Nem csak a blogon számtalanszor megénekelt ’60-as évek hozott egészen fantasztikus teljesítményű és képességű repülőgépeket. Ez a folyamat már az ’50-es években megkezdődött, amikor a tervezőasztalon még előremutatónak tűnő konstrukciók is – kis túlzással – elavultak a rendszeresítésük idejére. És egyáltalán nem elégedtek meg az alig évtizedes múltra visszatekintő sugárhajtás akkoriban elérhető technológiájával. Immár azt az energiaforrást kívánták lecserélni, ami még közös volt a dugattyús motorokban és a gázturbinákban is. A kőolaj helyett felbukkant a növelt energiatartalmú üzemanyagok ötlete, a nukleáris meghajtás, és a manapság megint csak előtérbe kerülő hidrogén is. Ezúttal utóbbinak az U-2 kémrepülőgép utódkeresésében játszott szerepéről lesz szó.
A hidrogén, mint üzemanyag
Amint arról a szovjet Spirál katonai űrrepülőgép ismertetőjében már volt szó, a hidrogénnek, mint üzemanyagnak a használata nem csak rakétamotorokban, hanem a légköri oxigént használó gázturbinákban is előnyös lehetett. Az energiasűrűsége ugyanis körülbelül a háromszorosa a hagyományos, kőolaj alapú kerozinnal szemben. Gázként azonban több száz bar nyomáson (repülőgépeknél jelenleg 350 bar körülre teszik ezt) kell tárolni, ami nagyon erős, azaz nehéz tartályt jelent. Folyadékként viszont, mivel -253°C alatti hőmérsékletet kell biztosítani, erősen szigetelni kell a tartályt. Ez utóbbi vákuumos megoldással lesz megoldva várhatóan, de az ’50-es években ezt csak a hajtómű felé tartó vezetékeknél lehetett volna kivitelezni. Az óriási térfogatú tárolótartályoknál inkább hagyományosabb szigetelésekre lehetett gondolni.
A pontos forráspont, tehát ami alatt teljes mértékben folyékony a hidrogén, -252,87°C (légköri nyomáson). Az egyszerűség kedvéért végig kerekítve, -253°C-ként szerepel az érték. Összehasonlításként, ez csak 20°C-kal több, mint az abszolút nulla fok.
Az Egyesült Államokban már a második világháború alatt elkezdtek foglalkozni a folyékony hidrogénnel (LH2 a szokásos, angol eredetű megnevezése), mint rakétahajtóanyaggal, és persze elméleti szinten felmerült, mint gázturbinák üzemanyaga is. A kezdetleges technológia, az infrastruktúra hiánya, és az előbb bemutatott hátrányok viszont távol tartották a dolgot a megvalósulástól. Csakhogy, az ’50-es évektől igény mutatkozott a nagyon nagy magasságban is használható repülőgépekre. Amíg pár évvel ezelőtt igazából a 10 km is ilyennek számított, ekkor már ennek a duplájáról, esetleg még többről volt szó hirtelen. Az itt uralkodó, igen alacsony légnyomásban, a légkör kis sűrűsége mellett a kerozin már nagyon a működőképességének határán volt az akkori hajtóművekben. Ezzel szemben viszont a hidrogén igen jól keveredett el a levegővel, és nagyon jól égett a teljes, immár szóba jövő magasságtartományban. Olyan jól, hogy egy gázturbinában az addiginál sokkal rövidebb égéstérre volt csak szüksége. Ezekre tekintettel, már a NACA is foglalkozott az LH2 alkalmazásának hátterével. Az hamar kiderült, hogy még 30,5 km magasságban is kiválóan ég el a hidrogén, miközben az aktuális hajtóműveknél ez a limit 13,7 km volt csupán. Az előbbi magasságban viszont olyan ritka a levegő, ami csekély légellenálláshoz vezet, még úgy is, hogy igen nagy szárnyakra van szükség, létrehozandó a kellő felhajtóerőt. Tehát, egy 30,5 km-en repülő szerkezet szükségképpen igen nagy, ami részben eleve megteremti a hidrogén óriási térfogatigénye miatt kellő méreteket. Igaz, itt inkább a szárnyak kihasználható térfogatára gondoltak, ami a hangsebesség alatti tartományra képes sárkányszerkezetnél lehetséges is volt. Kapóra jött a jobb égés miatti, kisebb hajtóművek lehetősége is, ami szintén hozzájárult a relatíve alacsony szerkezeti tömeghez. Ekkor azonban még a bórtartalmú üzemanyagok voltak az érdeklődés homlokterében.
1954-ben a USAF is minden lehetőségre kiterjedően kezdte vizsgálni a lehetséges hajtóanyagokat, beleértve a bevezetőben felsorolt verziókat, és mostmár a hidrogént is. Közben a NACA is dolgozott, és felismerték, hogy a fő kérdés a megfelelő tartály kialakítása az LH2 számára. Úgy gondolták, hogy a rakétafejlesztésből – és egyébként a ’20-as évekből – származó ötletet veszik elő, azaz, hogy a tartály merevségét nem annak erős szerkezete, hanem a benne lévő nyomás fogja megadni. Ugyanezt az elvet használták fel a később sikeresnek bizonyuló Atlas ballisztikus rakétánál is. Az első számítások szerint egy szubszonikus felderítőgép 24 km magasan tudna haladni, akár 13.500 km-re is elrepülve. Össztömege 40 tonna lenne, és szükség szerint akár póttartályokkal is ellátható. Ugyanakkor, ennek a szuperszonikus párja 25%-kal könnyebb lenne, és 2,5 Mach volna az utazósebessége, de cserébe már csak az előzőnél 80%-kal kisebb távot tudna lerepülni. Ennek az volt az oka, hogy a szuperszonikus szárnyprofilba már nem fértek tartályok, miközben a légellenállás – és így a fogyasztás – jelentősen megnőtt, akármilyen kis sűrűségű is volt az utazómagasságban a légkör. 1955 augusztusában a NACA tanulmánya a légköri nyomás kétszeresén javasolta tárolni a hidrogént egy 175 m3 térfogatú tartályban, 5,7 cm vastag, extrudált polisztirolhab hőszigeteléssel. Úgy gondolták, hogy a minden kiegészítőjével együtt 1588 kg-os tartály 11.340 kg folyékony hidrogént tud tárolni. 27°C-os, külső hőmérséklet mellett 2 és 3/4 órán át állhat a földön anélkül, hogy a párolgás miatti nyomásemelkedés következtében el kellene belőle engedni valamennyi hidrogént. Tehát, beavatkozás nélkül ennyi ideig állhatott készenlétben mondjuk egy bombázón, ami az indulási parancsot várja.
(forrás)
A fentiekben leírt, szubszonikus, nagy hatótávú és repülési magasságú felderítőgép elvi kialakítása. Nagy mértékben számoltak a szárnyban lévő, kis átmérőjű, de hosszú tartályokkal. Az utazósebességet 0,75 Mach-ban adták meg. Lent a gép modelljének korabeli fotója. Megjegyzendő, hogy egy szárnynak meglehetősen rugalmasnak kell lennie, azaz, jelentős alakváltozást kell elviselnie, ami elsősorban a legnagyobb dimenziója, tehát a fesztávolság mentén mutatkozik meg. Ez nem könnyíti meg az ilyen irányban álló tartályok beépítését
(forrás)
(forrás)
A NACA-féle, hidrogénhajtású, szuperszonikus bombázó