmes à énergie dirigée pourraient éventuellement être miniaturisés et suffisamment efficaces pour être utilisés dans des systèmes de réduction de traînée ou de contrôle de débit.

LOCKHEED MARTIN

Représentation d’artiste d’un futur avion neutralisant une menace avec une arme à énergie dirigée.

 

 

La recherche sur les dépôts d’énergie citée ci-dessus est un cas rare dans lequel deux des domaines de recherche les plus avancés du ministère de la Défense pourraient potentiellement se combiner pour former une capacité entièrement nouvelle et absolument redoutable: des véhicules hypersoniques capables de voler de manière extrêmement efficace à des vitesses incroyables, un exploit. rendu possible par de nouvelles applications révolutionnaires de lasers et de micro-ondes couplées à des formes aérodynamiques sur mesure et à une propulsion hypersonique. 

Bien entendu, toutes les recherches citées ci-dessus ne sont qu’un aperçu de ce qui a été publié publiquement. Il y a sans aucun doute des recherches sur les dépôts d’énergie à divers stades du monde classé. Spécialement maintenant. Étant donné que le DoD est sur le point de dépenser plus de 71 milliards de dollars pour des programmes classifiés en 2021, on ne peut qu’imaginer quels types de plates-formes hypersoniques non divulguées et de systèmes à énergie dirigée sont en cours de développement, étant donné que ce sont deux des domaines de développement d’armes les plus stratégiquement compétitifs aujourd’hui. 

Alors que ces deux domaines de recherche technologique de pointe continuent de fusionner sous la forme de dépôt d’énergie pour le contrôle aérodynamique, des formes entièrement nouvelles de conception, de propulsion et de contrôle des aéronefs peuvent apparaître et ouvrir de nouvelles frontières en termes de vitesses pouvant être atteintes  dans l’atmosphère terrestre.