DARPA Falcon-Projekt

Das DARPA-Projekt FALCON (Force Application and Launch from Continental United States) war ein zweiteiliges Gemeinschaftsprojekt der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) und der United States Air Force (USAF) und ist Teil von Prompt Global Strike . ^{[ 1 ]} Der erste Teil des Projekts zielte auf die Entwicklung eines Small Launch System (SLS) ab, das Hyperschallgleitwaffen beschleunigen und Kleinsatelliten in die Erdumlaufbahn befördern kann. Der zweite Teil des Projekts hatte die Entwicklung von Hyperschallwaffensystemen (HWS) zum Ziel: eine kurzfristig einsetzbare, leistungsstarke Hyperschallgleitwaffe, die zuvor als X-41 Common Aero Vehicle (CAV) bezeichnet wurde und von Trägerraketen (ELV), wiederverwendbaren Trägerraketen (RLV), Hyperschall-Marschflugkörpern (HCV) oder Raumfahrzeugen (SMP) gestartet werden konnte, sowie ein langfristiges Hyperschall-Marschflugzeug namens Hypersonic Cruise Vehicle (HCV). Dieses zweiteilige Programm wurde 2003 angekündigt und lief bis 2006. ^{[ 2 ]}

Die aktuelle Forschung im Rahmen des Falcon-Projekts konzentriert sich auf die Flugtests der Boost-Glide-Technologiedemonstratoren HTV-1 und HTV-2 für die Entwicklung des X-41 Common Aero Vehicle (CAV) sowie des HTV-3 für das Hyperschall-Marschflugkörper (HCV). Der Technologiedemonstrator Hypersonic Technology Vehicle 2 (HTV-2) absolvierte seinen Erstflug am 22. April 2010; der zweite Testflug fand am 11. August 2011 statt und erreichte Mach 20. Beide Flüge wurden vorzeitig abgebrochen. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Der HTV-3X Blackswift , eine Weiterentwicklung des HTV-3, war ein Technologiedemonstrator des HCV, der von einer Startbahn abheben und auf Mach 6 (7.400 km/h) beschleunigen sollte, bevor er seine Mission abschloss und wieder landete. Die Absichtserklärung (MoU) zwischen DARPA und der USAF zu Blackswift wurde im September 2007 unterzeichnet. Da die Finanzierung des Blackswift HTV-3X nicht gesichert war, wurde das Projekt im Oktober 2008 eingestellt. ^{[ 5 ]}

Ziel war es stets, ein Raumschiff vom amerikanischen Festland aus einzusetzen, das innerhalb von ein bis zwei Stunden jeden Ort der Erde erreichen konnte. Die X-20 Dyna-Soar von 1957 war das erste öffentlich anerkannte Programm dieser Art – allerdings wäre sie, wie das Space Shuttle , senkrecht mit einer Rakete gestartet und zur Erde zurückgeglitten, anstatt von einer Startbahn zu starten. Ursprünglich war das Shuttle-Programm als Teilprojekt der US-Luftwaffe geplant, und auf der Vandenberg Air Force Base wurden mit hohem Kostenaufwand separate militärische Startanlagen errichtet , die jedoch nie genutzt wurden. Nach dem offenen DynaSoar-Programm der US-Luftwaffe von 1957 bis 1963 wurden die Raumgleiterprojekte geheim gehalten. Mitte der 1960er-Jahre begann die CIA mit der Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-Spionageflugzeugs namens Projekt Isinglass . Daraus entwickelte sich Rheinberry , ein Entwurf für ein luftgestütztes Aufklärungsflugzeug mit Mach 17, das später eingestellt wurde. ^{[ 6 ]}

Laut Henry F. Cooper , dem Direktor der Strategischen Verteidigungsinitiative („Star Wars“) unter Präsident Reagan, verschlangen Raumgleiterprojekte in den 1970er, 1980er und 1990er Jahren 4 Milliarden US-Dollar (ohne das Space Shuttle). Nicht enthalten sind dabei die Budgets der 1950er und 1960er Jahre für Dynasoar, ISINGLASS, Rheinberry sowie alle im Rahmen des Falcon-Programms möglicherweise entstehenden Raumgleiterprojekte des 21. Jahrhunderts. Im Jahr 2001 erklärte er vor dem US-Kongress, dass die Vereinigten Staaten im Gegenzug für diese Milliarden Dollar lediglich „ein abgestürztes Fahrzeug, ein Ausstellungsstück , einige Falltestobjekte und statische Ausstellungsstücke“ erhalten hätten. ^{[ 7 ]} Für das Falcon-Programm wurden im Haushaltsjahr 2008 170 Millionen US-Dollar bereitgestellt. ^{[ 8 ]}

HyperSoar war ein amerikanisches Hyperschallflugzeugprojekt , das am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) entwickelt wurde. Es sollte Geschwindigkeiten um Mach 12 (10.780 km/h) erreichen und damit die Strecke zwischen zwei beliebigen Punkten der Erde in weniger als zwei Stunden zurücklegen können. HyperSoar war als Passagierflugzeug konzipiert, das außerhalb der Atmosphäre springen sollte, um ein Verglühen zu verhindern. Ein Flug von Chicago nach Tokio (10.123 Kilometer) hätte 18 Sprünge, also 72 Minuten, erfordert. Geplant war der Einsatz von kohlenwasserstoffbasierten Triebwerken außerhalb der Atmosphäre sowie experimenteller Strahltriebwerkstechnologie. ^{[ 9 ]} Im Jahr 2002 wurde es mit dem X-41 Common Aero Vehicle der US-Luftwaffe zum FALCON-Programm zusammengeführt. ^{[ 10 ]}

Das 2003 angekündigte FALCON-Programm (Force Application and Launch from CONtinental United States) umfasste zwei Hauptkomponenten: eine kleine Trägerrakete zum Transport von Nutzlasten in den Orbit oder zum Start der Hyperschallwaffenplattform und das Hyperschallfahrzeug selbst. ^{[ 2 ]}

Die DARPA-Ausschreibung für das FALCON-Programm im Jahr 2003 forderte Bieter auf, in einer ersten Phase Entwicklungsarbeiten an vorgeschlagenen Trägerraketen durchzuführen. Anschließend sollten ein oder mehrere Anbieter ausgewählt werden, um eine tatsächliche Trägerrakete zu bauen und zu testen. Zu den Unternehmen, die im November 2003 Entwicklungsverträge der ersten Phase in Höhe von 350.000 bis 540.000 US-Dollar erhielten, gehörten: ^{[ 11 ]}

• AirLaunch LLC , Reno, Nevada
• Andrews Space Inc. , Seattle, Washington
• Exquadrum Inc., Victorville, Kalifornien.
• KT Engineering, Huntsville, Alabama
• Lockheed Martin Corp., New Orleans, Louisiana
• Microcosm Inc., El Segundo, Kalifornien
• Orbital Sciences Corp. , Dulles, Virginia
• Schafer Corp., Chelmsford, Massachusetts
• Technologien zur Weltraumforschung , Hawthorne, Kalifornien

Die erste Phase der Entwicklung des Hyperschallwaffensystems wurde im Jahr 2003 von drei Bietern gewonnen, die jeweils einen Vertrag über 1,2 bis 1,5 Millionen Dollar für die Entwicklung eines Hyperschallfahrzeugs erhielten: ^{[ 11 ]}

• Andrews Space Inc., Seattle, Washington.
• Lockheed Martin Corp., Lockheed Martin Aeronautics Co., Palmdale, Kalifornien.
• Northrop Grumman Corp., Air Combat Systems, El Segundo, Kalifornien.

Lockheed Martin erhielt 2004 als einziger Anbieter den Phase-2-Vertrag für das Hyperschallwaffensystem (HWS), um die Technologien weiterzuentwickeln und das Technologierisiko des Programms zu reduzieren. ^{[ 11 ]} Die zweite Phase der Entwicklung des Hyperschallwaffensystems umfasste die Durchführung einer Reihe von Flugtests mit einer Serie von Hyperschalltechnologiefahrzeugen (HTVs) mit Boost-Glide-Technologie. ^{[ 12 ]}

• HTV-1: ein Hyperschallgleiter mit geringer Leistung, dessen Erstflug ursprünglich für September 2007 geplant war, der jedoch abgesagt wurde, da sich die Herstellung der Vorderkanten als nicht möglich erwies. ^{[ 13 ]}
• HTV-2 : ein Hochleistungs-Hyperschallgleiter, Erstflug am 22. April 2010, jedoch ging der Kontakt kurz nach der Abtrennung der Trägerrakete verloren, ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} zweiter Flug am 11. August 2011, jedoch ging die Kontrolle nach Beginn der Gleiterflugbahn verloren.
• HTV-3: ein Hyperschallgleiter mit Technologien für ein wiederverwendbares Hyperschall-Marschflugzeug, später weiterentwickelt zum HTV-3X und nun eingestellt

Parallel dazu wurde weiterhin an der Konzeptentwicklung eines Hyperschall-Marschflugkörpers (HCV) gearbeitet, der in zwei Stunden 9.000 Seemeilen (17.000 km) mit einer Nutzlast von 5.500 kg zurücklegen könnte. ^{[ 17 ]} Er würde in großer Höhe fliegen und Geschwindigkeiten von bis zu Mach 9 erreichen .

Die Blackswift wurde aus der HTV-3 abgeleitet und stellte eine technologische Demonstration eines wiederverwendbaren Flugzeugs dar, das zu Hyperschallflügen fähig ist und von den Lockheed Martin Skunk Works , Boeing und ATK entwickelt wurde . ^{[ 18 ]}

Die US-Luftwaffe erklärte, dass das Flugdemonstrationsfahrzeug „Blackswift“ von einer Kombination aus Turbinentriebwerk und Staustrahltriebwerk angetrieben werde – einem All-in-One-Antriebssystem. Das Turbinentriebwerk beschleunige das Fahrzeug auf etwa Mach 3, bevor das Staustrahltriebwerk einspringe und es auf Mach 6 steigere. ^{[ 19 ]} Dr. Steven Walker, stellvertretender Direktor des Tactical Technology Office der DARPA, koordiniert das Projekt. Er sagte auf der Website der US-Luftwaffe:

Ich werde auch mit Lockheed Martin und Pratt & Whitney darüber sprechen, wie wichtig es ist, dass wir den technischen Plan fertigstellen ... Ich versuche, von Anfang an die Brücke zu schlagen – um die Kommunikationswege in Gang zu bringen.

Dr. Walker erklärte außerdem:

Wir müssen einige Hyperschallfahrzeuge fliegen lassen – zuerst die Einwegfahrzeuge, dann die wiederverwendbaren –, um den Entscheidungsträgern zu beweisen, dass dies nicht nur ein Traum ist… Wir werden die Skepsis erst überwinden, wenn wir einige Hyperschallfahrzeuge fliegen sehen.

Im Oktober 2008 wurde bekannt gegeben, dass das Programm HTV-3X bzw. Blackswift im Verteidigungshaushalt des Fiskaljahres 2009 nicht die benötigten Mittel erhielt und daher eingestellt wurde. ^{[ 5 ] [ 20 ]}

• Computersimulationen des Falcon HTV-3X-Fahrzeugs
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  Falcon HTV-3X
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  Die HTV-3X aktiviert ihre Turbojets im Transschallflug...
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  ...und zündet dann seine Staustrahltriebwerke für die Hyperschallphase.
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  HTV-3X im Anflug auf die Edwards Air Force Base

DARPA ließ 2010 und 2011 zwei HTV-2 für Flugtests bauen. Falcon HTV-2 wurde zweimal erfolgreich gestartet, jedoch gingen beide Fahrzeuge anschließend aufgrund von Kommunikationsabbrüchen verloren. Dies führte zu unkontrollierten Abstürzen beider Systeme ins Meer.

Die leichte Rakete Minotaur IV diente als Trägerrakete für die HTV-2. Startplatz war die Vandenberg Space Force Base (von 1957 bis 2021 Vandenberg Air Force Base ^{[ 21 ] ). DARPA plante die Flüge, um Hitzeschutzsysteme und aerodynamische Steuerungselemente zu demonstrieren. [ 5 ] [ 14 ]} Die Testflüge wurden von der NASA , dem Space and Missile Systems Center , Lockheed Martin , den Sandia National Laboratories und den Air Vehicles and Space Vehicles Directorates des Air Force Research Laboratory (AFRL) unterstützt.

Der erste Flug des HTV-2 fand am 22. April 2010 statt. ^{[ 14 ]} Der HTV-2-Gleiter sollte 7.700 km (4.800 Meilen) über den Pazifik nach Kwajalein mit Mach 20 fliegen. ^{[ 22 ]} Der Start verlief erfolgreich, doch Berichten zufolge ging neun Minuten nach dem Start der Kontakt zum Fluggerät verloren. ^{[ 23 ] [ 24 ]} Mitte November gab DARPA bekannt, dass der Testflug beendet wurde, als der Computer-Autopilot den Abbruch anordnete. Ein DARPA-Sprecher erklärte: „Wenn das Bordsystem ein unerwünschtes oder unsicheres Flugverhalten erkennt, leitet es eine kontrollierte Roll- und Nickbewegung ein, um direkt ins Meer zu stürzen.“ Untersuchungen ergaben, dass das Fluggerät heftig zu rollen begonnen hatte. ^{[ 25 ]}

Ein zweiter Flug wurde am 11. August 2011 gestartet. Die unbemannte Falcon HTV-2 trennte sich erfolgreich von der Trägerrakete und trat in die Gleitphase der Mission ein, verlor jedoch etwa neun Minuten nach dem geplanten 30-minütigen Gleitflug mit Mach 20 erneut den Kontakt zur Steuerung. ^{[ 26 ]} Ersten Berichten zufolge stürzte sie vorsorglich absichtlich entlang ihrer geplanten Flugbahn im Pazifik ab. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} Einige Analysten gingen davon aus, dass der zweite Fehlschlag eine Überarbeitung des Falcon-Programms nach sich ziehen würde. ^{[ 30 ]}

In July 2013, DARPA decided it would not conduct a third flight test of the HTV-2 because enough data had been collected from the first two flights, and another test was not thought to provide any more usable data for the cost. The tests provided data on flight aerodynamics and high-temperature effects on the aeroshell. Work on the HTV-2 would continue to summer 2014 to provide more study on hypersonic flight. The HTV-2 was the last active part of the Falcon program. DARPA has now changed its focus for the program from global/strategic strike to high-speed tactical deployment to penetrate air defenses and hit targets quickly from a safe distance.^[31]

• Boeing X-51
• Prompt Global Strike, a follow-on military project
• Rockwell X-30 (National AeroSpace Plane)
• Lockheed Martin SR-72
• Boost-glide

• Falcon-Seite auf Darpa.mil
• HCV-Seite auf Globalsecurity.org
• „Luftabwurf von Attrappenrakete für Darpas Falcon“ (Archiviert am 23.02.2012 in der Wayback Machine , Aviation Week)
• „Hyperschallwaffen wieder in den Nachrichten“ auf Defensetech.org
• „Hyperschallgeschwindigkeit: FALCON-Flugzeug im Verteidigungseinsatz“ und „Luftwaffe plant Flugtests mit Hyperschallfahrzeug“ auf Space.com
• „Pentagon arbeitet an weitreichendem Verteidigungsraumschiff“ , Washington Post, 16. März 2005
• „US-Hyperschallflugzeugprojekte stehen vor Veränderungen, da der Kongress ein gemeinsames Technologiebüro fordert“ , Flight International, 30. Mai 2006