Hvordan hypersonisk flyteknologi går fra laboratorium til himmelen

Forestill deg at du kunne fly fra en del av verden til en annen på en time, i stedet for å bruke en hel dag. Er ikke det spennende? 

Selv om det kan føles som ønsketenkning, er det nært å bli mulig i en ikke så fjern fremtid ettersom en ny studie bringer hypersoniske flyvninger et annet stort skritt nærmere virkeligheten.

Publisert i Nature Communications beskriver studien et gjennombrudd i forståelsen av hypersonisk turbulens¹ som kan forvandle langdistanse‑reiser. 

Når det gjelder hypersoniske flyvninger, er design av flyet kritisk for suksessen. For å designe et slikt høyhastighetskjøretøy er det viktig å nøyaktig forutsi aerodynamisk drag og varmetransport, noe som krever en fysisk forståelse av turbulens ved disse ekstreme hastighetene.

For å oppnå den forståelsen testet forskere fra det private forskningsuniversitetet Stevens Institute of Technology dette, med deres laserbaserte krypton‑eksperimenter som antyder at turbulens ved hypersoniske hastigheter oppfører seg mer som langsommere luftstrøm enn forventet. 

Med resultatene som viser at turbulens ved ekstreme hastigheter kanskje ikke avviker mye fra den ved lavere hastigheter, kan dette forenkle og strømlinjeforme designen av hypersoniske kjøretøy og akselerere fremdriften mot å gjøre ultrarask reise til virkelighet.

Og hvis det går fra science fiction til virkelighet, kan hypersoniske flyvninger fullstendig endre global reise. Langdistanseruter som i dag tar 10 til 20 timer kan bli korte pendler som kanskje tar bare en time.

“Det gjør virkelig planet mindre,” sa studiens medforfatter Nicholaus Parziale fra Department of Mechanical Engineering, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, USA. “Det vil gjøre reise raskere, enklere og mer behagelig.”

Fokuset i Parziales forskning er å gjøre hypersonisk flyvning til virkelighet. Dette betyr en flyvning gjennom atmosfæren under en høyde på omtrent 56 miles (ca. 90 km) med en hastighet som er mer enn fem ganger lydens hastighet, noe som refereres til som Mach 5.

Mach 1 er simpelthen lydens hastighet, dvs. 761 miles per time. Forskere prøver å få fly som flyr ved så mye som Mach 10 for å drastisk redusere tiden, men selvfølgelig, ved så høye hastigheter oppfører luften seg ikke rundt flyet på samme måte som ved lave hastigheter.

Vitenskapelig, ved lave hastigheter, under 1 Mach, er det en inkompressibel strømning. Dette betyr at lufttettheten forblir nesten konstant, og flydesign er enkelt.

Men dette endres ved høyere hastigheter, hvor komprimerbar strømning oppstår, fordi gassen kan komprimeres. Dette betyr at på grunn av variasjoner i trykk og temperatur, lufttettheten endrer seg betydelig, og den kompresjonen påvirker hvordan et fly flyr.

“Komprimerbarhet påvirker hvordan luftstrømmen går rundt kroppen, og det kan endre ting som løft, drag og skyvekraft som kreves for å ta av eller holde seg i luften,” alle disse er nøkkelen til flydesign.

Ved ‘lav Mach’-tall har ingeniører god forståelse av hvordan denne luftstrømmen fungerer med og påvirker fly. Men ikke så mye ved høyere Mach-tall.

Det finnes Morkovins hypotese. Hypotesen er grunnleggende for vår forståelse av supersonisk og hypersonisk komprimerbar turbulens. I henhold til hypotesen, “vi kan med sikkerhet forvente at de essensielle dynamikkene i disse supersoniske skjærstrømmene vil følge det inkompressible mønsteret.”

Satt sammen for mer enn et halvt århundre siden av Mark Morkovin, antyder hypotesen at ved Mach 5 eller 6 er turbulensens oppførsel ikke så forskjellig fra den ved lavere hastigheter. Selv om lufttetthet og temperatur endres mer i raskere strømninger, sier hypotesen at den grunnleggende “hakkete” bevegelsen av turbulens stort sett forblir den samme. 

“I hovedsak betyr Morkovins hypotese at måten den turbulente luften beveger seg på ved lave og høye hastigheter ikke er så forskjellig. Hvis hypotesen er korrekt, betyr det at vi ikke trenger en helt ny måte å forstå turbulens ved disse høyere hastighetene. Vi kan bruke de samme konseptene vi bruker for de langsommere strømningene.”

– Parziale

Dette betyr også at det ikke er behov for betydelig forskjellige designtilnærminger, og dermed forenkler hypersoniske fly.

Så langt har det imidlertid ikke vært tilstrekkelig eksperimentell evidens for å støtte hypotesen. Derfor tok Parziale og teamet hans utfordringen og brukte over et tiår på å bygge oppsettet for dette.

I deres studie med tittelen “Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis,” brukte teamet krypton, en fargeløs, smakløs, luktfri og letteste edelgass, som kun forekommer i spor i atmosfæren.

Ved å bruke laser ioniserte Parziales team krypton. Gassen ble sådd inn i luftstrømmen inne i en vindtunnel, midlertidig slik at atomene dannet en glødende linje. Mens den i starten var rett, bøyde og vridde den fluorescerende kryptonlinjen seg mens den beveget seg gjennom vindtunnelens luft. Teamet brukte ultrahøyoppløselige kameraer for å fange bevegelsen.

“Når den linjen beveger seg med gassen, kan du se krøller og struktur i strømmen, og fra det kan vi lære mye om turbulens,” sa Parziale. “Og det vi fant var at ved Mach 6 er turbulensens oppførsel ganske lik den inkompressible strømmen.”

Ifølge studien støtter deres eksperimentelle data Morkovins hypotese, som er grunnleggende for vår forståelse av hypersonisk og supersonisk komprimerbar turbulens.

Selv om Morkovins hypotese ikke er fullt bekreftet, er det en prestasjon. Ved å antyde at fly ikke trenger en helt ny designtilnærming for å fly i hypersoniske hastigheter, forenkler det ting og tar oss et stort skritt nærmere hypersonisk fly.

“I dag må vi bruke datamaskiner for å designe et fly, og de beregningsressursene som kreves for å designe et fly som skal fly i Mach 6, simulere alle de små, detaljerte detaljene ville være umulig,” sa Parziale. “Morkovins hypotese lar oss gjøre forenklede antakelser slik at de beregningsmessige kravene for å designe hypersoniske kjøretøy kan bli mer håndterbare.”

Ifølge Parziale, som har mottatt Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers for sin forskning på fluidmekanikk som påvirker høyhastighetsfly, kan studiens funn bidra til å transformere romtransport. Han sa:

“Hvis vi kan bygge fly som flyr i hypersonisk hastighet, kan vi også fly dem inn i verdensrommet, i stedet for å skyte opp raketter, noe som vil gjøre transport til og fra lav jordbane enklere. Det vil bli en spillveksler for transport ikke bare på jorden, men også i lav bane.”

Kappløpet for å låse opp hypersonisk flyvning, mobilitet og forsvar

Selv om hypersonisk flyvning ennå ikke er her, tok det første supersoniske passasjerflyet sin første kommersielle flyvning i 1976. Concorde, et felles prosjekt mellom Storbritannia og Frankrike, var det supersoniske kommersielle luftskipet som kunne fly raskere enn lydens hastighet. Det var kjent for sin luksus og hastighet, og opererte transatlantiske ruter og halverte flytiden. 

Men etter kun 50 000 flyvninger ble det pensjonert i 2003 etter en dødelig krasj, lave passasjertall og høye vedlikeholdskostnader. Dette tidlige kapitlet i høyhastighetsflyvning satte både potensialet og begrensningene for fremtidige forsøk.

Selv om Concorde mislyktes, viste den at det var mulig å krysse Atlanteren på noen timer, og nå fokuserer organisasjoner på å øke drivstoffeffektiviteten og designe fly som kan oppnå høye hastigheter. En ny generasjon jetfly jobber også med å oppfylle løftet om hypersonisk flyvning.

Mens kommersielle fly ennå ikke har oppnådd ekstreme hastigheter, flyr militære fly allerede med omtrent tre ganger lydens hastighet, også kjent som Mach 3. I mellomtiden har mange hypersoniske fly blitt testet, ved hastigheter mye høyere enn Mach 5 eller til og med Mach 10.

Disse milepælene sporer tilbake til de tidligste objektene som kunne oppnå hypersonisk bevegelse. Det første som ble produsert for hypersonisk flyvning var Bumper‑raketten, som i 1949 nådde en hastighet på omtrent Mach 6. Den overlevde imidlertid ikke gjeninntreden.

For å opprettholde og kontrollere slike hastigheter i fly, ble nye fremdriftløsninger essensielle.

En nøkkelteknologi for hypersonisk flyvning har vært scramjet. En supersonisk forbrenningsramjet, eller scramjet, er en variant av en ramjet luftpustende jetmotor, som utfører forbrenning i supersonisk luftstrøm, noe som gjør den mer effektiv for hypersonisk flyvning enn en tradisjonell ramjet.

En avansert type luftpustende jetmotor, en scramjet, opererer ved Mach 5 og høyere. Den har ingen bevegelige deler og bruker flyets fremoverbevegelse til å komprimere luft for forbrenning.  

Før scramjets tilbød ramjets den mest effektive veien til Mach 3 til Mach 5, og fungerte som den nedre fasen i mange hypersoniske systemer. Mellom ramjet og scramjet finnes dual‑mode ramjets som gjør Mach 3 til Mach 8 flyvning mulig i én motor.

Deretter finnes turbo‑baserte kombinerte sykluser (TBCC) motorer, som er en hybrid av en tradisjonell turbojet og en ramjet/scramjet. Mens turbojet kan fungere opp til omtrent Mach 2 til Mach 3, går de for høyere hastigheter over til ramjet/scramjet‑modus.

Andre typer motorer inkluderer air‑turbo‑rocket (ATR) motorer som bruker atmosfærisk oksygen til å brenne drivstoff, roterende detonasjonsmotorer (RDE) som bruker en kontinuerlig roterende detonasjonsbølge for forbrenning, og kombinerte sykluser av Reaction Engines (SABRE), som er en luft‑og‑raket‑hybrid med en forkjøler som kjøler innkommende hypersonisk luft til omgivelsesnivå.
Swipe to scroll →

Disse innovasjonene har banet vei for ambisiøse kommersielle konsepter. For eksempel forestiller A‑HyM Hypersonic Air Master seg et kommersielt fly som opererer ved Mach 7,3. Dette futuristiske jet‑konseptet er designet for et kommersielt luftskip som ville tillate en tur fra London til Los Angeles å bli fullført på bare 90 minutter. Det er estimert å ha kapasitet for omtrent 170 passasjerer.

Dets motorsystem ville kombinere oblique detonation engine (ODE), ramjet og turbojet‑teknologier i en kombinert‑syklus konfigurasjon. I tillegg ville det bli drevet av en hydrogenmotor. Videre ville A‑HyM ha en titan og karbonfiber‑struktur, og for å adressere støymessige bekymringer, vil det inkorporere et Sonic Boom Mitigation System.

Et sonisk boom er en tordnende lyd forårsaket av et objekt som beveger seg raskere enn lydens hastighet. Det er ikke bare ett enkelt “boom” men snarere en kontinuerlig lyd som sendes så lenge objektet flyr i supersonisk hastighet. 

Deretter er det gjenbrukbare hypersoniske romflykonseptet kalt Stargazer, foreslått av Venus Aerospace, som sikter mot hastigheter rundt Mach 9, en rekke på omtrent 5 000 miles, og cruise‑høyder godt over 100 000 fot – og posisjonerer det som en ultrarask plattform for global reise.

Nylig har Lockheed Martin (LMT ) Ventures ervervet en strategisk andel i rakett‑fremdrift oppstartsbedrift midt i økende konkurranse for å akselerere utviklingen av hypersoniske missiler.

Venus Aerospace har utviklet et fremdriftssystem, en roterende detonasjonsrakettmotor (RDRE), som bruker en kontinuerlig roterende detonasjons‑sjokkbølge for å generere skyvekraft og fullførte sin flytest av en 2 000‑pund‑skyvekraft RDRE tidligere i år. Den uavslørte finansieringen vil hjelpe selskapet med å videreutvikle sine “kapasiteter til å levere i skala og distribuere motoren.”

Så, private romfartsbedrifter akselererer mot gjenbrukbare hypersoniske plattformer, men de er ikke alene; myndigheter verden over investerer også i avansert hypersonisk forskning.

Ingeniører hos NASA jobber med Air Force Research Laboratory (AFRL) og Australias Defence Science and Technology Organisation (DSTO) på et Hypersonic International Flight Research Experimentation Program (HIFiRE) som vil teste en dual‑mode ramjet/scramjet for en målrettet hastighet på Mach 8. 

Den australske regjeringen har nylig forpliktet en investering på 10 millioner dollar i lokalt romfartsfirma Hypersonix Launch Systems (HLS), som utvikler et fly som vil fly ved over Mach 12 og vil bli drevet av hydrogen‑drivstoff. Deres proprietære scramjet‑motor heter “SPARTAN,” og den er gjenbrukbar og 3D‑printet.

I forrige måned testet GE Aerospace (GE ) ATLAS, en demonstrator drevet av selskapets nye fast‑brensel ramjet, under US Department of Defense sitt Defense Production Act Title III‑program.

European Space Agency (ESA) har også lansert et forskningsprogram kalt INVICTUS for å utvikle sine egne hypersoniske flyteknologier. Det vil demonstrere nøkkelteknologier for vedvarende hypersonisk flyvning og vil være et fullt gjenbrukbart kjøretøy som kan fly ved Mach 5.

Investering i hypersonisk flyteknologi

Lockheed Martin Corporation er et luftfarts‑ og sikkerhetsselskap som designer, produserer, integrerer og støtter avanserte teknologisystemer. Det opererer gjennom:

• Aeronautics
• Missiles and Fire Control (MFC)
• Rotary and Mission Systems (RMS)
• Space segments

Selskapet engasjerer seg hovedsakelig i utviklingen av militære fly, luft, sjø, og land‑baserte missilforsvarssystemer, militære og kommersielle helikoptre, bemannede og ubemannede bakkekjøretøy, satellitter, romtransportssystemer, og energistyringsløsninger.

I partnerskap med NASA har Lockheed Martin utviklet X-59 for spesifikt å adressere problemet med sonisk boom.

Med en forlenget flykropp har X-59s design som mål å omfordele sjokkbølgen når den bryter lydmuren. Den har redusert den oppfattede støyen på bakken til omtrent 75 desibel, og skaper kun et sonisk “klikk”, som er “omtrent så høyt som en bildør som lukker”.

Sent i forrige måned fløy X-59 for aller første gang, fra sitt Skunk Works‑anlegg i Palmdale til NASA sitt Armstrong Flight Research Center, noe Lockheed Martin beskriver som en “momentum” som beviser at “fremtiden for flyvning kan bli raskere og stillere enn noen gang før”.

Den er mindre enn 100 fot lang, har et vingespenn på omtrent 30 fot, og er omtrent 14 fot høy. Den cruiser på rundt 55 000 fot og kan nå hastigheter på Mach 1,4, altså 925 mph.

“X-59 vil bli brukt til å samle inn data om samfunnets respons på akseptabiliteten av en stille sonisk boom generert av flyets unike design. Dataene vil hjelpe NASA med å gi regulatorer informasjonen som trengs for å etablere en akseptabel kommersiell supersonisk støymstandard for å oppheve forbudet mot kommersiell supersonisk reise over land,” sier selskapet. “Dette gjennombruddet vil åpne døren til et helt nytt globalt marked for flyprodusenter, som gjør det mulig for passasjerer å reise hvor som helst i verden på halvparten av tiden det tar i dag.”

Ikke bare har de utviklet X-59 med NASA, men de jobber også med SR-72, med et operasjonelt mål på omtrent Mach 6. Selv om lite er kjent om denne konseptuelle etterfølgeren til SR‑71 Blackbird, er SR‑72 ment for etterretning, overvåkning og rekognosering og blir ofte referert til som “Son of Blackbird.”

Denne er posisjonert som et hypersonisk fly som kan gå i tjeneste på 2030‑tallet.

Med en markedsverdi på 109 milliarder dollar, handles Lockheed Martin‑aksjer for øyeblikket til 470,78 $, med et 52‑ukers område på 410,11 $ til 546,00 $. Den har en EPS (TTM) på 17,95 og en P/E (TTM) på 26,22.

Lockheed betaler en utbytteavkastning på 2,93 %. Tidlig i forrige måned autoriserte de en fjerde‑kvartals utbyttebetaling på 3,45 $ per aksje, en økning på 5 % over forrige kvartals utbyttebetaling. Selskapet returnerte også 1,8 milliarder dollar i kontanter til sine aksjonærer i Q3 2024 gjennom utbytte og aksjetilbakekjøp, som ble økt med 2 milliarder til totalt 9 milliarder dollar.

I denne perioden registrerte de salg på 18,6 milliarder dollar og nettoresultat på 1,6 milliarder dollar, eller 6,95 $ per aksje. Kontantstrøm fra driften var 3,7 milliarder dollar, mens fri kontantstrøm var 3,3 milliarder dollar. 

Lockheed rapporterte også en rekordmessig ordrebeholdning på 179 milliarder dollar, som administrerende direktør Jim Taiclet sa, “understreker tilliten våre kunder har til oss og underbygger selskapets langsiktige vekstutsikter.” Han bemerket også at som følge av “enestående etterspørsel, øker vi produksjonskapasiteten betydelig på tvers av et bredt spekter av våre forretningsområder.”

Siste nyheter om Lockheed Martin Corporation (LMT) aksjer

Konklusjon

Hypersonisk flyvning er ikke lenger en fjern grense, men en testbar ingeniørutfordring, som blir nærmere å bli en realitet med gjennombrudd i fremdriftssystemer, global investering i gjenbrukbare høyhastighetskjøretøy, og nye eksperimenter som validerer tiår‑gamle hypoteser.

Referanser

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, Artikkel 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4