Ludzkość nadal nie wie, jak zachowuje się maszyna (samolot lub pocisk) pędząca z hipersoniczną prędkością w takich pozornie banalnych warunkach. Klucz do rozwiązania tej zagadki tkwi w jednym z najbardziej niezwykłych obiektów badawczych na świecie, bo tak się składa, że 11 grudnia 2025 roku w kompleksie Redstone Arsenal w Alabamie miał miejsce eksperyment, który może zrewolucjonizować testowanie systemów hipersonicznych. W strzelnicy wielkości lotniskowca wystrzelono pocisk z prędkością około Mach 10, czyli ponad 12000 km/h, przez precyzyjnie zaprojektowane pole sztucznego deszczu. To pierwszy tak zaawansowany test symulujący wpływ opadów na lot z prędkościami przekraczającymi dziesięciokrotnie prędkość dźwięku.
Sercem projektu jest najszybsza armata gazowa w arsenale USA
Cała operacja opiera się na potężnej, 254-milimetrowej armacie gazowej, która stanowi serce Aerophysics Research Facility (ARF). Ta imponująca “broń” jest w stanie nadać pociskom o średnicy 15 centymetrów prędkość sięgającą 3 kilometrów na sekundę, a jeszcze większe prędkości, przekraczające 6 km/s, osiągają mniejsze pociski o średnicy około 7 centymetrów. Przy takich wartościach nawet drobna niedokładność lub zewnętrzny czynnik mogą mieć kolosalne znaczenie.
Aby zbadać wpływ opadów, zespół z ARF musiał najpierw opracować sposób na ich wierne odtworzenie w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. W tym celu opracowali modułowy system składający się ze zbiornika z wodą i szeregu precyzyjnie ustawionych igieł, które uwalniają krople o ściśle określonym rozmiarze. Konstrukcja daje naukowcom bezprecedensową elastyczność. Mogą oni dowolnie zmieniać parametry eksperymentu, takie jak rozmiar kropel, odstępy między nimi czy liczbę strumieni, przez które przelatuje pocisk. Jest to poziom kontroli nieosiągalny podczas testów w naturalnym środowisku, gdzie pogoda jest zmienna i nieprzewidywalna.
Grudniowy test był trzecim z serii, ale pierwszym z pociskiem o realistycznym kształcie
Opisywany eksperyment był już trzecim w ramach projektu, ale tym razem badacze poszli o krok dalej. Zamiast prostej, nylonowej kuli przypominającej rozmiarem piłkę baseballową, użyli pocisku o aerodynamicznym, stożkowym kształcie, który znacznie lepiej odwzorowuje rzeczywiste konstrukcje. Dwa wcześniejsze strzały, przeprowadzone przy prędkości około Mach 8, służyły głównie kalibracji i ocenie zaawansowanych systemów obrazowania, które rejestrują zdarzenia trwające ułamki sekund.
Czytaj też: Po Shahedach czas na odrzutowy odpowiednik. Co wiemy o nowym dronie kamikadze Iranu?
Podczas grudniowego testu kamera wysokiej prędkości zarejestrowała kluczowy moment, w którym nos pocisku przy prędkości Mach 10 zaczął przecinać strumień sztucznego deszczu. Zebrane w ten sposób dane są bezcenne. Pozwalają bowiem zweryfikować i udoskonalić modele komputerowe, które do tej pory opierały się głównie na teoretycznych założeniach. To właśnie ta wiedza eksperymentalna, którą ARF dostarcza dla potrzeb całego Departamentu Obrony, stanowi prawdziwą wartość całego przedsięwzięcia. Bez niej postęp w dziedzinie hipersoniki opierałby się na zgadywance.
Fizyka zderzenia pocisku z kroplą deszczu i sens testów
Dla laika kropla deszczu to miękka, lekka kulka wody, która rozpryskuje się na szybie samochodu i nie robi większego wrażenia. W skali prędkości hipersonicznych proporcje zmieniają się radykalnie. Przy Mach 8 czy Mach 10 energia kinetyczna uderzenia nawet niewielkiej kropli może być porównywalna z mikroskopijnym, ale fizycznie bardzo gęstym “śrutem”, który raz za razem bombarduje powierzchnię pocisku. Każde takie zderzenie oznacza lokalne naprężenia, mikrouszkodzenia osłony termicznej, zaburzenia przepływu powietrza i powstawanie turbulencji, których nie da się wiarygodnie uchwycić wyłącznie w symulacji komputerowej.
Czytaj też: Jedna maszyna i setki dronów w powietrzu. Ten chiński sprzęt to spełnienie marzeń generałów od uderzeń
Właśnie dlatego inżynierowie z ARF tak dużą wagę przykładają do powtarzalności i precyzji sztucznego deszczu. Kontrolując rozmiar kropel i ich rozkład w przestrzeni, budują coś w rodzaju tunelu aerodynamicznego z wodą zamiast powietrza. Pocisk przelatuje przez z góry zdefiniowaną chmurę kropelek, a wysokiej klasy aparatura rejestruje każdy etap zderzenia: od pierwszego kontaktu, przez deformację kropli, po odpowiedź struktury pocisku. Zebrane dane pozwalają potem sprawdzić, czy przy określonym profilu opadów spada nie tylko zasięg i celność, ale także trwałość materiałów użytych na nos i osłony termiczne.
Ten poziom szczegółowości jest szczególnie ważny w sytuacji, gdy broń hipersoniczna przestaje być wyłącznie efektownym demonstratorem technologii, a ma stać się realnym narzędziem bojowym. Rakieta, która w idealnych warunkach osiąga zakładany zasięg i celność, w deszczu może nagle zacząć zachowywać się inaczej, bo np. tracić prędkość, mocniej manewrować, a przez to zużywać więcej energii, szybciej się nagrzewać lub nawet tracić swoje fragmenty osłony. Wymusza to z kolei kolejne poprawki konstrukcji, nowych powłok, bardziej wyrafinowanych modeli symulacyjnych. Bez takich testów, jakie prowadzi ARF, ten proces przypominałby raczej zgadywanie niż inżynierię.
Tempo prac jest zawrotne, ale procedury wymagają najwyższej precyzji
Harmonogram prac w ośrodku jest niezwykle intensywny. Zespół planuje przeprowadzić trzy strzały z hiperprędkością na największym systemie w ciągu zaledwie trzech tygodni, przy czym każdy test będzie dotyczył innej konfiguracji pocisku, prędkości i zostanie realizowany dla innego klienta wojskowego. Proces jest wieloetapowy i rozpoczyna się od szczegółowego ustalenia wymagań, przez projekt eksperymentu, konfigurację infrastruktury, aż po sam wystrzał.
Cała misja ARF nie kończy się jednak wyłącznie na zbieraniu danych z poszczególnych eksperymentów. Jej fundamentalnym celem jest dostarczanie najnowocześniejszych informacji o aerodynamice i wydajności systemów uzbrojenia hipersonicznego. Perrin podkreśla także aspekt ekonomiczny, wskazując, że ośrodek realizuje swoją misję w sposób efektywny kosztowo, co ma niebagatelne znaczenie w kontekście ograniczonych budżetów obronnych. Każdy test to inwestycja, która ma przełożyć się na praktyczne, lepsze projekty.
Czytaj też: Lotnicza potęga w pancernych kolosach. Takiej broni czołgi jeszcze nie miały, a zmieni ona wojnę
Dane zdobyte podczas testów w sztucznym deszczu są już analizowane i wykorzystywane do udoskonalania modeli symulacyjnych. To konkretny krok w kierunku stworzenia broni, która będzie działać niezawodnie bez względu na warunki atmosferyczne – czy to w pełnym słońcu, czy podczas ulewnego deszczu. Dla żołnierzy, którzy w przyszłości mogliby polegać na tej technologii, różnica między teoretycznym modelem a sprawdzoną w ekstremalnych warunkach konstrukcją może być absolutnie kluczowa. Postęp jest ewidentny, ale droga do pełnej operacyjności wciąż wydaje się długa.