Hoe hypersonische vluchttechnologie van het laboratorium naar de lucht beweegt

Stel je voor dat je van het ene deel van de wereld naar het andere kunt vliegen in een uur, in plaats van een hele dag te nemen. Is dat niet opwindend? 

Hoewel het misschien aan wensen lijkt, staat het dicht bij realisatie in een niet‑zo‑verre toekomst, aangezien een nieuwe studie hypersonische vluchten een belangrijke stap dichter bij de realiteit brengt.

Gepubliceerd in Nature Communications, beschrijft de studie een doorbraak in het begrijpen van hypersonische turbulentie¹ die de langeafstandsvluchten zou kunnen transformeren. 

Als het gaat om hypersonische vluchten, is het ontwerp van het vliegtuig cruciaal voor het succes. Om zo’n hoog‑snelheidsvoertuig te ontwerpen, is het belangrijk om de aerodynamische weerstand en warmteoverdracht nauwkeurig te voorspellen, wat een fysiek begrip van turbulentie bij deze extreme snelheden vereist.

Om dat begrip te verkrijgen, hebben onderzoekers van de particuliere onderzoeksuniversiteit Stevens Institute of Technology hetzelfde getest, met hun laser‑gebaseerde kryptonexperimenten die suggereren dat turbulentie bij hypersonische snelheden zich meer gedraagt als langzamere luchtstromen dan verwacht. 

Met de resultaten die laten zien dat turbulentie bij extreme snelheden niet veel verschilt van die bij lagere snelheden, zou dit het ontwerp van hypersonische voertuigen kunnen vereenvoudigen en versnellen.

En als het de grens tussen science‑fiction en realiteit overstijgt, kunnen hypersonische vluchten de wereldwijde reis volledig veranderen. Langeafstandsroutes die nu 10 tot 20 uur duren, kunnen worden omgevormd tot korte pendelreizen die slechts een uur duuren. 

“Het verkleint de planeet echt,” zei de mede‑auteur van de studie, Nicholaus Parziale, van de Afdeling Werktuigbouwkunde, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, VS. “Het zal reizen sneller, gemakkelijker en aangenamer maken.”

De focus van Parziale’s onderzoek ligt op het realiseren van hypersonische vlucht. Dat betekent een vlucht door de atmosfeer onder een hoogte van ongeveer 56 mijl (ongeveer 90 km) met een snelheid die meer dan vijf keer de geluidssnelheid bedraagt, wat bekend staat als Mach 5.

Mach 1 is simpelweg de geluidssnelheid, d.w.z. 761 mijl per uur. Onderzoekers proberen vliegtuigen te laten vliegen tot Mach 10 om de reistijd drastisch te verkorten, maar natuurlijk gedraagt de lucht zich bij zulke hoge snelheden niet hetzelfde als bij lage snelheden.

Wetenschappelijk gezien is er bij lage snelheden, onder 1 Mach, een incompressibele stroming. Dit betekent dat de luchtdichtheid bijna constant blijft, en het vliegtuigontwerp eenvoudig is.

Maar dit verandert bij hogere snelheden, waar compressibele stroming optreedt, omdat gas kan worden samengedrukt. Wat dit betekent is dat door variaties in druk en temperatuur, de luchtdichtheid aanzienlijk verandert, en die compressie beïnvloedt hoe een vliegtuig vliegt.

“Compressibiliteit beïnvloedt hoe de luchtstroom rond het lichaam gaat, en dat kan zaken als lift, weerstand en stuwkracht die nodig zijn voor opstijgen of in de lucht blijven, veranderen,” allemaal cruciaal voor het vliegtuigontwerp.

Bij ‘lage Mach’-getallen hebben ingenieurs een goed begrip van hoe deze luchtstroom werkt en vliegtuigen beïnvloedt. Bij hogere Mach-getallen is dat minder het geval.

Er bestaat echter de hypothese van Morkovin. De hypothese is fundamenteel voor ons begrip van supersonische en hypersonische compressibele turbulentie. Volgens de hypothese: “we kunnen met vertrouwen verwachten dat de essentiële dynamiek van deze supersonische schuifstromen het incompressibele patroon zal volgen.”

Meer dan een halve eeuw geleden opgesteld door Mark Morkovin, suggereert de hypothese dat bij Mach 5 of 6 het turbulentiegedrag niet veel verschilt van dat bij lagere snelheden. Hoewel luchtdichtheid en temperatuur meer veranderen in snellere stromingen, stelt de hypothese dat de basis “schokkerige” beweging van turbulentie voornamelijk hetzelfde blijft. 

“Kortom, de hypothese van Morkovin betekent dat de manier waarop turbulente lucht beweegt bij lage en hoge snelheden niet zo verschillend is. Als de hypothese klopt, betekent dat dat we geen geheel nieuwe manier nodig hebben om turbulentie bij deze hogere snelheden te begrijpen. We kunnen dezelfde concepten gebruiken die we gebruiken voor de langzamere stromingen.” 

– Parziale

Dit betekent ook dat er geen drastisch andere ontwerpbenaderingen nodig zijn, waardoor hypersonische vliegtuigen eenvoudiger worden.

Tot nu toe is er echter niet genoeg experimenteel bewijs om de hypothese te ondersteunen. Daarom namen Parziale en zijn team de uitdaging aan en besteedden meer dan een decennium aan het bouwen van de opstelling voor hetzelfde.

In hun studie getiteld “Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis” maakten ze gebruik van krypton, een kleurloos, smaakloos, reukloos en het lichtste edelgas, dat slechts in sporen in de atmosfeer voorkomt.

Met behulp van lasers ioniseerde Parziale’s team eerst krypton. Het gas werd in de luchtstroom van een windtunnel geïnjecteerd, waardoor de atomen tijdelijk een gloeiende lijn vormden. Terwijl de lijn aanvankelijk recht was, boog en kronkelde de fluorescerende kryptonlijn terwijl ze door de lucht van de windtunnel bewoog. Het team gebruikte ultra‑hoog‑resolutiecamera’s om de beweging vast te leggen.

“Terwijl die lijn met het gas meebeweegt, kun je rimpelingen en structuur in de stroming zien, en daarvan kunnen we veel leren over turbulentie,” zei Parziale. “En wat we ontdekten was dat bij Mach 6 het turbulentiegedrag behoorlijk dicht bij de incompressibele stroming ligt.”

Volgens de studie ondersteunen hun experimentele gegevens de hypothese van Morkovin, die fundamenteel is voor ons begrip van hypersonische en supersonische compressibele turbulentie.

Hoewel de hypothese van Morkovin nog niet volledig bevestigd is, is het een prestatie. Door te suggereren dat vliegtuigen geen volledig nieuwe ontwerpbenadering nodig hebben om op hypersonische snelheden te vliegen, vereenvoudigt het de zaken en brengt het ons een grote stap dichter bij hypersonische vlucht.

“Tegenwoordig moeten we computers gebruiken om een vliegtuig te ontwerpen, en de rekenkracht die nodig is om een vliegtuig te ontwerpen dat op Mach 6 vliegt, waarbij alle kleine details worden gesimuleerd, zou onmogelijk zijn,” zei Parziale. “De hypothese van Morkovin stelt ons in staat vereenvoudigde aannames te maken zodat de computationele eisen voor het ontwerpen van hypersonische voertuigen haalbaarder worden.”

Volgens Parziale, die de Presidentiële Early Career Award for Scientists and Engineers heeft ontvangen voor zijn onderzoek naar de stromingsmechanica die invloed heeft op hoog‑snelheidsvluchten, kunnen de bevindingen van de studie de ruimtevaarttransport transformeren. Hij zei:

“Als we vliegtuigen kunnen bouwen die op hypersonische snelheid vliegen, kunnen we ze ook de ruimte in vliegen, in plaats van raketten te lanceren, wat transport naar en van een lage aardbaan gemakkelijker zou maken. Het zal een game‑changer zijn voor transport, niet alleen op aarde, maar ook in een lage baan.”

De race om hypersonische vlucht, mobiliteit & defensie te ontgrendelen

Hoewel hypersonische vlucht nog niet bestaat, maakte het eerste supersonische passagiersvliegtuig in 1976 zijn eerste commerciële vlucht. Concorde, een gezamenlijke inspanning van het VK en Frankrijk, was het supersonische commerciële vliegtuig dat sneller kon vliegen dan de geluidssnelheid. Het stond bekend om zijn luxe en snelheid, en voerde trans-Atlantische routes uit waarbij de vliegtijd werd gehalveerd. 

Maar na slechts 50.000 vluchten werd het in 2003 buiten gebruik gesteld na een dodelijk ongeluk, lage passagiersaantallen en hoge onderhoudskosten. Dit vroege hoofdstuk in de high‑speed luchtvaart zette zowel het potentieel als de beperkingen voor toekomstige inspanningen.

Hoewel Concorde faalde, toonde het aan dat het mogelijk was om de Atlantische Oceaan in enkele uren te oversteken, en nu richten organisaties zich op het verhogen van brandstofefficiëntie en het ontwerpen van vliegtuigen die hoge snelheden kunnen bereiken. Een nieuwe generatie straalvliegtuigen werkt ook aan het waarmaken van de belofte van hypersonische vlucht.

Terwijl commerciële vliegtuigen nog niet deze extreme snelheden bereiken, vliegen militaire vliegtuigen al op ongeveer drie keer de geluidssnelheid, oftewel Mach 3. Ondertussen zijn veel hypersonische vluchten getest, bij snelheden veel hoger dan Mach 5 of zelfs Mach 10.

Deze mijlpalen gaan terug tot de vroegste objecten die hypersonische beweging konden maken. De eerste die werd vervaardigd voor hypersonische vlucht was de Bumper‑raket, die, in 1949, een snelheid van ongeveer Mach 6 bereikte. Hij overleefde de terugkeer echter niet.

Om zulke snelheden in vliegtuigen te behouden en te controleren, werden nieuwe voortstuwingstechnologieën essentieel.

Een sleuteltechnologie voor hypersonische vlucht is de scramjet. Een supersonische verbrandingsramjet, of scramjet, is een variant van een ramjet‑luchtinlaatmotor, die verbranding uitvoert in supersonische luchtstroom, waardoor hij efficiënter is voor hypersonische vlucht dan een traditionele ramjet.

Een geavanceerd type lucht‑inlaatmotor, een scramjet, werkt bij Mach 5 en hoger. Hij heeft geen bewegende delen en gebruikt de voorwaartse beweging van het vliegtuig om lucht te comprimeren voor verbranding.  

Voor scramjets boden ramjets het meest efficiënte pad naar Mach 3 tot Mach 5, en fungeerden ze als de lagere fase van veel hypersonische systemen. Tussen ramjet en scramjet bevinden zich dual‑mode ramjets die Mach 3 tot Mach 8 vlucht in één motor mogelijk maken.

Dan zijn er turbo‑gebaseerde gecombineerde cyclus (TBCC) motoren, een hybride van een traditionele turbojet en een ramjet/scramjet. Terwijl turbojets kunnen werken tot ongeveer Mach 2 tot Mach 3, schakelen ze bij hogere snelheden over naar ramjet/scramjet‑modus.

Andere soorten motoren omvatten air‑turbo‑rocket (ATR) motoren die atmosferische zuurstof gebruiken om brandstof te verbranden, roterende detonatiemotoren (RDE’s) die een continue roterende detonatiegolf gebruiken voor verbranding, en gecombineerde‑cyclus motoren van Reaction Engines (SABRE), een lucht‑inlaat‑ en raket‑hybride met een voorkoeler die de inkomende hypersonische lucht tot omgevingstemperatuur afkoelt.
Swipe to scroll →

Deze innovaties hebben de weg geëffend voor ambitieuze commerciële concepten. Bijvoorbeeld, de A‑HyM Hypersonic Air Master voorziet een commercieel vliegtuig dat op Mach 7,3 opereert. Dit futuristische jetconcept is ontworpen voor een commerciële luchtliner die een reis van Londen naar Los Angeles in slechts 90 minuten zou kunnen voltooien. Het wordt geschat een capaciteit van ongeveer 170 passagiers te hebben.

Het motorsysteem zou een oblique detonatie‑motor (ODE), ramjet en turbojet‑technologieën combineren in een gecombineerde‑cyclusconfiguratie. Ook zou het aangedreven worden door een waterstofmotor. Bovendien zou A‑HyM een titanium en koolstofvezelstructuur hebben, en om geluidsproblemen aan te pakken, zal het een Sonic Boom Mitigation System integreren.

Een sonische knal is een donderend geluid veroorzaakt door een object dat sneller beweegt dan de geluidssnelheid. Het is niet slechts één “boom”, maar een continu geluid dat wordt uitgezonden zolang het object supersonisch vliegt. 

Dan is er het herbruikbare hypersonische ruimtevliegtuigconcept genaamd Stargazer, voorgesteld door Venus Aerospace, dat snelheden rond Mach 9 nastreeft, een bereik van ongeveer 5.000 mijl, en kruishoogtes ver boven 100.000 voet – waardoor het een ultra‑snelle platform voor wereldwijde reizen wordt.

Onlangs heeft Lockheed Martin (LMT ) Ventures een strategisch belang verworven in de raket‑voortstuwings‑startup te midden van groeiende concurrentie om de ontwikkeling van hypersonische raketten te versnellen.

Venus Aerospace heeft een voortstuwingssysteem ontwikkeld, een roterende detonatie‑raketmotor (RDRE), die een continu roterende detonatie‑schokgolf gebruikt om stuwkracht te genereren, en voltooide eerder dit jaar een vlucht‑test van een RDRE met 2.000 pound‑stuwkracht.

Dus, particuliere ruimtevaartbedrijven versnellen naar herbruikbare hypersonische platformen, maar ze staan er niet alleen voor; overheidsinstanties wereldwijd investeren ook in geavanceerd hypersonisch onderzoek.

Ingenieurs bij NASA werken samen met het Air Force Research Laboratory (AFRL) en Australië’s Defence Science and Technology Organisation (DSTO) aan een Hypersonic International Flight Research Experimentation Program (HIFiRE) dat een dual‑mode ramjet/scramjet zou testen voor een gerichte snelheid van Mach 8. 

De Australische regering heeft recentelijk een investering van $10 miljoen in aandelen gedaan in de lokale ruimtevaartonderneming Hypersonix Launch Systems (HLS), die een vliegtuig ontwikkelt dat zou vliegen op meer dan Mach 12 en zal aangedreven worden door waterstofbrandstof. Hun eigen scramjet‑motor heeft de naam “SPARTAN,” en is herbruikbaar en 3D‑geprint.

Vorige maand voerde GE Aerospace (GE ) een vlucht‑test uit met ATLAS, een demonstrator aangedreven door het nieuwe vaste‑brandstof‑ramjet van het bedrijf, onder het Defense Production Act Title III‑programma van het Amerikaanse ministerie van Defensie.

De European Space Agency (ESA) heeft ook een onderzoeksprogramma gelanceerd genaamd INVICTUS om eigen hypersonische vluchttechnologieën te ontwikkelen. Het zal sleuteltechnologieën demonstreren voor duurzame hypersonische vlucht en zal een volledig herbruikbaar voertuig zijn dat kan vliegen op Mach 5.

Investeren in hypersonische vluchttechnologie

Lockheed Martin Corporation is een lucht‑ en ruimtevaart‑ en beveiligingsbedrijf dat geavanceerde technologische systemen ontwerpt, vervaardigt, integreert en ondersteunt. Het opereert via:

• Aeronautica
• Raket‑ en vuurkontrole (MFC)
• Rotary en Missiesystemen (RMS)
• Ruimte‑segmenten

Het bedrijf richt zich voornamelijk op de ontwikkeling van militaire vliegtuigen, lucht‑, zee‑ en land‑gebaseerde raketafweersystemen, militaire en commerciële helikopters, bemande en onbemande grondvoertuigen, satellieten, ruimte‑transport‑systemen en energie‑beheersoplossingen.

In samenwerking met NASA heeft Lockheed Martin de X‑59 ontwikkeld om specifiek het probleem van de sonische knal aan te pakken.

Met een verlengde romp is het ontwerp van de X‑59 bedoeld om de schokgolf te herverdelen bij het doorbreken van de geluidsbarrière. Het heeft het waargenomen geluid op de grond teruggebracht tot ongeveer 75 decibel, waardoor alleen een zachte “klap” ontstaat, “ongeveer zo luid als een autodeur die sluit.”

Eind vorige maand vloog de X‑59 voor de allereerste keer, van de Skunk Works‑faciliteit in Palmdale naar NASA’s Armstrong Flight Research Center, wat Lockheed Martin beschrijft als een “momentum” dat bewijst dat “de toekomst van de vlucht sneller en stiller kan zijn dan ooit tevoren.”

Hij is minder dan 100 voet lang, heeft een spanwijdte van ongeveer 30 voet en staat ongeveer 14 voet hoog. Hij vliegt op ongeveer 55.000 voet en kan Mach 1,4 snelheden van 925 mph bereiken.

“De X‑59 zal worden gebruikt om gegevens over de acceptatie van een stille sonische knal te verzamelen, gegenereerd door het unieke ontwerp van het vliegtuig. De gegevens zullen NASA helpen regelgevers te voorzien van de informatie die nodig is om een aanvaardbare commerciële supersonische geluidsnorm vast te stellen om het verbod op commerciële supersonische reizen over land op te heffen,” zegt het bedrijf. “Deze doorbraak zou de deur openen naar een geheel nieuwe wereldmarkt voor vliegtuigfabrikanten, waardoor passagiers overal ter wereld kunnen reizen in de helft van de huidige tijd.“

Niet alleen heeft het de X‑59 met NASA ontwikkeld, maar het werkt ook aan de SR‑72, met een operationeel doel van ongeveer Mach 6. Terwijl er niet veel bekend is over deze conceptuele opvolger van de SR‑71 Blackbird, is de SR‑72 bedoeld voor inlichtingen, bewaking en verkenning en wordt hij vaak aangeduid als “Son of Blackbird.”

Deze is gepositioneerd als een hypersonisch vliegtuig dat in de jaren 2030 in dienst zou kunnen treden.

Met een marktkapitalisatie van $109 miljard worden de aandelen van Lockheed Martin momenteel verhandeld tegen $470,78, met een 52‑week bereik van $410,11 tot $546,00. Het heeft een EPS (TTM) van 17,95 en een P/E (TTM) van 26,22.

Lockheed betaalt een dividendrendement van 2,93%. Begin deze maand keurde het een dividend uit voor het vierde kwartaal van $3,45 per aandeel, een stijging van 5% ten opzichte van het vorige kwartaaldividend. Het bedrijf keerde ook $1,8 miljard aan contanten terug aan aandeelhouders in Q3 2024 via dividenden en aandeleninkoop, die met $2 miljard werden verhoogd tot een totaal van $9 miljard.

In deze periode noteerde het een omzet van $18,6 miljard en een nettowinst van $1,6 miljard, of $6,95 per aandeel. De operationele kasstroom bedroeg $3,7 miljard, terwijl de vrije kasstroom $3,3 miljard was. 

Lockheed meldde ook een record‑achterstand van $179 miljard, wat CEO Jim Taiclet zei: “onderstreept het vertrouwen dat onze klanten in ons stellen en vormt de basis voor de langetermijngroei van ons bedrijf.” Hij merkte ook op dat door de “ongekende vraag” de productiecapaciteit aanzienlijk wordt uitgebreid over een breed scala aan bedrijfssegmenten.

Laatste Lockheed Martin Corporation (LMT) Aandelen Nieuws

Conclusie

Hypersonische vlucht is niet langer een verre grens, maar een testbare technische uitdaging, die steeds dichterbij komt om een realiteit te worden met doorbraken in voortstuwingstechnologieën, wereldwijde investeringen in herbruikbare hogesnelheidsvoertuigen, en nieuwe experimenten die decennialange hypothesen bevestigen.

Referenties

1. Segall, B. A., Keenoy, T. C., Kokinakos, J. C., Langhorn, J. D., Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, N. J. “Hypersonic turbulent quantities in support of Morkovin’s hypothesis.” Nature Communications 16, Article 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4