Mae Dull 'Arian Preifat' yr Uned Arloesi Amddiffyn yn anelu at Gynhyrchu Cyflym Awyrennau Prawf Hypersonig y gellir eu hailddefnyddio

Nid cyflymder tanio ar dymheredd tanio yw'r unig beth sy'n gwneud ymchwil hypersoneg yn anodd. Mae rhy ychydig o seilwaith prawf, o dwneli gwynt i awyrennau prawf hedfan gwirioneddol, yn cyfyngu ar ymchwil. Mae'r Uned Arloesi Amddiffyn yn betio syniadau'r sector preifat a gall cyfalaf y sector preifat wneud i bethau ddigwydd yn gyflymach.

Mae adroddiadau Uned Arloesi Amddiffyn (DIU) yn ei hanfod yw cyflymydd mabwysiadu technoleg fasnachol mewnol y Pentagon. Wedi'i staffio gan gymysgedd o arbenigwyr gweithredol yn y sector milwrol a thechnoleg, mae'n ceisio cael atebion masnachol yn y drws, eu graddio a'u cymhwyso i broblemau Adran Amddiffyn.

Mae'r portffolio o seiber, ymreolaeth a thechnolegau gofod DIU wedi llwyddo i drosglwyddo i'r fyddin yn dystiolaeth o beth llwyddiant. Wedi'u hadeiladu ar yr addewid o elw i ddod gan gwmnïau preifat anhraddodiadol, mae'r atebion hyn yn dod i'r amlwg ac yn datblygu y tu allan i gylchoedd amddiffyn gyda datrys problemau amgen a chyflymder na all y llywodraeth ei gyfateb. Dyna mae DIU yn gobeithio ei ddefnyddio i symud y defnydd o hypersonig milwrol yn ei flaen.

“Rydyn ni’n gwybod bod arian preifat yn cael ei ddefnyddio i adeiladu cludiant hypersonig [masnachol] ar gyfer teithwyr a chargo,” meddai Barry Kirkendall, cyfarwyddwr technegol gofod DIU. “Bum neu ddeng mlynedd yn ôl, nid oedd hynny’n wir, ond mae nawr. Rydym am drosoli’r buddsoddiad preifat hwnnw, y cwmnïau hynny ar gyfer yr Adran Amddiffyn.”

Yn unol â hynny, mae DIU wedi lansio menter o'r enw HyCAT (Hypersonic and High-Cadence Test Airborne Capabilities). Mae'n ceisio partneriaid masnachol i ddangos awyren prawf prototeip sy'n gallu hedfan a symud yn fwy na Mach 5, cario dau lwyth tâl arbrofol, cynnal hediadau “dygnwch hir”, a dal data perfformiad wrth hedfan. Byddai angen i gontractwyr posibl hedfan o fewn 12 i 24 mis.

Yn ôl safonau ymchwil hypersonig mae'n ffenestr fer. Ond o ystyried y galw am brofion hypersonig a'r ôl-groniad y mae America'n ei wynebu nawr, mae'n rhaid iddo fod.

“I ddechrau, fe wnaeth ymchwil hypersoneg ysgogi seilwaith taflegrau [UD], yr ystodau profi, ffatrïoedd a phobl dylunio,” mae Kirkendall yn nodi. “Ni arafodd y gwaith taflegrau erioed. Yr hyn a newidiodd oedd y tempo [ymchwil] wedi cynyddu ac o ganlyniad ni allai ein seilwaith ymdopi ag ef. Felly rydym yn cael ein hunain yn pwyso ar dwneli gwynt ac ystodau prawf nad oes ganddynt fawr ddim argaeledd. Ni allwn fforddio adeiladu seilwaith newydd ac ystodau newydd felly rydym yn chwilio am ateb arall.”

Mae'r seilwaith prawf cenedlaethol hefyd yn heneiddio. A adrodd a gyhoeddwyd y llynedd gan Swyddfa Gyfrifo'r Llywodraeth sylw at y ffaith bod 14 o'r 26 twneli gwynt Adran Amddiffyn, NASA a'r Adran Ynni sy'n gallu cefnogi ymchwil hypersonig wedi'u hadeiladu yn y 1970au. Mae cyfleusterau twnnel gwynt sector preifat newydd yn cael eu hadeiladu yn Prifysgol Purdue ac mewn mannau eraill ond mae eu cost yn uchel a chwblhau blynyddoedd i ffwrdd.

Ar ben hynny, ni all cyfleusterau prawf daear a labordy roi'r mewnwelediad y gall cerbydau hypersonig hedfan gwirioneddol gyda llwythi tâl pwrpasol. Mae rhediadau twnnel gwynt hypersonig yn fyr, gyda'r olaf yn para ychydig eiliadau. Mae'r synwyryddion a'r offeryniaeth y gellir eu gosod mewn twneli neu ar erthyglau prawf yn gyfyngedig, gan ganiatáu yn gyffredinol ar gyfer “cipluniau” data yn hytrach na llifoedd gwybodaeth hirach.

Mae'r ychydig o brofion hedfan sydd wedi'u gwneud gyda thaflegrau a llond llaw o gerbydau hypersonig yn yr un modd wedi'i gyfyngu gan heriau synhwyrydd, telemetreg ac amrediad. Dim ond ychydig o gerbydau hedfan hypersonig y gellir eu hailddefnyddio gyda chyfnodau hir rhwng hediadau. Mae'r mwyafrif yn tasgu i lawr yn y cefnfor lle mae adferiad yn anodd ei amhosibl.

Cyn ymuno â DIU, roedd Kirkendall yn rhedeg y rhaglen effeithiau arfau niwclear yn Labordy Cenedlaethol Lawrence Livermore. Mae'n cymharu'r anallu amlwg i brofi ac offeru dyfeisiau ffrwydrol niwclear â her hypersoneg ac mae'n ein hatgoffa nad yw arbrofion mewn lleoliadau hedfan labordy neu efelychiad bob amser yn “graddio” yn gywir.

“Mae cam canolradd ar goll. Mae angen y twneli gwynt arnom, maen nhw'n hollbwysig. Mae angen y prawf hedfan ffyddlondeb llawn o arfau. Ond mae yna fwlch cyfan yn y canol; technolegau prawf-benodol nad ydynt wedi'u hintegreiddio'n llawn a allai leihau risg. Dyna beth rydyn ni'n ceisio mynd i'r afael ag ef.”

Roedd cais HyCAT DIU am wybodaeth (RFI), yn galw am “galluoedd diddordeb” gan gynnwys:

• Isafswm hedfan o dri munud mewn amgylchedd prawf hypersonig perthnasol gydag amodau hedfan bron yn gyson, o bwysau deinamig o leiaf 1,000 pwys fesul troedfedd sgwâr.
• Yn gallu cael eich ardystio i weithredu yn yr Unol Daleithiau neu ystodau prawf hedfan cysylltiedig o dan reoliadau diogelwch prawf hedfan presennol.
• Cyfanswm capasiti llwyth tâl arbrofol o 20 pwys o leiaf gyda llety ar gyfer pŵer trydanol llwyth tâl.

Mae yna nifer o gwmnïau yn y sector preifat a'u nod yw datblygu awyrennau teithwyr a chargo masnachol hypersonig erbyn rhyw ddyddiad niwlog yn y dyfodol. Efallai mai'r mwyaf adnabyddus yw Hermeus, cwmni o Atlanta rydw i wedi'i gynnwys yn flaenorol sydd eisoes wedi manteisio ar gyllid AFWERX Llu Awyr yr Unol Daleithiau i ddatblygu cerbyd prawf hedfan hypersonig ar raddfa chwarter, sy’n cario llwyth tâl o’r enw “Cwarfarch” ar ei ffordd i wneud awyren hypersonig, yn ôl pob tebyg at ddefnydd arlywyddol.

“Mae’r erthyglau prawf chwarter a hanner hynny yn rhywbeth a all helpu’r Adran Amddiffyn,” mae Kirkendall yn cadarnhau. “Nid oes angen awyren deithwyr hypersonig gwbl aeddfed arnom i brofi hypersoneg.”

Mae gan geffyl Chwarter goes i fyny gan ei fod ar drothwy hedfan go iawn ac y gellir ei ailddefnyddio. Mae'r elfen olaf yn hollbwysig meddai Kirkendall, nid dim ond ar gyfer ystyriaethau cost. “Mae ailddefnyddadwyedd yn allweddol i gynyddu diweddeb y prawf a deall beth sydd newydd ddigwydd mewn prawf.”

Trwy ddeall “beth sydd newydd ddigwydd” mewn prawf, mae Kirkendall yn cyfeirio at fath o ddull fforensig o ymchwil hypersonig. Gall archwilio'r cerbyd prawf hedfan a'i lwyth tâl ar ôl yr hediad osgoi rhai o'r terfynau casglu data a thelemetreg sy'n gysylltiedig â phrofion hypersonig.

Mae'n werth nodi nad yw DIU yn gofyn am awyrennau prawf hypersonig prototeip yn unig. Mae hefyd yn chwilio am well systemau cofnodi a mesur hedfan gan gynnwys technolegau metroleg atmosfferig uwch a gofod. Mae DIU eisoes wedi dod â rhywfaint o allu i'r gorlan, dyfarnu Aerostar Technical Solutions ' Raven Aerostar balwnau stratosfferig contract ar gyfer cyfathrebu ac integreiddio llwyth tâl synhwyrydd y llynedd. Mae Kirkendall ac eraill yn DIU hefyd yn pwysleisio gweithio gydag asedau DoD presennol fel y Hawk Byd-eang dronau y mae'r Awyrlu yn eu hail-ddefnyddio ar gyfer casglu data amrediad hypersonig.

“Rydyn ni’n meddwl y byddwn ni’n gweld llawer o ddulliau arloesol o gael data o gerbyd prawf hypersonig nad ydyn ni wedi meddwl p’un ai yn y gofod, yn seiliedig ar falŵn neu rywbeth arall,” meddai’r Uwchgapten Ryan Weed (USAF), cyfarwyddwr Portffolio gofod DIU. Y syniadau arloesol hynny, y gobaith yw y byddant yn dod gan gwmnïau rhyngwladol hefyd.

Mae DIU wedi agor HyCAT yn bwrpasol i gwmnïau tramor i gyflymu ymchwil ymhellach. “Rydyn ni eisiau i’r bobl hynny wneud cais,” mae Kirkendall yn cadarnhau. Mae’n rhagweld caeau gan gwmnïau o gynghrair “Five Eyes” (Awstralia, Canada, Seland Newydd, y Deyrnas Unedig ac UDA) ynghyd â’r Almaen, Ffrainc a Japan.

O ble bynnag y daw'r ymatebion, bydd angen fetio trylwyr arnynt. Mae DIU yn gwneud diwydrwydd dyladwy fel mater o drefn ond efallai y bydd angen ymdrech ychwanegol oherwydd natur niwlog y diwydiant awyrennau hypersonig di-amddiffyn - sydd fel y sectorau UAM a thrafnidiaeth awyr uwchsonig heb gynhyrchu cynhyrchion y gellir eu marchnata eto - yn gofyn am ymdrech ychwanegol.

Mae Kirkendall a Major Reed (peilot prawf USAF) ill dau yn arbenigwyr yn eu priod feysydd ac yn pwysleisio bod DIU yn cynnal gofyniad uchel am asesiadau dichonoldeb technegol. “Yn DIU nid y dichonoldeb technegol yn unig mohono,” ychwanega Reed. “Mae hefyd yn iechyd y cwmni [partner]. A all y cwmni hwnnw ddarparu’r dechnoleg sydd ganddynt?”

O ystyried y llif gor-afieithus o arian preifat i gwmnïau tebyg yn y gofod UAM, efallai y bydd gan ddarpar ddatblygwyr awyrennau hypersonig fantolen iachach na'r potensial i ddatblygu cynnyrch. Ond dylai dull amlochrog DIU o asesu ymgeiswyr HyCAT wahanu'r chwyn oddi wrth y us, meddai ei gyfarwyddwyr.

Mae Major Reed yn nodi eu bod yn gwneud hynny'n fwriadol i beidio â “rhwystro cynnydd cwmni tuag at eu cynnyrch eu hunain” Mae'n credu mai'r unig ffordd i HyCAT fod yn llwyddiannus yw canolbwyntio ar atebion nad amddiffyn yw'r prif gymhwysiad ar eu cyfer.

Wrth siarad am geisiadau, mae gan gontractwyr â diddordeb tan ddydd Gwener yma i wneud eu lleiniau ar gyfer HyCAT. Pan siaradais â Kirkendall a Reed yr wythnos diwethaf, dim ond llond llaw o gynigion a gawsant. “Dydych chi byth yn gweld unrhyw beth yn cael ei droi i mewn tan y funud olaf chwerw,” mae Kirkendall yn sicrhau. Mae DIU yn disgwyl “ychydig ddwsinau” o ymatebion.

Os ydyn nhw'n dod mewn niferoedd, efallai y bydd yr arian preifat y tu ôl iddyn nhw yn cael ei dalu i'r hen jôc am hypersonics fel "arf y dyfodol" am y 60 mlynedd diwethaf.