Page 10 - 1401032ISSUE32.pdf
P. 10
Hypersone wapens: hype of reële
dreiging?
Rick Meessen en Wouter Halswijk *)
In december 2019 verraste Vladimir Poetin de wereld door te claimen dat Rusland met het in dienst nemen van de
Avangard missile over een wapen beschikte dat haar gelijke niet kende en onoverwinnelijk zou zijn. Sindsdien lijken
de ontwikkelingen rondom hypersone wapens weer in een stroomversnelling te raken, getuige de (vermeende) recen
te testlanceringen door China en Noord-Korea. Nog niet zolang geleden was het vrij rustig rondom dit onderwerp, de
Verenigde Staten hadden met de X-43 en X-51 projecten hun ambities niet waargemaakt, en in andere landen heerste
ook radiostilte. De vraag is nu wat we de komende tijd kunnen verwachten: worden hypersone wapens de nieuwe
realiteit of blijken de technische uitdagingen toch nog te complex om snelle doorbraken te verwachten.
Snelheden
Wat kenmerkt hypersone wapens eigenlijk? Allereerst de snelheid: hyperso
ne wapens vliegen met snelheden die minstens vijf keer hoger liggen dan de
geluidsnelheid (Mach 5). Dit kan in extreme gevallen oplopen tot Mach 25.
Om dit in perspectief te plaatsen, tien keer de geluidssnelheid impliceert het
overbruggen van 200 kilometer in iets meer dan een minuut, oftewel in tien
minuten van bijvoorbeeld Moskou naar Amsterdam.
Deze hoge snelheden kunnen in principe niet worden bereikt door de ge
bruikelijke straalmotoren (turbojets) omdat de compressoren en turbines last
krijgen van de vele schokgolven die ontstaan waardoor ze inefficiënt worden
bij hogere supersone snelheden. Om toch hoge snelheden te kunnen reali
seren kan men gebruik maken van ramjets, die de compressor en turbine
van een turbojet gewoon weglaten en gebruik maken van het ram-effect
voor compressie van de inlaatlucht. Door dit ram-effect wordt de druk van
een gas dat een snel bewegende inlaat instroomt, verhoogd zonder dat Met tien keer de geluidssnelheid wordt de afstand Moskou – Amsterdam in
hiervoor mechanische compressie nodig is. Hoe sneller de inlaat beweegt, tien minuten afgelegd. Foto: Wikipedia, Wouter van der Veer
hoe hoger de drukstijging is. Dit principe is bruikbaar tot maximaal Mach 6.
Daarboven loopt de temperatuur in de verbrandingskamer zo hoog op dat
de brandstof niet meer goed kan reageren met de zuurstof in de lucht.
Om ook dit probleem te omzeilen worden boven Mach 5 scramjets gebruikt.
Een scramjet remt de inlaatlucht minder ver af, waardoor deze koeler blijft
en de brandstof beter kan reageren. Bovendien gaat er minder energie
verloren in de inlaat. Een van de uitdagingen bij scramjets is echter dat de
stroming in de verbrandingskamer supersoon blijft en er daardoor maar
enkele milliseconden tijd is om de brandstof te laten mengen met de lucht,
te ontsteken, en volledig te laten verbranden. Omdat ramjets en scramjets al
leen bij hoge snelheden werken, blijft het nodig een grote afwerpbare ra
ketmotor (booster) te gebruiken om het voertuig op snelheid (en hoogte) te
brengen.
Ook relevant om te noemen is dat met voorstuwing gebaseerd op waterstof
veel hogere snelheden kunnen worden bereikt (tot Mach 11) dan op basis
van conventionele brandstoffen (tot Mach 8). Ook roterende detonatiemo
toren (rotating detonation engines, RDE) kunnen potentieel de maximale
snelheid flink verhogen. Echter, deze concepten zijn nog volop in onderzoek.
Typen
In feite kennen we twee typen hypersone wapens: hypersone kruisraketten
en hypersone gliders.
De hypersone kruisraketten (hypersonic cruise missiles: HCM) hebben hun
eigen voortstuwing, met een ramjet of scramjet, en kunnen hoog in de at
mosfeer een willekeurige koers vliegen. Op elk moment kunnen ze bochten
maken zonder snelheid te verliezen. Hierdoor zijn ze net zo onvoorspelbaar
als conventionele kruisraketten, maar met nog minder waarschuwingstijd en
op grotere hoogte. Door hun hoge snelheid vliegen ze het efficiëntst op
hoogten tussen de 30 en 40 km, waar onderschepping moeilijk is.
*) Drs. W.R.M.J. Meessen is Principal Advisor Defence and Security bij TNO. Schematisch vergelijk van lucht gebruikende voortstuwing: turbojet (a), ramjet
Ir. W.H.C. Halswijk is Senior Technoloog Weapon Systems bij TNO. (b) en scramjet (c). Afbeelding: Wikipedia
10
Armex | december 2021
