Ein chinesisches Forschungsteam hat nach eigenen Angaben einen potenziell fatalen Fehler in der Hyperschall-Aerodynamik-Software der NASA entdeckt .
Diese kleine Lücke inmitten verworrener Gleichungen könnte zu „unweigerlich fehlerhaften Ergebnissen“ führen, wenn Wissenschaftler wichtige Fragen wie die Hochtemperaturablation simulieren und analysieren, sagte das Team unter der Leitung von Professor Liu Jun, einem Forscher am Labor für Hyperschalltechnologie der National University of Defense Technology, in einem von Experten begutachteten Artikel, der am 14. März in der chinesischen Fachzeitschrift Acta Aerodynamica Sinica veröffentlicht wurde.
Wenn die Geschwindigkeit eines Flugzeugs Mach 5 überschreitet, entstehen durch starke Reibung mit der Luft erhebliche Temperaturen, die Luftmoleküle ionisieren und chemische Reaktionen auslösen können. Diese komplizierten Reaktionen können die Oberfläche des Flugzeugs erodieren und die Temperatur oder Dichte der umgebenden Luft verändern. Ungenauigkeiten in den Modellierungsdaten könnten tiefgreifende Auswirkungen auf die Leistung und Sicherheit von Flugzeugen haben.
Die in Lius Artikel zitierte Software namens Vulcan-CFD wurde vom Langley Research Center der NASA entwickelt. Aufgrund seines potenziellen Einsatzes bei der Entwicklung von Hyperschallwaffen unterliegt es Exportkontrollen mit begrenzter Verbreitung innerhalb der amerikanischen Grenzen.
Die chinesischen Forscher bezogen ihre Informationen aus einer 2020 veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeit, in der das Softwareentwicklungsteam der NASA die Funktionsprinzipien von Vulcan und einige von ihm verwendete Schlüsselgleichungen vorstellte. Die Software sei in der Branche „gut bekannt“, sagten Liu und seine Mitarbeiter.
Liu, dessen Labor sich in Changsha in der Provinz Hunan befindet, wurde bei der Forschung von Wissenschaftlern der Universität für Luft- und Raumfahrttechnik der Volksbefreiungsarmee in Peking und dem Mianyang Aerodynamic Research and Development Center in der Provinz Hunan unterstützt. Die drei Institutionen haben in den letzten zwei Jahrzehnten zur rasanten Entwicklung der Hyperschallwaffentechnologie Chinas beigetragen.
Das Entwicklungstempo der amerikanischen Hyperschallwaffen bleibt hinter dem Chinas und Russlands zurück und wird allmählich von einigen kleineren Nationen überholt. Nordkorea hat nach eigenen Angaben am 3. April die landgestützte Hyperschall-Gleitrakete Hwangsong 16B erfolgreich getestet.
Unterdessen scheiterte der Test der Langstrecken-Hyperschallwaffe ( LRHW) der US-Armee, ähnlich der nordkoreanischen Rakete, in den Jahren 2021 und 2022 nacheinander. Die nächsten drei geplanten Starts wurden gestrichen oder verschoben. Das ARRW- Programm wurde nicht refinanziert.
ARRW auf B52
Diese Ausfälle haben einen sehr hohen Preis. Allein für das Haushaltsjahr 2025 forderte die US-Armee 1,28 Milliarden US-Dollar vom Steuerzahler, „um im Jahr 2024 einen experimentellen Prototyp mit verbleibender Kampffähigkeit zu liefern“. Das Haushaltsamt des US-Kongresses führte die ungünstige Entwicklung auf die hohen Temperaturen zurück.
„Die grundlegende Herausforderung, die bleibt, besteht darin, die extreme Hitze zu bewältigen, der Hyperschallraketen ausgesetzt sind, wenn sie während des Großteils ihres Fluges mit hoher Geschwindigkeit durch die Atmosphäre fliegen“, schrieb das Büro in einem Bericht, nachdem es eine gründliche Untersuchung der amerikanischen Hyperschallwaffenprogramme durchgeführt hatte letztes Jahr.
„Um die empfindliche Elektronik von Hyperschallraketen abzuschirmen, die Leistung verschiedener Materialien zu verstehen und die Aerodynamik bei anhaltenden Temperaturen von bis zu 3.000 Grad Fahrenheit vorherzusagen, sind umfangreiche Flugtests erforderlich. Die Tests dauern an, aber Fehler in den letzten Jahren haben den Fortschritt verzögert“, hieß es.
Lius Team bestätigt, dass es den Fehler in einer Gleichung entdeckt hat, die die NASA in Vulcan verwendet, um Änderungen in der Konzentration verschiedener chemischer Komponenten wie Sauerstoff und Stickstoff in Hochtemperatur-Gasgemischen zu beschreiben.
Diese Gleichung berücksichtigt nicht die Vermischung und den Transport von Komponenten, die durch kleinräumige Turbulenzen verursacht werden, wenn sich die Temperaturen schnell ändern oder schwanken.
Aufgrund der Komplexität der Hyperschall-Aerodynamik können einige kleinräumige Bewegungen von Modelldesignern aufgrund mangelnden Verständnisses oder zu komplexer Lösungsberechnungen übersehen werden.
Ein schwerwiegender Fehler der NASA
Lius Team sagte in seinem Papier, dass die mangelnde Aufmerksamkeit der NASA für diese Details dazu geführt habe, dass die Software nicht in der Lage sei, die chemische Zusammensetzung und Temperaturänderungen auf der Oberfläche des Raumfahrzeugs genau vorherzusagen, was erhebliche Auswirkungen auf die Simulations-, Design- oder Analysearbeiten haben könnte das auf Software angewiesen ist.
Die NASA gehörte zu den ersten Institutionen weltweit, die Hyperschalltechnologie erforschten, und prägte sogar den Begriff, der ironischerweise von einem chinesischen Wissenschaftler geprägt wurde, der an der Institution arbeitete, Qian Xuesen, dem „Vater der chinesischen Raketen“, der am et Propulsion arbeitete Labor (JPL) im Jahr 1946.
Wissenschaftler und Ingenieure der NASA haben in diesem Bereich viele bahnbrechende Studien und Flugtests durchgeführt, doch in den letzten Jahren kam es zu anhaltenden Budgetkürzungen und einer Abwanderung von Fachkräften. Ein weiterer Fall, in dem Budgetkürzungen nicht mit der wissenschaftlichen Entwicklung vereinbar sind. Wenn der Fehler derjenige wäre, der durch das chinesische Thema identifiziert wurde, wäre das ein sensationelles Versehen, das jedoch alle Schwierigkeiten der USA bei der Entwicklung eines Hyperschallflugs erklären würde.
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Der Artikel „Die Software für Hyperschallsimulationen ist falsch“. Chinesische Wissenschaftler scherzen sich nicht von der NASA, sondern von „Economic Scenarios“ .
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Mon, 08 Apr 2024 09:34:31 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/il-software-per-le-simulazioni-ipersoniche-e-sbagliato-scienziati-cinesi-fanno-le-pulci-alla-nasa/ veröffentlicht wurde.