SHAAFT SHMAC SCREMAR

Na základe rôznych vývojových programov za posledné desaťročia zostavil tím expertov USAF koncept hypotetického vesmírneho zbraňového systému, ktorý by mohol vstúpiť do operačnej služby po roku 2020. SHAAFT (Supersonic Hypersonic Attack AircraFT) je dvojstupňový hypersonický bombardér, schopný zasiahnuť cieľ kdekoľvek na Zemi za menej ako štyri hodiny. Pozostáva z nadzvukového bezpilotného nosného lietadla Zero-stage, ktoré po odštartovaní z klasickej vzletovej dráhy akceleruje na rýchlosť Mach 3,5 vo výške 22 000 metrov. V tomto bode sa odpúta od druhého stupňa a po návrate na letisko uskutoční autonómne pristátie. Trup má tvar vztlakového telesa s deltakrídlom s rozpätím 53 metrov. Pohon je zabezpečený šiestimi prúdovými motormi, s ktorými je možné dosiahnuť dolet 8000 kilometrov. Z tohto dôvodu väčšina vzletovej hmotnosti (Zero-stage + SHAAFT + užitočné zaťaženie = 907 ton) pripadá na palivo. Zdvih od vzletovej dráhy sa predpokladá pri rýchlosti 460 km/h. Zero-stage bude pri pristátí extrémne odľahčený (od prostriedku SHAAFT a paliva) a tak bude musieť pristávať veľkou rýchlosťou, čo si vyžaduje použitie brzdiacich padákov.

Pilotovaný prostriedok SHAAFT má tvar hypersonického vztlakového telesa typu waverider, využívajúc vztlak nadzvukovej šokovej vlny. Po odpútaní od Zero-stage sa aktivujú náporové motory typu ramjet, ktoré urýchlia prostriedok na rýchlosť Mach 6, kde preberú prácu náporové motory s nadzvukovým spaľovaním scramjet. S nimi bude prostriedok urýchlený na operačnú rýchlosť Mach 12 vo výške 35 000 metrov. Pri predpokladanom celkovom dolete 22 400 kilometrov musia pracovať minimálne 74 minút. Pri takejto rýchlosti je aktuálna aj otázka druhu paliva, pričom ako najvhodnejší bol zvolený vodík. Avšak ak by bol nesený v kryogénnom stave, spôsobovalo by to problémy s hmotnosťou a rozmermi prostriedku, takže bude stlačený len asi na 50% najväčšej možnej stlačiteľnosti, pričom bude tvoriť zhruba polovicu vzletovej hmotnosti. Pri takomto rozložení by bol prostriedok dlhý 65 metrov s rozpätím 20 metrov a mohol by niesť užitočný náklad s celkovou hmotnosťou 22 700 kg (tvorený desiatimi strelami SHMAC alebo raketoplánom SCREMAR).

Operačné krídlo má byť zložené z piatich bombardérov SHAAFT a šiestich nosných prostriedkov Zero-stage (jeden ako rezerva), aby bolo možné nasadiť všetkých päť bombardérov naraz. Pri svojom dolete by mali svoju operačnú základňu na území USA, čím by vyhoveli požiadavke CONUS, kde pri konflikte väčšina bojových síl operuje z územia USA. Tieto bombardéry by niesli 50 hypersonických riadených striel SHMAC (Standoff Hypersonic Missile with Attack Capability) s doletom 1600 kilometrov pri rýchlosti Mach 8, pričom by zaútočili hneď na začiatku konfliktu ako prvá úderná sila na ciele typu C³ (command, control, communications), elektrárne, letiská a potencionálne aj na kozmodrómy. Potom by sa otočili pri preťažení 2G na polomere 240 km a zamierili by naspäť na základňu. Po tomto útoku by nastúpili konvenčné vojenské sily. V období príchodu bombardérov SHAAFT do služby sa predpokladá operačné nasadenie protilietadlových zbraní, schopných zasiahnuť ciele s rýchlosťou Mach 5+. Aj napriek ich vysokému infračervenému odrazu budú preto neľahkým terčom. Rovnako nebude možné účinne zabezpečiť ochranu bodových cieľov kvôli veľkému doletu striel SHMAC. Jedinou možnosťou je rozmiestnenie ochranného kruhu okolo cieľa, avšak potom by sa útok uskutočnil smerom od mora alebo oceánu, čím by sa nepriateľská obrana prakticky eliminovala. Strela SHMAC má mať rozmery 3,6 x 1,1 x 0,5 metra, hmotnosť pod 2 tony a môže byť vypúšťaná aj z klasických bojových lietadiel a lodí. Na operačnú rýchlosť má byť urýchlená raketovým stupňom. Pohon má zabezpečovať scramjet, pričom rýchlosť Mach 8 je limitom pre využitie nekryogénneho paliva. Strela je za letu programovateľná, pričom na navigáciu využíva systém GPS tretej generácie a vyhľadávanie cieľa zabezpečuje radar typu SAR.

Ďalšie použitie bombardéra SHAAFT spočíva vo vynášaní malého viacúčelového bojového raketoplánu SCREMAR (Space Control with a REusable Military AiRcraft). Je to 22 metrov dlhý stroj s hmotnosťou 22 700 kg (veľkosťou zhruba ako F-15) a rozpätím 13 metrov typu TAV MSTO (Trans Athmospheric Vehicle, Multiple-Stage-To-Orbit). Jeho účelom je zabezpečiť flexibilný, relatívne lacný a spoľahlivý prístup do vesmíru pre viaceré, predovšetkým vojenské aplikácie. Nemá však nahradiť už existujúce prostriedky. V prvej fáze letu je umiestnený na chrbte raketoplánu SHAAFT. Po dosiahnutí prevádzkovej rýchlosti Mach 12 sa odpúta a pokračuje samostatne pomocou raketových motorov na orbitálnu dráhu, podobne ako Space Shuttle. V nákladovom priestore s rozmermi 2 x 2 x 6 metrov môže vynášať náklad s hmotnosťou 1360 kg na nízku obežnú dráhu (LEO). Jeho úloha spočíva hlavne v oprave, vynášaní a zostreľovaní vojenských satelitov

Boeing FASST

V súlade s predchádzajúcim konceptom bojového vesmírneho plavidla vyvíjajú v Boeing Phantom Works v spolupráci s USAF a NASA dvojstupňový, viacnásobne použiteľný vesmírny prostriedok s horizontálnym štartom FASST (Flexible Aerospace System Solution for Transformation). Skladá sa z lietadlového okrídleného prvého stupňa, ktorý vynesie pri rýchlosti Mach 4 orbitálny druhý stupeň v tvare hypersonického vztlakového telesa do výšky 21 kilometrov. Potom nasleduje separácia a druhý stupeň pokračuje do vesmíru. V závislosti na misii môže nosné lietadlo absolvovať návrat na základňu alebo odštartovať samostatne v úlohe vysokorýchlostného bombardéra. Obidva stupne sú plne viacnásobne použiteľné vďaka autonómnemu pristátiu na klasickej letištnej dráhe. Program FASST nemá za cieľ postaviť skutočné vesmírne plavidlo, ale skôr overiť koncepciu, plánované operačné nasadenie a kľúčové technológie, nevyhnutné pre tento typ prostriedku.

DARPA RASCAL

Program RASCAL (Responsive Access, Small Cargo, Affordable Launch) agentúry DARPA je zameraný na stavbu viacnásobne použiteľného prostriedku, určeného na vynášanie mikrosatelitov na obežnú dráhu. Ten kombinuje výhody lietadlového prvého stupňa MIPPC (Mass Injection Pre-compressor Cooling) MPV (Powered Vehicle), a jednorázového raketového druhého a tretieho stupňa, ktorý je uložený v nákladovom priestore. Systém má zabezpečovať rýchle, rutinné, flexibilné a lacné vynášanie užitočného zaťaženia s hmotnosťou od 50 do 130 kg na nízku obežnú dráhu v nákladovom priestore s výškou 3 metre a priemerom 1,2 metra. Časový odstup medzi dvoma štartmi nemá presiahnuť 24 hodín. Na projekte sa podieľajú firmy Space Launch (hlavný kontraktor), Scaled Composites (výroba viacnásobne použiteľného prvého stupňa), ATK Thiokol (raketový pohon druhého stupňa), ATK GASL (turboprúdový pohon prvého stupňa) a Athena Technologies (letový riadiaci systém). Začiatkom roka 2004 boli na skúšobnom stende v púšti Mojave vyskúšané štyri upravené motory F100, ktoré majú poháňať lietadlo MPV. Kľúčovým prvkom je pritom technológia MIPCC, založená na vstrekovaní vody a tekutého kyslíka do vstupu vzduchu k motorom. To umožní dosiahnuť zvýšený ťah a stabilitu horenia pri nižších teplotách. V praxi to znamená, že lietadlo MPV bude lietať rýchlosťou vysoko nad Mach 3 vo výškach 30 km so štandardnými motormi z „ef šestnástky“!

Typická letová misia pozostáva z horizontálneho štartu z bežného letiska a vzdialenie sa zhruba na 100 až 300 km nad oceán. Po prekročení rýchlosti Mach 1 sa zapne vstrekovanie vody a tekutého kyslíka, čo umožní dosiahnutie výšky 30 kilometrov. Potom nasleduje vypnutie motorov a lietadlo pokračuje vpred po balistickej dráhe do výšky 60 kilometrov. Keď klesne dynamický tlak približne na 4,9 kg/m², otvoria sa dvere nákladového priestoru a oddelí sa jednorázový druhý stupeň. Samotný druhý stupeň sa skladá z dvoch častí – prvá používa hybridný raketový motor a druhá motor na pevné palivá. Čoskoro by mala byť zvolená finálna koncepcia a potom sa začne so stavbou prototypu. Zatiaľ nie je jasné, či pôjde o pilotovaný alebo bezpilotný prostriedok. Predbežne má mať dĺžku 32 metrov, rozpätie 24,4 metra a maximálnu vzletovú hmotnosť na úrovni 50 ton. Prvé letové testy by sa mohli uskutočniť v polovici roka 2006 s predpokladanými nákladmi na jeden štart 750 000 dolárov. Po prepočítaní na jeden kilogram je to síce dosť, ale malých satelitov je čoraz viac a dodatočné miesto na ťažkých raketových nosičoch je obmedzené. RASCAL preto mohol byť novou efektívnou alternatívou s mnohostranným použitím. Program bol bohužiaľ agentúrou DARPA zastavený z dôvodu prílišnej technickej náročnosti.

Black Horse

Ďalším zaujímavým konceptom zo začiatku deväťdesiatych rokov, ktorý doposiaľ nebol realizovaný, je vojenský raketoplán triedy Black Horse. Je to jednostupňový vesmírny prostriedok na dopravu 2270 kg nákladu na obežnú dráhu alebo ťažšieho nákladu na dráhu suborbitálnu. Konkrétna váha závisí na viacerých faktoroch. Jeho podstata spočíva vo využití tankovania vo vzduchu. S cieľom maximálnej kompatibility a jednoduchosti používa štandardné letecké palivo JP-5 v kombinácii s peroxidom vodíka v pomere 1:7 (preto je logické, že v nádržiach bude iba palivo a prečerpávať sa bude okysličovadlo). Po odštartovaní s takmer prázdnymi nádržami vystúpa do výšky približne 15 kilometrov, kde sa stretne s upraveným tankerom KC-135. Prevádzka v operačných jednotkách nemá vyžadovať žiadne nadštandardné procedúry či schopnosti pozemného personálu. Konštrukcia lietadla bude modulárna, takže po miernych úpravách môže byť využité na vynášanie alebo opravu satelitov, vypúšťanie zbraní, či vysokorýchlostnú medzikontinentálnu prepravu nákladov. Nemá však nahradiť už existujúce vesmírne prostriedky (napríklad ťažké satelity triedy MILSTAR budú stále vynášané jednorázovými nosičmi). Vzletová hmotnosť je na úrovni 22 ton, pričom po dotankovaní stúpne na 84,9 tony. Lietadlo má sedem raketových motorov. Dva z nich sú optimalizované pre štart a úvodné stúpanie a zvyšných päť má po dotankovaní poskytnúť dostatočný ťah na dosiahnutie orbitálnej dráhy. V rámci vývoja by mali byť postavené dva experimentálne prototypy Question Mark 2, ktoré budú zrejme zaradené do kategórie X-planes. Ich koncepčné návrhy predložili Lockheed Skunk Works, RAND Corporation a Aerospace Corporation. Dvojmiestny raketoplán bol postavený okolo nádrže s maximálnym množstvom okysličovadla, ktoré unesie tankovacie lietadlo KC-135. Tento prístup vyústil do trupu s dĺžkou 17,5 metra a rozpätím dvojitého deltakrídla 12 metrov. Krídlo má na koncoch nahor zahnuté winglety. Program môže byť realizovaný v prípade, ak USAF nájde na jeho financovanie minimálne 100 miliónov USD. Zatiaľ sa tak nestalo.