Dopiero teraz, we wschodnich Chinach, naukowcy twierdzą, że udało im się rozwiązać fundamentalny problem, który blokował postęp przez dziesięciolecia. Obiekt testowy w Jinan rutynowo rozpędza pojazdy do prędkości przekraczających Mach 1, czyli ponad 340 metrów na sekundę.
Fala uderzeniowa niszcząca czujniki
Główną przeszkodą nie było samo rozpędzenie obiektu do prędkości naddźwiękowej, ale utrzymanie kontroli nad całym systemem. Kiedy pojazd przekracza barierę dźwięku na małej wysokości, generuje potężną falę uderzeniową. Ta fala ciśnienia, skupiająca się przy ziemi, miała wystarczającą siłę, by uszkadzać lub całkowicie niszczyć konwencjonalne czujniki, które dostarczały kluczowych danych o pozycji i prędkości.
W typowych konfiguracjach w grę wchodzi cały zestaw aparatury: czujniki optyczne, radarowe, magnetyczne, bariery świetlne, elementy telemetryczne montowane na pojeździe, a także pomiar na torze (sekcje kontrolne, znaczniki). Problem polega na tym, że przy przejściu przez Mach 1 w pobliżu podłoża środowisko pomiarowe staje się brutalne: gwałtowne skoki ciśnienia, silne turbulencje, drgania i chwilowe szumy aerodynamiczne potrafią wybić z rytmu nawet dobrze ekranowane układy. Jeśli czujnik przestaje podawać wiarygodne dane, system sterowania wchodzi w tryb zgadywania – a to w przypadku setek megadżuli energii jest proszeniem się o katastrofę.
Bez precyzyjnych pomiarów system tracił możliwość regulacji mocy silników liniowych. Błędy w sterowaniu, przy energiach sięgających setek megadżuli, prowadziły do gwałtownych awarii. Niestabilne siły aerodynamiczne wywołane falą uderzeniową zakłócały pracę urządzeń pomiarowych, wprowadzając chaos do pętli kontrolnej. Właśnie na tym etapie załamywały się wszystkie wcześniejsze projekty. Nawet jeśli sam napęd miał zapas, brak stabilnej informacji zwrotnej powodował, że sterowanie nie nadążało za rzeczywistością – a przy tych prędkościach opóźnienia i błędy narastają lawinowo.
Innowacyjne podejście: system bez czujników
Zamiast próbować ulepszać lub chronić czujniki przed ekstremalnymi warunkami, zespół pod kierunkiem Xu Fei z Instytutu Inżynierii Elektrycznej Chińskiej Akademii Nauk postanowił je po prostu wyeliminować. Opracowali metodę, która do szacowania prędkości wykorzystuje sygnały elektryczne z cewek napędowych samej wyrzutni.
To podejście brzmi zaskakująco, ale ma solidną logikę inżynierską. W napędach elektrycznych od lat stosuje się tzw. sterowanie bezczujnikowe – zamiast polegać na osobnym enkoderze czy czujniku prędkości, wykorzystuje się zjawiska, które i tak zachodzą w silniku: zmiany prądu, napięcia, indukcyjności, pojawiające się sygnały wtórne (w uproszczeniu: „odcisk palca” ruchu w danych elektrycznych). Jeśli tor jest podzielony na wiele sekcji, a każda ma własny zestaw cewek, powstaje gęsta sieć punktów, z których można pośrednio wnioskować o położeniu i dynamice pojazdu – bez montowania na nim delikatnych sensorów narażonych na falę uderzeniową.
Każda sekcja toru składa się z segmentowanych cewek wytwarzających pole magnetyczne. Gdy pojazd się porusza, powoduje subtelne zmiany w charakterystyce tych sygnałów. Algorytm opracowany przez chińskich inżynierów zbiera dane z wielu sąsiadujących cewek, filtruje zakłócenia spowodowane falą uderzeniową i na bieżąco kalibruje obliczenia. W testach osiągnięto dokładność na poziomie 1,1% błędu przy prędkościach do 370 m/s, co okazało się wystarczające dla stabilnej kontroli. Pojazdy testowe o masie jednej tony były rozpędzane do prędkości naddźwiękowych bez utraty sterowności.
W praktyce to właśnie wystarczająca dokładność jest tu kluczowa. W tak dynamicznym układzie idealny pomiar jest mniej ważny niż pomiar stabilny, szybki i odporny na zakłócenia. Jeśli system potrafi w czasie rzeczywistym przewidywalnie estymować prędkość i pozycję, sterowanie może dawkować energię sekcja po sekcji, utrzymując margines bezpieczeństwa nawet wtedy, gdy warunki aerodynamiczne są wyjątkowo nieprzyjazne.
Znaczenie tego przełomu w globalnym wyścigu technologicznym
Dla porównania, obecnie najbardziej zaawansowany amerykański system elektromagnetyczny EMALS, używany na lotniskowcach klasy Gerald R. Ford, rozpędza samoloty do około 78 metrów na sekundę. To imponująca wartość, lecz wciąż ponad cztery razy mniejsza od prędkości dźwięku. Różnica wynika nie tylko z ambicji prędkościowych, ale i z przeznaczenia: EMALS ma bezpiecznie wynosić ciężkie maszyny w kontrolowanym profilu, z wysoką niezawodnością operacyjną na morzu, a nie bić rekordy prędkości w testach naziemnych. Mimo to zestawienie dobrze pokazuje skalę problemu – przejście w rejony naddźwiękowe na torze to zupełnie inna liga obciążeń i zakłóceń.
Instalacja w Jinan ma być czymś więcej niż demonstracją konceptu. Może służyć jako platforma badawcza dla technologii hipersonicznych, nowych materiałów lotniczych oraz systemów startowych, w których liczy się możliwość odtworzenia ekstremalnych warunków bez budowania pełnowymiarowego pojazdu latającego. Testowanie komponentów w reżimie naddźwiękowym jest szczególnie cenne tam, gdzie istotne są zjawiska pojawiające się dopiero po przekroczeniu Mach 1: nagły wzrost oporów falowych, wrażliwość na geometrię, przegrzewanie się elementów wystawionych na strumień powietrza oraz zachowanie osłon i sensorów w turbulentnym przepływie.
Możliwość prowadzenia badań na takim torze może przyspieszyć iteracje projektowe: zamiast czekać na kosztowne próby poligonowe czy testy w locie, część hipotez da się szybciej zweryfikować w kontrolowanym środowisku, gdzie parametry rozpędzania są powtarzalne. To nie zastąpi prób w realnym locie, ale może znacząco skrócić etap dochodzenia do prototypu, zwłaszcza w obszarach materiałów i odporności konstrukcji na obciążenia przy dużych prędkościach.
Chińskie osiągnięcie w dziedzinie bezczujnikowego sterowania wygląda na rozwiązanie problemu, który przez dziesiątki lat uznawano za niemal nie do obejścia: jak utrzymać pętlę kontrolną, gdy środowisko fizycznie niszczy aparaturę pomiarową. Chociaż szczegóły techniczne i pełna weryfikacja przez społeczność międzynarodową są jeszcze przed nami, sama idea sterowania z danych napędu ma potencjał, by stać się nowym standardem w ekstremalnych warunkach, gdzie klasyczne sensory są najsłabszym ogniwem.
Ten projekt jest ciekawy nie dlatego, że ktoś przekroczył Mach 1 na torze – sama prędkość jest efektowna, ale w technologii liczy się powtarzalność i kontrola. Jeśli deklarowana stabilność sterowania rzeczywiście się utrzyma, a metoda okaże się odporna na zakłócenia w kolejnych konfiguracjach, to zmienia się sposób myślenia o systemach testowych: zamiast chronić czujniki, można projektować układ tak, by czujniki przestały być krytycznym punktem awarii.
Równocześnie warto zachować ostrożność w ocenie. W tego typu doniesieniach najtrudniejsze pytania dotyczą skalowania, niezawodności długoterminowej oraz tego, jak system zachowuje się poza wąsko zdefiniowanym profilem testowym. Dopiero szersza publikacja danych, niezależne analizy i powtarzalność wyników pokażą, czy jest to przełom o trwałych konsekwencjach, czy imponujący sukces w konkretnym, dopracowanym scenariuszu. Jeśli jednak to drugie przerodzi się w pierwsze, Jinan może stać się punktem odniesienia dla całej gałęzi badań, która przez lata rozbijała się o tę samą barierę: pomiar i kontrolę w cieniu fali uderzeniowej.