Nr. 3/2004


Sõjatehnika
Ülikiire lennuk

Märtsi lõpus läbis meediaväljaandeid teade NASA edukast katsest, kus minilennuk X-43A saavutas kiiruseks 7 Machi. Machi arv näitab antud juhul, et lennuk lendas heli levimiskiirusest õhus seitse korda kiiremini. Tegemist ei olnud ainult märkimisväärse meediasündmusega, vaid ka olulise sammuga lennunduses, mis purustas senise reaktiivlennukite kiirusrekordi ja võib avada tulevikus tee nii ülikiireteks kui ka kommertslendudeks maalähedastesse kosmosejaamadesse.

Seitse helikiirust

27. märtsil startis Edwardsi õhujõudude baasist Californias raskepommitajana tuntud B-52, kandes enda tiiva all stardiraketi Pegasus ninale kinnitatud piloodita minilennukit X-43A. Jõudnud ookeani kohale, vabastas B-52 12 kilomeetri kõrgusel lennates oma tiiva alt stardiraketi koos minilennukiga. Kui stardirakett oli andnud minilennukile viiekordse helikiiruse (5 Machi), hakkas tööle viimase reaktiivmootor, millega saavutatigi rekordiline kiirus 7 Machi. Minilennuki uudne reaktiivmootor töötas 10 sekundit, misjärel lennuk lendas veel umbes 6 minutit, tehes mitmesuguseid aerodünaamilisi manöövreid ning kukkus seejärel Vaiksesse ookeani. Aasta lõpuks loodetakse saavutada kiiruseks juba kümme helikiirust.

Skeptiline lugeja võib siinkohal küsida, et mis selles siis nii erilist on, liiati oli rekordkiiruse saavutamine küllalt keerukas, sest vaheastmena tuli kasutada isegi raketti. Kui rääkida ainult kiirusest, siis selles ei ole ehk tänapäeval tõesti enam midagi erilist. Rakettidele ei ole niisugused kiirused enam ammu probleemiks. Juba kooliajast teame, et tehiskaaslase orbiidile viimiseks tuleb talle anda niinimetatud esimene kosmiline kiirus – ligikaudu 7,9 kilomeetrit sekundis. Kui see helikiirusteks umber arvutada, saaksime veidi alla 24 Machi. Säärane kiirus saavutati juba 1957. aastal esimese tehiskaaslase ülesviimisel. 7 Machi on samuti tavamõistes ülisuur kiirus – 2,3 km/s ehk 8350 km/h, kuid jääb oluliselt alla kosmilisele kiirusele.


Ümber maakera viie tunniga

Hiljutise lennueksperimendi korral oli eesmärgiks luua uut tüüpi reaktiivmootor, mis oleks võimeline arendama ülimalt suuri kiirusi. On selge, et selliste mootoritega saab tulevikus luua nii ülikiireid lennukeid tavakasutuseks, kosmosesüstikuid maalähedastele orbiitidele lendamiseks kui ka mitmesuguseid ülikiireid juhitavaid mürske militaarrakendusteks.

Kui fantaseerida, siis lähitulevikus võime saada reisilennuki Concorde järeltulija, mille lennuajad ka maakera kaugeimate punktide vahel jäävad paari-kolme tunni piiresse, ümbermaailmareis kestaks umbes viis tundi. Selliste lennukitega, kui kiirused muutuvad veelgi suuremaks, saaks tõusta isegi saja kilomeetri kõrgusele, mis võimaldaks korraldada ka “kommertslende” maalähedasel orbiidil – teisisõnu, arendadaa “kosmoseturismi”. Praegu on sedalaadi lennud ülimalt kallid ja kättesaadavad ainult üksikutele. Mäletatavasti maksis ärimees Dennis Titol reis kosmosejaama 20 miljonit dollarit. Kuid seegi oli vaid tühine osa raketisüsteemi maksumusest, mis kulutati kosmonautide viimiseks orbiidile.


Viiest Machist kümneni

Miks arendada reaktiivmootoreid ja reaktiivlennukeid? Põhjus on lihtne. Reaktiivlennukid on korduvkasutatavad, nad vajavad lennuks ainult kütust, selle põlemiseks vajava hapniku võtavad aga atmosfäärist. Suuremate kiirusteni jõuti alles reaktiivmootorite arendamisega eelmise sajandi kolmekümnendatel ja neljakümnendatel aastatel ning pärast Teist maailmasõda. Peamiseks reaktiivmootoriks on turboreaktiiv, milles sissetuleva õhu ja kütuse segu süüdatakse. Et tekitada efektiivseks põlemiseks vajalikku rõhku, surutakse õhk kompressoriga kokku. Põlemisel eralduvad ja suure kiirusega mootorist väljapaiskuvad gaasid tekitavad lennuks vajaliku reaktiivjõu. Sääraste mootoritega võib saavutada kiirusi kuni 2 Machi. Suuremate kiirusteni jõudmiseks kasutatakse juba otsevoolu reaktiivmootoreid, milles ei ole vaja õhku eelnavalt kokku suruda, sest õhk surutakse kokku lennuki suure kiiruse tõttu. Niisuguse mootoriga lendamisel on piirkiiruseks umbes neli helikiirust. Uues, hiljuti katsetatud otsevoolumootoris (ingl supersonic-combustion ramjet ehk scramjet) kasutatakse ülehelikiirusega sissevoolavat õhku ja kütusena vedelat vesinikku. Niisuguse mootori arendamine on ülimalt keerukas insener-tehniline ülesanne, kuid võimaldab saada ülisuuri lennukiirusi – arvatakse, et üle 10 Machi kindlasti. Häda on aga selles, et ülehelikiirusega otsevoolu mootor hakkab tööle alles kiirusel 5 Machi. See oligi põhjuseks, miks katsetatava minilennuki korral läks vaja stardiraketti. Ka tavaline otsevoolu mootor hakkab tööle alles kiirusel 2 Machi, mistõttu ülikiireteks lendudeks peab kasutama kombineeritud süsteeme, andmaks mootori tööks vajaliku algkiiruse.


Proovid ja rekordid

Kui rääkida ülihelikiirusega lennukite kiirusrekorditest, siis sõjalennukite puhul kuulub see USA luurelennukile Blackbird, mis on lennanud kiirusega 3,2 Machi. Reisilennukil Concorde oli see 1,8 Machi. 1967. aastal saavutas USA eksperimentaallennuk X-15 küll kiiruseks 6,7 Machi, kuid see oli saavutatud rakettmootoriga. Kui tavalisi reaktiivmootoreid saab katsetada maapealsetes aerodünaamilistes torudes, siis selliseid, mis nõuavad ülehelikiirusega õhu sissevoolu, maapinnal olevateks seadmetes proovile panna ei saa. Mis puutub eksperimentidesse ülehelikiirusega otsevoolumootoriga, siis enne märtsikuu edukat lendu on neid tehtud mitmel korral. Aastal 2001 katsetasid ameeriklased raketimootorit, lastes selle välja kahurist, mis andis mootori tööle rakendumiseks vajaliku kiiruse. Austraalia teadlased korraldasid aga katse, lennutades rakettmootori kosmoseraketiga 300 kilomeetri kõrgusele. Sealt alla tulles saavutas mootor tööks vajaliku kiiruse ja maapinnale kukkudes oli see juba 7,6 Machi. Ameeriklaste esimene katse ülalkirjeldatud minilennukiga ebaõnnestus stardiraketi vea tõttu. Kokkuvõtteks võib öelda, et ülikiire minilennuk on reaalsus. Tee reaalselt kasutatavate mootoriteni ja mehitatud lendudeni on veel pikk, ekspertide arvates võivad eespool toodud unistused täituda aastaks 2025. Oluline samm selleks on juba astutud.


REIN-KARL LOIDE (1942) on Tallinna Tehnikaülikooli professor, matemaatika-loodusteaduskonna dekaan. Füüsika-matemaatikadoktor.



Rein-Karl Loide