Door waarschuwingen voor een Russisch hypersonisch wapen waartegen de VS zich niet kunnen verdedigen, rende je vorige week misschien naar de schuilkelder. Maar wat is dit wapen precies en hoe werkt het?
De Russische president Vladimir Poetin kondigde in maart in een toespraak voor het eerst het hypersonische wapen met de codenaam Avangard aan. Vorige week vertelden Amerikaanse inlichtingenbronnen aan CNBC dat het wapen een aantal keren met succes was getest en tegen 2020 operationeel zou kunnen zijn.
De Russen hebben weinig concrete details over het wapen vrijgegeven, maar uit de beschikbare informatie blijkt dat het wapen een zogenaamd hypersonisch glijvoertuig is, zei Thomas Juliano, een assistent-professor lucht- en ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Notre Dame die gespecialiseerd is in hypersonisch vlucht.
Poetin heeft beweerd dat het voertuig snelheden van Mach 20 - of 20 keer de geluidssnelheid - kan bereiken en de huidige Amerikaanse raketverdedigingssystemen kan ontwijken. Zorgwekkend genoeg kan het voertuig volgens de inlichtingenbronnen vermoedelijk een kernkop dragen.
In plaats van zijn eigen vermogen te genereren om hypersonische snelheden te bereiken, vangt het glijdende voertuig een rit bovenop een intercontinentale ballistische raket (ICBM). Typisch vliegen deze raketten de ruimte in op een boogbaan voordat ze kernkoppen vrijgeven boven de bovenkant van de parabool, en deze kernkoppen vallen met hypersonische snelheden onder zwaartekracht terug op het doel.
Maar in plaats van terug te vallen naar de aarde, komt Avangard de atmosfeer opnieuw onder een hoek binnen en genereert de aerodynamische vorm lift die hem met hypersonische snelheden laat glijden, zegt Juliano, waardoor hij verder kan reizen en manoeuvreren terwijl hij afdaalt.
Hyper engineering
Het voertuig lijkt een ontwerp te volgen dat bekend staat als een 'waverider', zei Juliano. Waveriders zijn hypersonische vliegtuigen met wigvormige rompen die speciaal zijn ontworpen om lift te genereren door te surfen op de schokgolf die wordt gegenereerd terwijl zijn eigen vliegtuig met hoge snelheid door de lucht stoot.
Dit is belangrijk op grotere hoogten, waar de luchtdichtheid laag is, waardoor het moeilijk is om lift te genereren met conventionele vleugelontwerpen. En omdat het geen grote vleugels nodig heeft, is het voertuig meer gestroomlijnd en dankzij de verminderde weerstand kan het zijn snelheid over een veel langere afstand behouden, zei Juliano.
Het bouwen van een voertuig dat hypersonische snelheden en de temperaturen die ze genereren kan verdragen, is geen eenvoudige prestatie, zei Juliano. Maar het ontwerp waarvoor de Russen hebben gekozen, omzeilt een van de grootste uitdagingen: voortstuwing.
"Het ontwerpen van een succesvol voortstuwingssysteem op Mach 10 of hoger is buitengewoon uitdagend", zei hij. "Door het zweefvliegtuig bovenop een ICBM te plaatsen, vermijd je de noodzaak om een succesvolle hypersonische luchtademhalingsmotor te ontwerpen."
Het besturen van een voertuig met zulke hoge snelheden is echter nog steeds ongelooflijk lastig. De Russen beweren dat Avangard zeer manoeuvreerbaar is en op basis van door de computer gegenereerde video in het adres van Poetin lijkt het verschillende flappen te hebben die lijken op de aerofoils die door vliegtuigen worden gebruikt om te veranderen richting.
Het aanpassen van de aerofoils bij hypersonische snelheden is geen triviale taak, omdat de schokgolf complexe interacties kan hebben met de lucht die over de oppervlakken van het voertuig stroomt, wat resulteert in "niet-lineair" gedrag, zei Juliano.
Dat betekent dat kleine aanpassingen grote gevolgen kunnen hebben, waardoor het erg lastig is om te berekenen hoeveel een klep of vleugel moet bewegen. 'Het moet precies zijn, het moet snel werken en het is een veel moeilijkere omgeving om te voorspellen', zei hij.
Desalniettemin vindt Juliano de Russische beweringen geloofwaardig, aangezien de technologie al enige tijd in ontwikkeling is. De VS testten hun eigen versie, genaamd Hypersonic Technology Vehicle 2, in 2010 en 2011, maar beide vluchten waren mislukkingen. En China heeft ook een experimenteel systeem met de codenaam DF-ZF.
Waar is het voor?
De Russische inspanningen om hypersonische glijvoertuigen te ontwikkelen, zijn expliciet gericht op het ontwijken van Amerikaanse raketafweersystemen, zei Pavel Podvig, een onafhankelijke analist die gespecialiseerd is in het nucleaire arsenaal van Rusland.
De huidige Amerikaanse verdediging is ontworpen om conventionele kernkoppen uit ICBM's te verwijderen op voorspelbare ballistische trajecten terwijl ze nog in de ruimte zijn; deze verdediging is niet goed geschikt om wapens te onderscheppen die binnenkomen met een hoge snelheid in de atmosfeer, zei Podvig. En in tegenstelling tot traditionele kernkoppen, zullen de voertuigen in staat zijn om rond de verdediging te manoeuvreren.
Maar Podvig zei dat het niet duidelijk is of de wapens echt nuttige aanvullende militaire mogelijkheden bieden. "Het is beschreven als een wapen op zoek naar een missie", vertelde hij WordsSideKick.com. "Mijn mening is dat je dit soort vaardigheden niet echt nodig hebt. Het verandert niet echt veel in het vermogen om doelen te raken."
Podvig wees erop dat de ICBM die de Avangard droeg tijdens het testen, de SS-19, normaal gesproken zes conventionele kernkoppen heeft. Als het doel is om raketverdedigingssystemen tegen te gaan, zou het net zo gemakkelijk zijn om ze te overweldigen met een groter aantal standaardkoppen, zei hij.
Maar dergelijke wapens kunnen gevaarlijke onzekerheid veroorzaken, zei Podvig, omdat ze niet vallen onder wapenbeheersingsverdragen zoals New START, die landen verplichten om het aantal, het type en de locatie van nucleaire wapens zoals ICBM's te rapporteren. Bovendien zijn de mogelijkheden en mogelijke toepassingen van hypersonische zweefvliegtuigen nog steeds onduidelijk.
"Deze systemen leiden tot grotere risico's op misrekening", zei Podvig, "en het is niet duidelijk of we die risico's effectief kunnen aanpakken."
In een poging om een deel van die onzekerheid te verminderen, overweegt het Pentagon naar verluidt ruimtegebaseerde sensoren te gebruiken om hypersonische wapens te spotten, volgens Space News. De aanpak zou een kostbare constellatie van satellieten vereisen, maar zou beter zijn in het spotten van wapens die in de hogere atmosfeer glijden en zou ook verder kunnen kijken dan systemen op het land die beperkt zijn door de horizon.
Podvig zegt dat een goed ontworpen systeem in staat zou moeten zijn om hypersonische wapens tijdens de vlucht te detecteren, maar het is niet duidelijk of dit het gemakkelijker zou maken om zulke snelle en manoeuvreerbare voertuigen te onderscheppen.
