DARPA startet MACH-Programm für fortschrittliche Materialien hypersonischer Fahrzeuge

DARPA kündigte ein neues Programm namens MACH an, das neue Designs und Materialien für hypersonische Fahrzeuge sucht. Ziel: scharfe Vorderkanten-Lösungen entwickeln, die hohe Wärmeströme bewältigen und Leistung über bestehende Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundsysteme hinaus liefern.

Hintergrund: Hypersonik

Hypersonische Flugzeuge und Waffen sind vielleicht ein Zukunftstraum, aber um Realität zu werden, brauchen Forscher fortschrittliche Materialien mit unglaublicher Fähigkeit, extrem hohe Temperaturen bei hypersonischen Geschwindigkeiten zu bewältigen.

Alles, das schneller als Mach 5 – fünfmal Schallgeschwindigkeit – reist, ist hypersonisch. Einige Fahrzeuge erreichten solche Geschwindigkeiten, aber nur kurz. Die North American X-15, ein experimentelles bemanntes Flugzeug, stellte 1967 mit Mach 6,7 den höchsten Geschwindigkeitsrekord auf.

Strukturen zu entwerfen, die tausende Grad Hitze bei solchen Geschwindigkeiten aushalten, ist herausfordernd – besonders für Vorderkanten, die maximale Hitze erfahren.

DARPA geht nun einen Schritt weiter: Die Agentur kündigte das MACH-Programm (Material Architectures and Characterization for Hypersonics) an, um neue Designs und Materialien für hypersonische Fahrzeuge zu entwickeln.

Obwohl Ingenieure an Kühlung heißer Vorderkanten hypersonischer Fahrzeuge arbeiteten, lieferten sie kein flugtaugliches Konzept. Doch jüngste Fortschritte in thermischem Engineering könnten skalierbare Materialarchitekturen ermöglichen, die Hitze effizient ableiten und hypersonische Leistung steigern.

MACH-Programmstruktur

Hauptziel: Neue thermisch gemanagte, scharfe Vorderkanten-Architektur für hypersonische Luftfahrzeuge mit hohem Auftrieb-Widerstand-Verhältnis, die bei intensiven Wärmeströmen operieren können. Diese nicht-erodierenden Vorderkanten verbessern operative Fähigkeiten – schneller und weiter fliegen.

MACH fokussiert auf zwei Bereiche:

T1. Entwicklung und Test integrierter Wärmemanagementsysteme für skalierte Vorderkante.
T2. Materialforschung nächste Generation für hypersonische Fahrzeuge für beeindruckende Vorderkantenfähigkeit.

Bildquelle: DARPA

Vierjähriges, zweiphasiges Programm. Phase 1: 27 Monate, Phase 2: verbleibende 21 Monate.

In T2 versucht DARPA, Vorderkantenfähigkeit über T1-Leistungsmetriken hinaus zu erreichen: neue Wärmemanagementmethoden, Keramiken, Metalle, Beschichtungen sowie nötige Features für Material/Technik-Entwicklung.

Referenz: Fbo.gov | DARPA

Erfolgreiche Ansätze werden erkunden:

1. Neue Materialräume: Keramikzusammensetzungen, neue Metalllegierungen, Beschichtungsleistung > 2.200 °C.
2. Subkomponententechnologien: Methoden für extreme Kühlung.
3. Modellierungsfähigkeiten für missionsspezifische Materialentwicklung.

Zudem nutzen alle Materialentwicklungstechniken das ICME-Framework (Integrated Computational Materials Engineering) zur Materialoptimierung und System-Level-Performance-Projektion.

Läuft alles nach Plan, könnte in vier Jahren ein Durchbruch bei Reduktion aerothermischer Effekte gelingen – was hypersonische Leistung letztlich verbessern würde.