Čína našla zálohu za GPS pre hypersonické zbrane. Orientovať sa majú podľa hviezd
Čína vyvíja navigáciu pre hypersonické zbrane, ktorá sa orientuje podľa hviezd. Fungovať má aj vtedy, keď nepriateľ vyradí alebo ruší GPS či BeiDou.
Čína pracuje na navigačnom systéme, ktorý môže hypersonickým zbraniam umožniť orientáciu podľa hviezd aj v prípade, že satelitná navigácia GPS alebo čínsky BeiDou prestane fungovať. Výskumníci z Guangdong Aerospace Research Academy podľa čínskej akadémie dokončili vývoj prototypu senzora, ktorý dokáže rozpoznávať hviezdy aj v náročných podmienkach hypersonického letu.
Projekt rieši pomerne špecifický problém. Hypersonické zbrane dosahujú najmenej päťnásobok rýchlosti zvuku, no pri takomto lete vzniká okolo telesa extrémne náročné prostredie. Bežné navigačné systémy pritom môžu naraziť na problém v prípade rušenia satelitných signálov. Čínsky tím preto hľadal spôsob, ako vytvoriť navigáciu, ktorá nepotrebuje žiadny signál zo Zeme, informuje South China Morning Post.
Navigácia podľa hviezd nie je úplne nový nápad. Ľudia ju využívajú už stáročia. Námorníci kedysi pomocou sextantov určovali svoju polohu podľa polohy hviezd na oblohe. Moderná technológia však dokáže tento princíp posunúť výrazne ďalej. Elektronický senzor môže sledovať konkrétne hviezdy a porovnávať ich polohu s údajmi v databáze. Keď systém pozná ich presnú polohu na oblohe, dokáže vypočítať orientáciu a polohu vozidla.
Výhodou je, že hviezdy nepotrebujú vysielač ani spojenie so satelitom. Navigačný systém teda môže fungovať samostatne a neruší ho klasické elektromagnetické rušenie, ktoré môže vyradiť GPS alebo BeiDou.
Pri hypersonickom vozidle by takáto technológia mohla slúžiť ako záloha k inerciálnemu navigačnému systému. Kombinácia viacerých metód by mohla znížiť riziko, že zbraň stratí informácie o svojej polohe.
Neprehliadni
Problém začína pri rýchlosti Mach 5
Myšlienka znie jednoducho, no samotná realizácia prináša veľký technický problém. Keď objekt preletí atmosférou rýchlosťou viac ako Mach 5, vzduch pred ním sa extrémne stlačí a zahreje. Okolo vozidla vzniká rázová vlna a vrstva horúceho plynu a plazmy. Teplota môže dosiahnuť viac ako tisíc stupňov Celzia. Táto vrstva však komplikuje pozorovanie hviezd.
Horúci plyn totiž mení smer svetla, ktoré cez neho prechádza. Starlight sa tak nedostane k senzoru úplne rovnakým spôsobom ako pri pozorovaní z pokojného prostredia. Ďalší problém predstavuje samotné žiarenie. Rozohriaty plyn vyžaruje silné infračervené žiarenie. Pre senzor to môže byť podobné, ako keby si sa snažil pozerať na slabú hviezdu vedľa veľmi jasnej lampy.
Vedci preto museli vyriešiť nielen samotné rozpoznávanie hviezd, ale aj predpovedanie toho, ako atmosféra okolo hypersonického vozidla zmení ich svetlo.
Čína vytvorila databázy a simulačný systém
Výskumníci zostavili dve základné databázy. Jedna obsahuje údaje o tepelnom a chemickom žiarení horúceho vzduchu, druhá sa zameriava na rušenie spôsobené tepelným žiarením. Tím zároveň vytvoril simulačný softvér, ktorý dokáže modelovať žiarenie vznikajúce v prúde vzduchu okolo rýchlo letiaceho objektu. Simulácia pracovala so spektrálnym rozlíšením až 0,12 nanometra.
Podľa čínskej akadémie dokázali výskumníci vďaka týmto výpočtom presnejšie predpovedať, ako sa svetlo hviezd pri prechode cez horúcu vrstvu okolo vozidla ohne. Na základe získaných údajov potom zostrojili prototyp senzora určeného na rozpoznávanie hviezd, ktorý má odolávať rušivému žiareniu.
Výsledky testov priniesli pomerne vysoké čísla. V podmienkach bez rušenia prekročila úspešnosť rozpoznávania hviezdnych vzorov 99 percent. Ani pri silnom aerodynamickom žiarení však systém úplne nezlyhal. Úspešnosť zostala nad hranicou 80 percent. Výskumníci zároveň uviedli, že presnosť merania orientácie dosiahla hodnotu lepšiu ako 5 oblúkových sekúnd.
Oblúková sekunda predstavuje jednu 3 600-tinu stupňa. Ide teda o veľmi malý uhol. Pri navigácii rýchleho objektu môže aj malá chyba časom znamenať výrazný rozdiel v určenej polohe, takže presnosť senzora má veľký význam.
„Vytvorili sme kompletný technický reťazec od základného výskumu až po vývoj prototypu pre vysokorýchlostné letové aplikácie,“ uviedli výskumníci vo svojej správe.
GPS nemusí byť jediným využitím
Hoci projekt súvisí najmä s hypersonickými technológiami, jeho využitie môže byť širšie. Schopnosť merať a simulovať tepelné žiarenie už podľa správy našla uplatnenie pri viacerých leteckých a kozmických projektoch. Výskumníci uviedli, že technológia priniesla niekoľkým leteckým inštitúciám nové zákazky v hodnote takmer 10 miliónov jüanov, čo predstavuje približne 1,5 milióna amerických dolárov.
Podobné meracie systémy sa môžu uplatniť aj mimo armády a vesmírneho priemyslu. Čínski vedci ich prispôsobili napríklad na testovanie nových motorov a kontrolu spaľovania v priemyselných kotloch.
Systém dokáže poskytnúť obraz o dianí vo vnútri spaľovacej komory v reálnom čase. To môže pomôcť pri vývoji motorov alebo pri diagnostike priemyselných zariadení.
Hypersonická navigácia má ešte svoje limity
Nový prototyp teda predstavuje zaujímavú možnosť, ako navigovať hypersonické vozidlá bez závislosti od satelitných signálov. Neznamená to však, že GPS či BeiDou prestanú mať význam. Navigácia podľa hviezd má svoje vlastné obmedzenia. Senzor musí mať dostatočný výhľad na oblohu a musí si poradiť s atmosférou, tepelným žiarením aj vysokou rýchlosťou. Preto dáva zmysel najmä ako jedna z viacerých navigačných metód.
Ak sa podobnú technológiu podarí ďalej zdokonaliť, hypersonické vozidlá môžu získať ďalšiu vrstvu navigačnej nezávislosti. Pre výskumníkov však zostáva dôležité najmä to, ako sa bude systém správať v ešte náročnejších podmienkach a pri reálnom vysokorýchlostnom lete.
