NEW YORK NAAR PARIJS IN 90 MINUTEN. KAN DEZE STARTUP HET WAARMAKEN?
foto: Het nog te bouwen Hermeus passagiersvliegtuig ‘de Halcyon’. Het vliegtuig zou Mach 5 moeten halen.
Het gedurfde plan van Hermeus om een passagiersvliegtuig te bouwen dat Mach 5 kan halen is een gok, maar het wordt gesteund door het Pentagon.
Eerder deze maand stond er een gebogen aluminium skelet van 15 meter lang te wachten in de enorme fabriek van Hermeus in Atlanta. Het was het prototype van een drone met de naam Quarterhorse. Het zal nooit vliegen. In plaats daarvan zal het vanaf september op de grond worden getest. Hermeus CEO AJ Piplica en zijn medeoprichters geloven dat het de eerste stap is op een lange weg naar een gedurfd doel: een vliegtuig bouwen dat 20 passagiers kan vervoeren op hypersonische snelheid – vijf keer sneller dan geluid, of 3.850 mijl per uur.
Stel je voor: New York naar Parijs in 90 minuten. Een hele verbetering ten opzichte van de zeven en een half uur van een commerciële vlucht vandaag de dag.
Het is 20 jaar geleden sinds de laatste vlucht van de Concorde, het baanbrekende maar geldverslindende supersonische straalvliegtuig. Tot nu toe heeft nog geen enkele van de vele startups die supersonisch reizen wilden terugbrengen de grond verlaten. Piplica erkent dat Hermeus nog moeilijkere technische uitdagingen aangaat door een vliegtuig te bouwen dat lange tijd kan vliegen in de intense hitte en de vreemde dynamiek die ontstaat naarmate je verder boven de geluidssnelheid klimt. Maar hij zegt dat dat niet het grootste probleem is. “De zakelijke uitdagingen zijn eigenlijk de moeilijkste,” vertelt Piplica (35) aan Forbes. “Je gaat niet zomaar miljarden dollars ophalen om een passagiersvliegtuig te ontwikkelen.”
Piplica’s oplossing: de technologie grotendeels op kosten van het Pentagon bewijzen door kleinere hypersonische drones te ontwikkelen, gebruikmakend van de urgentie van Washington om Rusland en China in te halen met manoeuvreerbare hypersonische raketten. Quarterhorse is bedoeld als herbruikbaar testbed om materialen en apparatuur te onderwerpen aan hogesnelheidsomstandigheden.
Hermeus won een contract van 30 miljoen dollar van de Amerikaanse luchtmacht voor de bouw en het vliegen met drie versies van het vliegtuig. De eerste vlucht is gepland voor 2024 en Piplica zegt te verwachten dat de totale ontwikkelingskosten minder dan 100 miljoen dollar zullen bedragen. Een grotere tweede drone, Darkhorse, die Hermeus in 2026 hoopt te testen, is ook gepland om te worden gebruikt als testvliegtuig, voor langeafstandssurveillance en voor aanvallen.
Als het lukt, zal Hermeus tegen de tijd dat het zijn geplande verkeersvliegtuig Halcyon bouwt, volgens Piplica zes tot tien prototypes van Quarterhorse en Darkhorse hebben gebouwd en oplossingen hebben gevonden voor veel van de technische onduidelijkheden van hogesnelheidsvluchten. Tenslotte, zegt Piplica, hebben mensen slechts ongeveer 30 minuten ervaring boven Mach 4 met zogenaamde luchtademende vliegtuigen, die de zuurstof om hen heen gebruiken voor de verbranding van brandstof in plaats van het aan boord te brengen zoals raketten doen, waardoor er minder ruimte overblijft voor lading zoals passagiers.
Als alle tests klaar zijn, verwacht Piplica een vloot van hypersonische drones te hebben die een solide inkomen verdienen met het uitvoeren van missies voor het Ministerie van Defensie. Op dat moment, zegt hij, zal Hermeus “een sterke financiële basis hebben opgebouwd die sterk genoeg is om te investeren in de overgang naar Halcyon zonder een belachelijke hoeveelheid privékapitaal”.
Op basis van dat businessplan heeft Hermeus 119 miljoen dollar opgehaald, met een B-ronde die in maart 2022 werd afgerond tegen een waardering van 400 miljoen dollar. De ambitieuze doelen van het bedrijf leverden het dit jaar een plek op in de Forbes’ Next Billion-Dollar Startups lijst van 25 venture-gesteunde bedrijven waarvan wij denken dat de kans het grootst is dat ze een waardering van $ 1 miljard bereiken.
Vreemde wetenschap
Het doel van Hermeus om halverwege de jaren 2030 lijnvliegtuigen in dienst te hebben is een ongelooflijk moeilijke taak, vertellen experts aan Forbes.
De uitdaging is niet om hypersonische snelheden te bereiken – raketten en ruimtevoertuigen doen dat regelmatig. De moeilijkheid zit hem in het bouwen van iets dat die snelheden en spanningen kan weerstaan en herbruikbaar is, zegt Luca Maddalena, een hypersonica-onderzoeker aan de Universiteit van Texas in Arlington.
Wrijving met lucht zorgt voor steeds meer warmte naarmate een vliegtuig sneller gaat. Om zich aan te passen had het spionagevliegtuig SR-71 Blackbird, dat in 1976 met Mach 3,3 het record vestigde voor het snelste bemande vliegtuig met luchtademhaling, vleugeldelen van titaniumlegering die gegolfd waren zodat ze konden uitzetten als de huid opwarmde. Het lekte brandstof op de startbaan omdat de tanks alleen afdichtten wanneer het metaal tijdens de vlucht opzwol.
Een vliegtuig gaat supersonisch wanneer het de geluidssnelheid of Mach 1 overschrijdt, maar er is geen specifieke snelheid waarbij hypersonisch begint. Het wordt gedefinieerd door zijn eigenaardige dynamiek. Bij snelheden boven Mach 5 begint hitte chemische reacties te veroorzaken in de lucht rond het voertuig. Zuurstof en stikstof splitsen zich in afzonderlijke atomen en kunnen reageren met de huid van het vliegtuig. Het vliegtuig vliegt niet langer in de lucht die het op de startbaan omringde.
“Het is een soep van verschillende gassen,” zegt Maddalena, “en het is waarschijnlijk op elk punt van het voertuig anders” door temperatuur- en drukverschillen. Bij hogere snelheden kan een deel van het gas in plasma veranderen. Om te voorspellen hoe een vliegtuig zal presteren, moet je chemie en kwantummechanica combineren met aerodynamica. Wetenschappers hebben nog veel werk te doen. Een belangrijke voorwaarde om een hypersonisch vliegtuig levensvatbaar te maken, is de duurzaamheid ervan. “Hij kan niet half zo lang meegaan als een subsonisch voertuig vandaag de dag”, zegt Mary Jo
Long-Davis, hoofd van NASA’s Hypersonic Technology Project. “Dat sluit het bedrijfsmodel niet.”
Piplica geeft toe dat er geen manier is om een levensduur of onderhoudsschema voor Halcyon te voorspellen. “De gegevens bestaan niet,” zegt hij. Hermeus probeert de informatie te krijgen via Quarterhorse en Darkhorse en maakt misschien een kans door de huidige ijver van de Amerikaanse overheid om hypersonische wapens te ontwikkelen.
Wapen naar keuze
Het Congres gaf het Pentagon in het fiscale jaar 2023 5,8 miljard dollar voor ruwweg 70 hypersonische programma’s, tegenover minder dan een half miljard dollar in 2016. Maar de vooruitgang is traag, deels door een ontoereikend aantal windtunnels die hypersonische omstandigheden kunnen simuleren en het trage tempo van de vliegproeven. Veel programma’s doen maar een paar vliegproeven per jaar.
Dat is een van de redenen waarom Hermeus misschien iets op het spoor is door als eerste drones te bouwen die gebruikt kunnen worden om onderdelen te testen.
Anderen onderzoeken deze mogelijkheid ook. Stratolaunch, vroeger gefinancierd door wijlen Microsoft miljardair Paul Allen, ontwikkelt een raketaangedreven autonoom hypersonisch testvoertuig dat gelanceerd zal worden vanuit zijn Roc-vliegtuig, het grootste vliegtuig ter wereld. Dit voorjaar heeft de Defense Innovation Unit contracten toegekend aan het Australische bedrijf Hypersonix en het Californische Fenix Space and Rocket Lab om hypersonische testbeds te ontwikkelen.
Piplica en zijn medeoprichters – CTO Glenn Case, COO Skyler Shuford en Chief Product Officer Mike Smayda – hebben allemaal een achtergrond in de ruimtevaartindustrie en werkten samen bij Generation Orbit, dat een in de lucht gelanceerde vloeibare raket ontwikkelde voor het testen van hypersonische vluchten. Ze denken dat ze de kosten laag kunnen houden door de startups in de ruimtevaart na te bootsen door een serie vliegtuigen te bouwen die geleidelijk de problemen van hypersonische vluchten oplossen.
Quarterhorse zal bijvoorbeeld maar een paar minuten boven Mach 3 vliegen, zodat Hermeus niet de warmtebeheerproblemen van een langer vliegende hypersonische drone hoeft op te lossen, laat staan de problemen die nodig zijn om passagiers in leven te houden. Quarterhorse zal het luchtademende voortstuwingssysteem testen, dat ontworpen is om relatief betaalbaar te zijn.
Zowel Quarterhorse als Darkhorse zullen vanaf het opstijgen worden aangedreven door een off-the-shelf straaljager motor die het vliegtuig zal voortstuwen tot in de buurt van Mach 3, snel genoeg om een ramjet te ontsteken, die geen bewegende delen heeft en afhankelijk is van voorwaartse beweging om de lucht samen te persen die nodig is om brandstof efficiënt te verbranden. Ramjets zijn al tientallen jaren in ontwikkeling en zijn een relatief volwassen technologie, aldus Piplica.
Vorig jaar demonstreerde het bedrijf dat het voortstuwingssysteem, Chimera genaamd, de overgang naar een ramjet kon maken in een windtunnel met hoge snelheid. Darkhorse is volgens de planning ongeveer 50% langer dan Quarterhorse en kan bij Mach 5 een bereik van meer dan 1000 mijl hebben. Nu de vooruitgang in radar de stealth-eigenschappen van Amerikaanse vliegtuigen zoals het F-35 gevechtsvliegtuig teniet dreigt te doen, stelt Piplica dat de snelheid van Darkhorse de luchtmacht in staat zal stellen om te blijven opereren in het luchtruim van tegenstanders zoals China die over geavanceerde luchtverdediging beschikken.
Andere startende hypersonische passagiersvliegtuigen willen nog sneller gaan dan Hermeus, met meer exotische technologie.
Venus Aerospace uit Houston werkt aan de perfectionering van een raketmotor met roterende ontploffing, die een 12-persoons vliegtuig moet aandrijven dat met Mach 9 aan de rand van de ruimte kan vliegen. Volgens PitchBook hebben investeerders, waaronder de durfkapitaalafdeling van Airbus, het bedrijf 48 miljoen dollar gegeven. De Zwitserse startup Destinus plant een vliegtuig op waterstof dat Mach 15 kan halen. Volgens PitchBook heeft het bedrijf 39 miljoen dollar aan financiering ontvangen.
Kosten van snelheid
Hoe hoger het Mach-getal, hoe meer exotische materialen er nodig zijn – en hoe hoger de onderhoudskosten, zegt NASA’s Long-Davis. Met de snelheid stijgen ook de brandstofkosten en waarschijnlijk de ticketprijzen, volgens een handvol studies die NASA de afgelopen vier jaar heeft gefinancierd over de economische aspecten van hogesnelheidsluchtvaart. Er wordt veel uitgegaan van aannames, maar de studies suggereren dat het grootste marktpotentieel ligt bij vliegtuigen die in het relatief rustige bereik van Mach 2 tot Mach 3 vliegen, met 20 tot 30 passagiers.
Een fictief Mach 5-vliegtuig voor 20 passagiers met een bereik van 4000 km zou volgens een studie van SpaceWorks een ticketprijs van meer dan $10.000 kunnen hebben. Piplica zegt dat het snelheidsbereik waar de Chimera voor geoptimaliseerd zal worden – Mach 3 tot 5 – Hermeus flexibiliteit geeft. Zelfs als Mach 1 tot 2 meer potentieel heeft voor passagiersvervoer, stelt Piplica dat startende supersonische vliegtuigen het nadeel hebben dat ze minder aantrekkelijk zijn voor het leger en geen vooruitzichten hebben om tussenproducten te verkopen om hun weg naar het einddoel te financieren, zoals Hermeus hoopt te doen met zijn geplande drones.
Maar het Pentagon staat erom bekend te experimenteren met nieuwe technologieën en dan van richting te veranderen. Na de sterke stijging van de uitgaven voor de ontwikkeling van hypersonische wapens in de Trump-regering, vragen critici zich af of ze het wel waard zijn. Ze zouden een derde duurder kunnen zijn dan ballistische raketten met hetzelfde bereik en minder overlevingskansen, concludeerde het Congressional Budget Office in een rapport van januari. Het blijkt al moeilijk genoeg om een manoeuvreerbaar hypersonisch voertuig te bouwen met een eenrichtingsmissie om te exploderen, dus praten over hypersonisch transport is op dit moment een “Ray Bradbury-verhaal”, zegt Richard Aboulafia van AeroDynamic Advisory, verwijzend naar de sciencefictionschrijver.
“Het idee dat een kleine startup de naald zou kunnen verplaatsen op een eeuwenlang pad is een beetje vreemd.”
Maddalena zegt dat het goed is dat startups zoals Hermeus aandacht en kapitaal aantrekken met spannende vliegtuigontwerpen, maar buiten de schijnwerpers werken andere bedrijven en academici in stilte aan bouwsteencomponenten die hypersonische vluchten mogelijk maken. “Het is niet zo dat het succes van ons hypersonische programma uitsluitend afhangt van een paar startups.”
