Hypersoniske våpen skal kunne nå mål i mer enn fem ganger lydens hastighet. For å komme dit brukes i hovedsak to typer fremdrift: konvensjonelle rakettmotorer, som tar med seg sitt eget oksidasjonsmiddel, og scramjet-motorer, som henter oksygen fra atmosfæren.

Ingen av teknologiene er best i alle situasjoner. Raketter gir den kraftige akselerasjonen som trengs for å nå hypersonisk hastighet, mens scramjet-motorer kan opprettholde motordrevet flyging i atmosfæren uten å bære med seg en egen oksygentilførsel. I enkelte hypersoniske våpen er planen derfor å kombinere dem.

Raketter gir kraftig akselerasjon

Rakettmotorer tar med seg både drivstoff og et oksidasjonsmiddel. Dermed kan de skape skyvekraft uten å være avhengige av oksygen i luften. Det gjør dem fleksible: De kan fungere fra stillestående, i stor høyde og også i verdensrommet.

For hypersoniske våpen er denne egenskapen særlig viktig i akselerasjonsfasen. En rakett kan raskt bringe et fartøy opp i hastigheten som trengs for oppdraget. Den kan enten frakte en konvensjonell stridshode­last, eller sende ut et glidefartøy som fortsetter mot målet uten vedvarende motorkraft.

Ulempen er at raketten må frakte oksidasjonsmiddelet sammen med drivstoffet. Det øker massen som ellers kunne vært brukt på mer drivstoff, nyttelast eller andre komponenter. Vedvarende motordrevet flyging kan også bruke opp drivstoffet raskt, avhengig av fartøyets utforming og flyprofil.

Raketter er samtidig en etablert teknologi med flere tiår med operativ erfaring. For boost-glide-våpen og missiler som trenger kraftig innledende akselerasjon, er de derfor et naturlig valg.

Scramjet bruker oksygen fra luften

Scramjet er en forkortelse for supersonic combustion ramjet, altså en ramjet-motor med forbrenning i overlydsstrøm. I stedet for å ta med sitt eget oksidasjonsmiddel henter motoren oksygen fra atmosfæren.

Når fartøyet beveger seg fremover i høy hastighet, komprimerer et luftinntak den innkommende luften før drivstoff sprøytes inn og brennes. Den avgjørende forskjellen er at luftstrømmen gjennom forbrenningskammeret fortsatt er supersonisk. Dermed kan motoren fungere ved hypersonisk hastighet uten den roterende kompressoren og turbinen som finnes i konvensjonelle jetmotorer.

En scramjet kan potensielt opprettholde hypersonisk marsjfart mer effektivt enn en rakett, fordi den ikke trenger å bære med seg en egen oksygentilførsel. Men motoren klarer vanligvis ikke å skape nok skyvekraft fra stillestående til å nå hastighetsområdet der den fungerer. Et første trinn, eller et annet fremdriftssystem, må derfor akselerere fartøyet først.

Det er også svært vanskelig å holde forbrenningen stabil i luft som beveger seg med flere ganger lydens hastighet. Motoren må kontrollere blandingen av drivstoff og luft, trykket og de ekstreme temperaturene på millisekunder.

Tester har vist at teknologien kan fungere

NASAs forsøksfly X-43A bidro til å vise at scramjet-fremdrift kunne fungere under fri flyging. I november 2004 nådde forskningsfartøyet omtrent Mach 9,6 etter at en rakettbooster hadde akselerert det til nødvendig hastighet og høyde. Scramjet-motoren var i drift i en kort periode før testflygingen ble avsluttet.

Militær forskning har fulgt en tilsvarende utvikling. I 2021 kunngjorde DARPA og US Air Force en vellykket flytest av Hypersonic Air-breathing Weapon Concept (HAWC), en demonstrator for et scramjet-drevet kryssermissil utviklet av Raytheon. En HAWC-flyging i 2023 demonstrerte et annet design utviklet av Lockheed Martin.

Testene viste at luftåndende hypersonisk fremdrift er mulig. Å gjøre eksperimentelle systemer om til pålitelige og kostnadseffektive våpen er likevel fortsatt en betydelig ingeniørutfordring.

Kan kombineres i samme våpen

Raketter og scramjet-motorer løser ulike problemer. Raketter tilbyr kraftig akselerasjon og større fleksibilitet på tvers av ulike driftsmiljøer. Scramjet-motorer gir mulighet for vedvarende, motordrevet hypersonisk flyging i atmosfæren uten å bære med seg et oksidasjonsmiddel.

Derfor kombinerer enkelte foreslåtte hypersoniske kryssermissiler teknologiene. En rakettbooster akselererer fartøyet og kobles fra når scramjet-motoren kan ta over. Boost-glide-våpen følger en annen modell: Rakettfremdrift brukes til å akselerere et fartøy, som deretter glir videre mot målet.

Hvilken teknologi som er best, avhenger til slutt av oppdraget. Raketter er fortsatt det mest allsidige alternativet, mens scramjet-motorer er lovende for vedvarende hypersonisk marsjfart i atmosfæren. Ingen av løsningene fjerner utfordringene knyttet til varme, styring, kostnader og pålitelighet som gjør hypersoniske våpen vanskelige å utvikle.