Инженеры из Аэрокосмического университета Эмбри-Риддла совместно со специалистами национальной лаборатории Аргонн создают установку, которая должна воспроизводить условия гиперзвукового полёта без огромных аэродинамических труб и многомегаваттных затрат энергии.
Идея в том, чтобы научиться проверять материалы так, как будто они действительно летят на скорости в 5–7 раз выше звука, переживая резкие скачки температуры и давления. На разработку выделено 1,4 миллиона долларов через программу Joint Hypersonics Transition Office.
Ключевая часть проекта связана с модернизированным источником синхротронного излучения Advanced Photon Source. В Аргонне недавно усилили рентгеновский пучок примерно в 500 раз, и теперь APS считается самым ярким синхротроном такого класса. Именно эта яркость позволяет учёным просматривать материал практически «насквозь», отслеживая, что происходит внутри образца, пока он нагревается, расширяется, меняет структуру и снова охлаждается — всё в реальном времени. Для гиперзвуковых скоростей это критично: изменения идут очень быстро, и обычные методы просто не успевают их фиксировать.
Гиперзвуковые аппараты требуют материалов, которые одновременно лёгкие и невероятно стойкие — сочетание, которое достаётся инженерам с большим трудом. Классические высокоэнтальпийные трубы позволяют создать похожие условия, но доступ к ним ограничен, а потребление энергии настолько велико, что использовать их постоянно практически нереально. Новая установка должна дать способ имитировать ключевые нагрузки куда проще и дешевле, при этом получая более тонкие данные о поведении покрытия.
Поверхности, которые сталкиваются с гиперзвуковым потоком, испытывают сильное нагревание и трение о воздух. Такие условия постепенно «съедают» защитные слои, и именно эта деградация определяет срок службы конструкции. Исследователи пытаются подобрать материалы, которые выдержат не только короткие пики нагрузки, но и длительный полёт без разрушения — и при этом будут достаточно технологичными, чтобы их можно было производить серийно.
Обновлённый APS даёт возможность направлять пучок на крайне маленькую область, что особенно важно при изучении тонких образцов. Новые детекторы позволяют фиксировать химические и кристаллографические изменения, которые происходят внутри покрытия, пока оно находится под нагрузкой. Такой уровень детализации редко возможен в традиционных испытаниях, где материал приходится разрушать, чтобы увидеть изменения внутри.
Учёные считают, что если удастся подобрать недорогие и стойкие материалы, это откроет путь не только к новым военным разработкам. Гиперзвуковые технологии нужны и гражданской авиации, и грузовым аппаратам, которые смогут перевозить товары на огромные расстояния за считаные часы. В исследовательской группе напоминают, что гиперзвуком обычно считают скорости от 5 чисел Маха, и именно на этих режимах материалы испытывают самые тяжёлые нагрузки.