Une future usine appelée Hypersonic Production Accelerator Facility – pour construire potentiellement des milliers de systèmes de propulsion à réaction pour missiles de croisière hypersoniques – n’aura peut-être pas besoin du ministère américain de la Défense ou de l’industrie de la défense pour payer les coûts initiaux des installations et de l’équipement.
Avec peu ou pas d’investissements capitalisés exigeant un long retour sur investissement, les machines de fabrication additive nécessaires pour produire les matériaux à haute température nécessaires à la propulsion des scramjet pourraient être rafraîchies ou remplacées en cycles de trois ans.
HPAF transfère les coûts de démarrage vers des sources non fédérales
Les installations et les machines pourraient être renouvelées tous les trois ans
L’ensemble de la chaîne d’approvisionnement – des fournisseurs de matières premières pour les soudeurs par faisceau d’électrons aux maîtres d’œuvre – pourrait être colocalisée au sein de l’Hypersonic Production Accelerator Facility (HPAF). Le processus verticalement intégré serait capable de produire, tester et qualifier des matériaux pour de nouvelles conceptions en presque la moitié du temps et pendant environ un quart du coût d’une chaîne d’approvisionnement distribuée traditionnelle.
Cette vision de la production de masse de véhicules à propulsion scramjet a émergé d’une étude de deux ans financée par la DARPA par l’Applied Science & Technology Research Organization (ASTRO).
Un résumé non classifié de l’étude publié par ASTRO en septembre propose un nouveau modèle commercial pour la production de missiles à réaction, mais les responsables de la défense disent qu’il pourrait être appliqué à un large éventail d’armes avancées.
«Cet effort visait à nous informer alors que nous développons les concepts pour [produire] des systèmes abordables en grand nombre où les matériaux à haute température et les techniques avancées de gestion thermique conduiront des conceptions qui ont des exigences de production uniques», a déclaré un porte-parole du Pentagone. Par exemple, le matériau carbone-carbone appliqué aux véhicules de glisse hypersonique propulsés par fusée pourrait également bénéficier de la même approche, selon les auteurs de l’étude.
L’étude ASTRO cherche à répondre aux questions qui ont plané sur le Pentagone un enfant de trois ans se précipite pour rattraper les progrès de la Russie et de la Chine dans le domaine des armes hypersoniques: qui paierait les coûts initiaux pour construire une infrastructure de production et des installations d’essai nécessaires pour soutenir la production d’armes américaine? Et cette infrastructure s’adapterait-elle au rythme rapide du changement dans le domaine hypersonique naissant, permettant de remplacer rapidement des processus de fabrication et des outils rapidement obsolètes par des équipements de pointe en plusieurs cycles de quelques années?
Selon ASTRO, une société de conseil fondée par un ancien directeur de la DARPA, la réponse serait de chercher à se séparer radicalement du modèle conventionnel de production d’armes de pointe. Pour commencer, l’étude propose un nouveau niveau de participation des gouvernements étatiques et locaux à la production de défense.
«Un certain nombre de régions ont parlé du soutien local et de l’État pour l’installation de l’installation [de production hypersonique]», a déclaré Mick Maher, directeur de la technologie chez ASTRO, dans une interview.
Le résumé publié de l’ASTRO l’étude identifie neuf sites potentiels pour le HPAF: Seattle; Long Beach, Californie; San Antonio; Wichita; College Station, Texas; West Lafayette, Indiana; Huntsville, Alabama; Daytona, Floride; et Hampton, Virginie. Les sites partagent un trait commun: l’accès local à l’infrastructure hypersonique existante.
«Si vous regardez tous ces endroits, il y a probablement une soufflerie à proximité ou un équipementier», dit Maher.
L’étude ASTRO recommande que le ministère de la Défense organise un concours dans lequel ces villes potentielles offriraient des offres de soutien financier pour compenser le coût initial de la mise en place du HPAF. Dans le cadre des propositions, l’appel d’offres pourrait inclure des offres de financement des coûts d’infrastructure pour l’installation, les machines de production et l’outillage.
De par leur nature, les systèmes de propulsion scramjet sont des candidats idéaux pour la fabrication additive. De tels processus peuvent «faire croître» une pièce faite de matériaux à haute température, ainsi que des passages internes conçus de manière complexe pour permettre systèmes de refroidissement actifs.
Thomas Bussing, ancien vice-président des systèmes de missiles avancés pour Raytheon, a confirmé que la fabrication additive jouera un rôle clé dans la production de la conception des scramjet de la société. «Vous ne pouvez pas construire [des scramjets] en utilisant des méthodes conventionnelles par la façon dont les systèmes de refroidissement sont structurés», a déclaré Bussing dans une interview en juin 2019. «De plus, les segments les plus importants – les entrées et les conduits de dérivation – tout cela se fait essentiellement via la fabrication additive.»
La fabrication additive rend la nouvelle génération de conceptions de scramjet possible à construire mais crée certaines pressions financières.
Avion scramjet de recherche sans pilote Boeing X-51
Un nouveau système de production est envisagé pour la prochaine génération de scramjets plutôt que pour la petite base industrielle fragmentée qui a construit des systèmes expérimentaux tels que le Boeing X-51. Crédit: Mike Cassidy / États-Unis. Aviation
«Si Lockheed Martin devait acheter une machine à additifs métalliques, cela se situerait entre trois quarts de million et un millions de dollars », dit Maher. «Ils ne font pas cet investissement facilement, et quand ils le font, ils ne descendent pas facilement de ce cheval.»
L’étude ASTRO propose un HPAF financé en grande partie par des sources non fédérales, telles que les gouvernements locaux et régionaux ou des partenariats public-privé entre gouvernements et universités.
Ces entités seraient propriétaires du HPAF, puis loueraient l’accès à l’installation et aux machines au Département de la Défense pour soutenir la production d’un programme d’enregistrement. Le Pentagone remettrait ensuite les machines et les installations à la chaîne d’approvisionnement pour construire les scramjets.
«Nous disons que le gouvernement n’a même pas besoin de se lancer dans la propriété», déclare Maher. «Il peut fournir de l’argent pour installer l’installation et la faire fonctionner. Et puis nous pouvons même fournir de l’argent pour le projet en plus de cela.
Le concept fait écho à une description précoce fin 2018 de la vision du Pentagone pour la future production hypersonique par Patrick Shanahan, qui était alors le secrétaire adjoint à la Défense à la tête. un examen de la politique de la base industrielle. Dans une allocution lors d’un événement de la National Defense Industrial Association sur la fabrication hypersonique, Shanahan, un ancien cadre de Boeing, a tenu à transférer le fardeau des coûts de l’infrastructure de fabrication de l’industrie au gouvernement.
«Il y a beaucoup de grandes entreprises aux États-Unis, mais elles n’ont pas le bilan pour faire les investissements dans l’infrastructure dont nous aurons besoin», a déclaré Shanahan en 2018. «J’adorerais construire les bonnes installations, puis remettez les clés à quelqu’un pour gérer. »
L’étude ASTRO s’appuie sur cette approche mais suggère d’utiliser les gouvernements locaux et régionaux pour compléter ou assumer les coûts initiaux du Pentagone afin de construire une infrastructure de fabrication hypersonique dans quelques années.
L’objectif de l’utilisation de cette approche est double. Après près de quatre décennies de cycles de démarrage-arrêt dans le développement de technologies hypersoniques, les entreprises n’auraient pas à convaincre les conseils sceptiques de dépenser beaucoup en équipement de production initial. le le même fardeau sur le budget du Pentagone serait également allégé. En outre, l’industrie et l’armée ne seraient pas découragées à investir dans de nouvelles machines et procédés additifs au fur et à mesure qu’ils deviennent disponibles.
«Si vous achetez de l’équipement, cela vous enferme dans ce laps de temps [pour obtenir un retour sur investissement]», dit Maher. «Le louer vous permet d’être beaucoup plus flexible.»
L’étude ASTRO prévoit un cycle régulier de mises à jour de fabrication. Les OEM pourraient «rafraîchir» les machines additives pour s’adapter aux nouvelles technologies. Alternativement, si un nouveau processus de fabrication émerge, le HPAF pourrait être «réinitialisé» avec un outillage de production complètement différent. Le cycle d’actualisation-réinitialisation supposé dans l’étude est fixé à des intervalles de trois ans, bien que Maher affirme que l’industrie débat toujours de la période idéale.
«Si vous le modifiez trop rapidement, vous ne qualifiez jamais le processus, vous ne pourrez donc jamais l’utiliser», explique Maher. «Si vous allez trop lentement, vous ne pourrez pas profiter de ce qui existe. Donc trois ans, c’est un peu controversé. Cela revenait à ce que nous pensions avoir le plus de sens.
Lorsque le Pentagone décide d’établir une nouvelle base ou un nouveau site de production, vol en avion de chasse la décision d’implantation reflète souvent autant des considérations politiques que des besoins opérationnels. Ces mêmes intérêts politiques poussent généralement les entrepreneurs de la défense à disperser la chaîne d’approvisionnement dans autant de districts du Congrès que possible.
L’étude ASTRO cherche fondamentalement le contraire pour le HPAF. L’ensemble de la chaîne d’approvisionnement pour la conception, les tests et la fabrication serait colocalisée à l’intérieur de l’installation. Chaque niveau de la chaîne d’approvisionnement serait sur place, y compris le fournisseur de matières premières, le fournisseur d’équipement d’usine, les fournisseurs de niveau 1, le fabricant sous contrat, l’intégrateur principal du système et le gestionnaire de programme de l’armée de l’air.
Le concept du campus verticalement intégré est né d’un atelier de plus de 100 représentants de l’industrie convoqué par ASTRO en novembre 2019.
« Vous regardez un chemin de fabrication traditionnel et vous faites des allers-retours à travers le pays plusieurs fois entre les traitements thermiques et les lieux d’usinage », explique Maher. « Il y a énormément de temps perdu dans la file d’attente. »
Le HPAF serait également dimensionné pour prendre en charge plusieurs entrepreneurs principaux travaillant sur différents véhicules.
En août, l’armée de l’air a sélectionné Boeing, Lockheed et Raytheon pour participer au programme Future Hypersonic, une suite prévue au concept d’arme à respiration hypersonique de la DARPA. Lockheed et Raytheon participent à ce dernier; les premiers essais en vol de la conception de chaque entreprise sont prévus plus tard cette année. L’armée de l’air n’a pas défini de stratégie d’acquisition pour le programme de prototypage opérationnel, mais cela ne conduira peut-être pas à une attribution traditionnelle du contrat gagnant-gagnant. Les hauts responsables du Pentagone ont précédemment déclaré qu’ils préféreraient maintenir la concurrence au-delà du développement, avec de multiples conceptions en concurrence pour les commandes de production annuelles.
Pour faciliter la concurrence à long terme, le HPAF serait conçu avec jusqu’à quatre baies, permettant trois OEM et leur chaîne d’approvisionnement pour occuper une zone chacun. La quatrième baie serait réservée comme site de démonstration, où de nouvelles technologies de production pourraient être présentées et utilisées pour des expériences, dit Maher.
«L’objectif est de faire en sorte que les principaux intègrent leur chaîne d’approvisionnement pour travailler dans un environnement sécurisé afin de protéger leur propriété intellectuelle», a déclaré un porte-parole du Pentagone.