Une illustration de la capsule waverider en orientation de glissement. Crédit :P. Rodi/Rice University
La nouvelle idée de Patrick Rodi pour le surf est loin, rapide et blanc chaud.
Rodi, un ingénieur en aérospatiale pionnier qui a rejoint la Brown School of Engineering de l'Université Rice en 2018, a conçu un véhicule de haut vol appelé "capsule waverider" qui fait plus qu'attraper une vague. Il survit à un retour fougueux de l'espace avant de glisser comme un surfeur sur sa propre onde de choc.
Le waverider est loin d'être un avion typique. Alors qu'un avion de ligne peut voler à environ 600 milles à l'heure, le waverider hypersonique serait au moins 10 fois plus rapide, et à de telles vitesses, l'air circulant autour d'un aéronef se comporte de manière fondamentalement différente de la façon dont l'air s'écoule autour d'un avion conventionnel.
"Quand vous avez un flux hypersonique, vous générez des ondes de choc, " dit Rodi, professeur dans la pratique du Département de génie mécanique de Rice. « En tant que concepteur, vous pouvez choisir la forme de cette géométrie de telle sorte que l'onde de choc se trouve juste le long du bord d'attaque du véhicule. Il surfe donc littéralement sur sa propre onde de choc."
Rodi a rejoint Rice après une carrière de 23 ans chez Lockheed Martin, où il a travaillé sur de nombreux programmes avancés au célèbre Skunk Works à Palmdale, Californie, ainsi que sur le programme de la capsule spatiale Orion à Houston. Les Waveriders sont depuis longtemps une passion pour Rodi, que l'Office of Naval Research a qualifié de "développeur de technologie de waverider le plus prolifique de l'histoire publique".
"D'autres véhicules ont des ondes de choc, " dit-il. " Mais les ondes de choc sont séparées du véhicule, et des fuites à haute pression autour de ce petit espace entre l'onde de choc et le corps lui-même."
La conception du waverider empêche l'air à haute pression de s'échapper.
"Vous dépensez de l'énergie pour comprimer l'air, et maintenant vous utilisez cet air à haute pression aussi efficacement que possible, " dit-il. " Vous ne perdez pas cet ascenseur. Vous le capturez en façonnant la géométrie, surfer sur la vague. Et c'est très efficace. C'est le gros avantage des waveriders. Le rapport portance/traînée est vraiment élevé, qui est en corrélation linéaire avec la distance de plané, ou gamme, la métrique que vous recherchez."
Dans son orientation boost, la capsule waverider a la forme émoussée qui rappelle les boucliers thermiques d'une capsule spatiale traditionnelle. Crédit :P. Rodi/Rice University
Rodi devait présenter le design de la capsule waverider le mois dernier à Montréal lors de la conférence sur les avions spatiaux et les systèmes et technologies hypersoniques de l'American Institute of Aeronautics and Astronautics (AAIA), qui a été annulé en raison du coronavirus.
"C'est ma sixième nouvelle classe de véhicules waverider, et c'est ce qu'on appelle un véhicule boost-glide, ce qui est un gros problème dans l'hypersonique de nos jours, " il a dit.
Les véhicules Boost-glide peuvent être à longue ou à courte portée et sont souvent considérés comme un nouveau type de système de lancement pour les armes lancées à partir de missiles balistiques.
Comme les ogives traditionnelles, les véhicules boost-glide seraient propulsés dans l'espace sur des missiles. Mais les ogives traditionnelles ne manœuvrent pas, ce qui signifie qu'il est possible de dire où ils se dirigent quelques instants après leur lancement. Les planeurs boostés peuvent contrecarrer les défenseurs en changeant de direction et en volant vers des cibles imprévisibles.
"Quand il entre pour la première fois dans l'atmosphère, ça frappe assez profondément, et ça devient vraiment, vraiment chaud, " dit Rodi. " Il y a une charge à haute pression, chauffage élevé. Pour la rentrée, vous voulez quelque chose qui puisse survivre à ce chauffage élevé. Essentiellement, vous voulez un véhicule qui ressemble à une capsule spatiale traditionnelle. En tant que planeur, vous voulez quelque chose de très efficace, avec un rapport portance/traînée élevé."
La classe capsule waverider équilibre ces exigences, il a dit. D'un côté, il a l'arrondi, forme émoussée rappelant un bouclier thermique traditionnel à capsule spatiale. Du côté opposé, c'est un planeur waverider en forme d'aile.
Les armes n'étaient pas l'inspiration pour le waverider boost-glide de Rodi. Plutôt, il les envisage comme des véhicules pour faire atterrir des personnes et des fournitures sur Mars.
Alors que l'atmosphère de la planète rouge est mince, les engins spatiaux ont besoin de boucliers thermiques pour survivre à l'entrée. Ce chauffage, la surface rocheuse de la planète et le décalage des communications entre la Terre et Mars se combinent pour rendre les atterrissages sur Mars très difficiles.
"C'est un vrai problème pour la NASA, " dit Rodi. " Ce concept vous permettrait de venir sous forme de capsule, retournez-vous à un waverider, glisser, regarde les choses, trouver votre point d'atterrissage puis soit déposer du matériel avec des parachutes, glisser et déraper sur la surface martienne, ou cabrer et atterrir sur la queue du véhicule. Cela vous donne beaucoup d'options."
