В январе произошло знаковое событие: клуб обладателей технологий гиперзвукового пополнился новым членом. Китай 9 января 2015 г. испытал гиперзвуковой глайдер (планер) под названием WU-14. Это управляемый аппарат, который устанавливается на верхушке межконтинентальной баллистической ракеты (МБР). Ракета поднимает глайдер в космос, после чего глайдер пикирует на цель, развивая скорость в тысячи километров час.
По данным Пентагона, китайский гиперзвуковой аппарат WU-14 может устанавливаться на различные китайские баллистические ракеты с дальностью стрельбы от 2 тыс. до 12 тыс. км. В ходе январских тестов WU-14 развил скорость в 10 М - это более 12,3 тыс. км/ч. Современные средства противовоздушной обороны не в состоянии надежно поразить маневрирующую цель, летящую на такой скорости. Таким образом, Китай стал третьей страной, после США и России, обладающей технологией гиперзвуковых носителей ядерного и обычного оружия.
Гиперзвуковой глайдер HTV-2 отделяется от разгонного блока (США)
США и Китай работают над схожими проектами гиперзвуковых глайдеров, которые получают первоначальное ускорение за счет подъема на большую высоту с помощью ракеты-носителя, а затем разгоняются во время управляемого спуска с больших высот. Преимущества подобной системы - большая дальность (вплоть до глобального удара по любой точке поверхности Земли), сравнительно простое устройство глайдера (нет маршевого двигателя), большая масса боевой части и высокая скорость полета (более 10 М).
Россия сосредоточена на разработке ракет с гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД), которые могут запускаться с земли, кораблей или боевых самолетов. Существует российско-индийский проект по разработке подобных систем оружия, так что к 2023 г. Индия также может войти в "гиперзвуковой клуб". Преимущество гиперзвуковых ракет в меньшей стоимости и большей гибкости применения в отличие от глайдеров, запускаемых с помощью МБР.
Экспериментальная гиперзвуковая ракета с ГПВРД X-51A WaveRider (США)
Оба типа гиперзвукового оружия могут нести обычную или ядерную боевую часть (БЧ). Специалисты Австралийского института стратегической политики рассчитали, что кинетическая энергия удара гиперзвуковой боеголовки (без фугасной или ядерной БЧ) с массой 500 кг и скоростью 6 М по причиняемым разрушениям сравнима с подрывом боеголовки обычной дозвуковой ракеты AGM-84 Harpoon, оснащенной БЧ со взрывчаткой массой около 100 кг. Это всего четверть огневой мощи российской противокорабельной ракеты П-270 Москит со взрывчаткой массой 150 кг и скоростью 4 М.
Казалось бы, гиперзвуковое оружие не намного превосходит существующее сверхзвуковое,однако все не так просто. Дело в том, что боеголовки баллистических ракет легко обнаруживаются на большом расстоянии и падают по предсказуемой траектории. И хотя их скорость огромна, современные компьютерные технологии сделали возможным перехват боеголовок на этапе спуска, что с переменным успехом демонстрирует американская система противоракетной обороны.
В то же время гиперзвуковые летательные аппараты заходят на цель по относительно пологой траектории, находятся в воздухе короткое время и могут маневрировать. В большинстве сценариев современные системы ПВО не в состоянии за короткий промежуток времени обнаружить и поразить гиперзвуковую цель.
Гиперзвуковая ракета со скоростью 6 М пролетит расстояние от Лондона до Нью-Йорка всего за 1 час
Современные зенитные ракеты попросту не смогут догнать гиперзвуковую цель, например, ракета зенитного ракетного комплекса С-300 может разгоняться до скорости в 7,5 М, да и то лишь на короткий промежуток времени. Таким образом, цель со скоростью около 10 М для нее в подавляющем большинстве случаев будет "не по зубам". Кроме того, поражающая способность гиперзвукового оружия может быть увеличена благодаря использованию кассетной боевой части: высокоскоростная шрапнель из вольфрамовых"гвоздей" способна вывести из строя промышленный объект, крупный корабль или уничтожить скопление живой силы и бронетехники на большой площади.
Распространение гиперзвукового оружия, способного проходить сквозь любые системы ПВО, ставит новые вопросы обеспечения глобальной безопасности и военного паритета. Если в этой области не будет достигнуто равновесное сдерживание, как в случае с ядерным оружием, гиперзвуковые удары могут превратиться в распространенный инструмент давления, ведь всего несколько гиперзвуковых боеголовок могут разрушить экономику небольшой страны.
По расчетам Пентагона, американская программа быстрого глобального удара с помощью гиперзвукового оружия позволит без радиационного заражения местности в течение часа поразить любую цель в любой точке мира. Даже в случае ядерного конфликта система может частично заменить ядерное оружие,поражая до 30% целей.
Таким образом, члены"гиперзвукового клуба" получат возможность почти гарантированно уничтожать объекты критической инфраструктуры противника, например,электростанции, пункты управления армией, военные базы, крупные города и промышленные объекты. По расчетам экспертов, до появления первых серийных образцов гиперзвукового оружия осталось 10-15 лет, так что пока есть время для разработки политических соглашений, ограничивающих применение подобного оружия в локальных конфликтах. Если такие соглашения не будут достигнуты, существует высокий риск еще более масштабных гуманитарных катастроф, связанных с применением нового оружия.
Полёт на гиперзвуковой скорости является частью сверхзвукового режима полёта и осуществляется в сверхзвуковом потоке газа. Сверхзвуковой поток воздуха коренным образом отличается от дозвукового и динамика полёта самолёта при скоростях выше скорости звука (выше 1,2 М) кардинально отличается от дозвукового полёта (до 0,75 М, диапазон скоростей от 0,75 до 1,2 М называется трансзвуковой скоростью).
Определение нижней границы гиперзвуковой скорости обычно связано с началом процессов диссоциации и ионизации молекул в пограничном слое (ПС) около аппарата, который движется в атмосфере, что начинает происходить примерно при М > 5 . Также данная скорость характеризуется тем, что сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с дозвуковым сгоранием топлива (СПВРД) становится менее эффективным по сравнению с гиперзвуковым ПВРД (ГПВРД), в котором сгорание топлива осуществляется при сверхзвуковых скоростях потока. СПВРД по сравнению с ГПВРД при той же скорости полёта требует более сильного торможения потока воздуха перед его попаданием в камеру сгорания. Это обусловливает бо́льшие потери давления на участке торможения потока в СПВРД. В то же время в ГПВРД сгорание топлива при сверхзвуковой скорости потока сопровождается бо́льшими потерями давления по сравнению с потерями при сгорании топлива в дозвуковом потоке в СПВРД. При прочих равных условиях, чем ниже суммарные потери давления в проточном тракте ПВРД, тем выше его эффективность. Условия полёта, при которых суммарные потери в проточных трактах СПВРД и ГПВРД оказываются одинаковыми, принимаются за границу между сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями. Положение данной границы весьма условно и зависит от многих факторов. Так, например, для двигателей, использующих в качестве топлива водород, ввиду бо́льшей удельной теплоты его сгорания нижняя граница гиперзвуковых скоростей будет соответствовать более высоким числам Маха полёта, чем для аналогичных двигателей, работающих на керосине.
Характеристики потока
В то время как определение гиперзвукового потока (ГП) достаточно спорно по причине отсутствия четкой границы между сверхзвуковым и гиперзвуковым потоками, ГП может характеризоваться определенными физическими явлениями, которые уже не могут быть проигнорированы при рассмотрении, а именно:
Тонкий слой ударной волны
По мере увеличения скорости и соответствующих чисел Маха, плотность позади ударной волны (УВ) также увеличивается, что соответствует уменьшению объема сзади от УВ благодаря сохранению массы. Поэтому, слой ударной волны, то есть объем между аппаратом и УВ становится тонким при высоких числах Маха, создавая тонкий пограничный слой (ПС) вокруг аппарата.
Образование вязких ударных слоев
Часть большой кинетической энергии, заключенной в воздушном потоке, при М > 3 (вязкое течение) преобразуется во внутреннюю энергию за счет вязкого взаимодействия. Увеличение внутренней энергии реализуется в росте температуры . Так как градиент давления, направленный по нормали к потоку в пределах пограничного слоя, приблизительно равен нулю, существенное увеличение температуры при больших числах Маха приводит к уменьшению плотности. Таким образом, ПС на поверхности аппарата растет и при больших числах Маха сливается с тонким слоем ударной волны вблизи носовой части, образуя вязкий ударный слой.
Появление волн неустойчивости в ПС, не свойственных до- и сверхзвуковым потокам
Высокотемпературный поток
Высокоскоростной поток в лобовой точке аппарата (точке или области торможения) вызывает нагревание газа до очень высоких температур (до нескольких тысяч градусов). Высокие температуры, в свою очередь, создают неравновесные химические свойства потока, которые заключаются в диссоциации и рекомбинации молекул газа, ионизации атомов, химическим реакциям в потоке и с поверхностью аппарата. В этих условиях могут быть существенны процессы конвекции и радиационного теплообмена .
Параметры подобия
Параметры газовых потоков принято описывать набором критериев подобия , которые позволяют свести практически бесконечное число физических состояний в группы подобия и которые позволяют сравнивать газовые потоки с разными физическими параметрами (давление, температура, скорость и пр.) между собой. Именно на этом принципе основано проведение экспериментов в аэродинамических трубах и перенос результатов этих экспериментов на реальные летательные аппараты, несмотря на то, что в трубных экспериментах размер моделей, скорости потока, тепловые нагрузки и пр. могут сильно отличаться от режимов реального полёта, в то же время, параметры подобия (числа Маха, Рейнольдса, Стантона и пр.) соответствуют полётным.
Для транс- и сверхзвукового или сжимаемого потока, в большинстве случаев таких параметров как число Маха (отношение скорости потока к местной скорости звука) и Рейнольдса достаточно для полного описания потоков. Для гиперзвукового потока данных параметров часто бывает недостаточно. Во-первых, описывающие форму ударной волны уравнения становятся практически независимыми на скоростях от 10 М. Во-вторых, увеличенная температура гиперзвукового потока означает, что эффекты, относящиеся к неидеальным газам становятся заметными.
Учет эффектов в реальном газе означает бо́льшее количество переменных, которые требуются для полного описания состояния газа. Если стационарный газ полностью описывается тремя величинами: давлением , температурой, теплоёмкостью (адиабатическим индексом), а движущийся газ описывается четырьмя переменными, которая включает еще скорость , то горячий газ в химическом равновесии также требует уравнений состояния для составляющих его химических компонентов, а газ с процессами диссоциации и ионизации должен еще включать в себя время как одну из переменных своего состояния. В целом это означает, что в любое выбранное время для неравновесного потока требуется от 10 до 100 переменных для описания состояния газа. Вдобавок, разреженный гиперзвуковой поток (ГП), обычно описываемый в терминах чисел Кнудсена , не подчиняются уравнениям Навье-Стокса и требуют их модификации. ГП обычно категоризируется (или классифицируется) с использованием общей энергии, выраженной с использованием общей энтальпии (мДж /кг), полного давления (кПа) и температуры торможения потока (К) или скорости (км/с).
Идеальный газ
В данном случае, проходящий воздушный поток может рассматриваться как поток идеального газа. ГП в данном режиме все еще зависит от чисел Маха и моделирование руководствуется температурными инвариантами , а не адиабатической стенкой , что имеет место при ме́ньших скоростях. Нижняя граница этой области соответствует скоростям около 5 М, где СПВРД с дозвуковым сгоранием становятся неэффективными, и верхняя граница соответствует скоростям в районе 10-12 М.
Идеальный газ с двумя температурами
Является частью случая режима потока идеального газа с большими значениями скорости, в котором проходящий воздушный поток может рассматриваться химически идеальным, но вибрационная температура и вращательная температура газа должны рассматриваться отдельно, что приводит к двум отдельным температурным моделям. Это имеет особое значение при проектировании сверхзвуковых сопел , где вибрационное охлаждение из-за возбуждения молекул становится важным.
Диссоциированный газ
Режим доминирования лучевого переноса
На скоростях выше 12 км/с передача тепла аппарату начинает происходить в основном через лучевой перенос, который начинает доминировать над термодинамическим переносом вместе с ростом скорости. Моделирование газа в данном случае подразделяется на два случая:
- оптически тонкий - в данном случае предполагается, что газ не перепоглощает излучение, которое приходит от других его частей или выбранных единиц объема;
- оптически толстый - где учитывается поглощение излучения плазмой, которое потом переизлучается в том числе и на тело аппарата.
Моделирование оптически толстых газов является сложной задачей, так как из-за вычисления радиационного переноса в каждой точке потока объем вычислений растет экспоненциально вместе с ростом количества рассматриваемых точек.
10-07-2015, 11:34
Что стоит за слухами о создании в России нового сверхмощного оружия
Военно-аналитический центр Janes Information Group (США) опубликовал доклад об успешном испытании Россией нового гиперзвукового летательного аппарата Ю-71 (Yu-71 в англоязычной транскрипции).
Испытания, по версии американцев, были проведены еще в феврале 2015 года. Пуск якобы состоялся с полигона Домбаровский под Оренбургом. Их военные аналитики сообщают совершенно секретные и леденящие кровь простого обывателя сведения.
Сообщается, что Ю-71 - часть российского секретного проекта 4202. За океаном определили, что скорость нашей гиперзвуковой ракеты - 11 200 км/час. Маневрирующий с такой скоростью объект невозможно сбить - система ПРО бессильна против таких скоростей. К тому же Ю-71 может нести ядерный заряд.
По мнению американских аналитиков, скоро Россия получит возможность наносить высокоточные удары по выбранным целям. При этом даже самые защищенные из них будут гарантированно поражаться одной ракетой. В США предполагают, что уже через 5 лет развертывание группировки российских гиперзвуковых ракет начнется под тем же Оренбургом, в дислоцированном там Домбаровском полку РВСН, а всего с 2020 по 2025 год в строй введут 24 боевых аппарата, созданных на базе Ю-71. Также из документа следует, что к этому времени Россия создаст новую тяжелую межконтинентальную баллистическую ракету "Сармат", способную нести Ю-71.
Утверждается, что Москве гиперзвуковое оружие необходимо, чтобы получить рычаги воздействия в ходе переговоров с Вашингтоном и ограничить эффективность американской системы ПРО.
До обнародования этой сенсации сообщалось, что военные КНР тоже провели (причем очередное) успешное испытание ударного гиперзвукового летательного аппарата WU-14, способного прорывать систему ПРО США и наносить ядерный удар.
В общем, обложили американцев со всех сторон: с Запада - Китай, с Востока и Севера - Россия. И жаждут они одного - порвать американскую и европейскую ПРО, как Тузик грелку, чтобы стереть с лица земли все стратегические объекты Пентагона. Логика этого ужаса незамысловата: Вашингтон, дай новые миллиарды на разработку собственных гиперзвуковых ракет, а то ведь останемся неприкрытыми, как библейский Адам.
В США работы над гиперзвуковыми ракетами ведутся с не меньшей, а то и большей интенсивностью, чем в России и Китае, вместе взятых. И с очень хорошим финансовым обеспечением.
По всей видимости, каких-то прорывных успехов достичь не удалось, а выделенные из бюджета миллиарды уже потрачены. Как быть? Надо запустить страшилку и обеспечить себе безграничное финансирование. Что и было сделано.
Сама по себе идея создания ракет, способных летать в 5-7, а то и в десятки раз быстрее скорости звука, всегда привлекала военных. Такие аппараты обладают столь мощной кинетической энергией, что способны причинить любому объекту противника самый серьезный урон и без боевой части. А уж с ядерной боеголовкой...
В принципе разогнать боеголовку, выведенную на околоземную орбиту, до гиперзвука и направить ее вниз не очень сложно. Проблема в точном наведении, так как управлять объектом, мчащимся со скоростью свыше 10 000 км/час, пока невозможно. В том числе и потому, что при резком изменении прямолинейной траектории полета боевая часть может просто разрушиться из-за огромных перегрузок.
А построить работоспособный аппарат, способный летать с гиперзвуковой скоростью, да еще и маневрировать в атмосфере, неимоверно сложно.
Дело не только в перегрузках, но и в особенностях горения топлива, огромном воздушном трении о поверхность летящего аппарата, скачках давления на различных поверхностях гиперзвуковой крылатой ракеты.
Тем не менее работы в этом направлении ведутся на протяжении уже нескольких десятков лет.
Ближе всех к практическому созданию крылатой гиперзвуковой ракеты подошли в СССР. Гиперзвуковой экспериментальный летательный аппарат (ГЭЛА), или Х-90, был создан в МКБ "Радуга" в конце 1980-х. После развала СССР проект в 1992 году закрыли. Позже аппарат ГЭЛА несколько раз показали на авиакосмических салонах МАКС в Жуковском.
По конструкции это была крылатая ракета с раскладным треугольным крылом и фюзеляжем, почти полностью отданным под прямоточный двигатель. При стартовой массе 15 тонн ракета Х-90, как утверждали ее разработчики, могла разгоняться до скорости не менее М=4,5 - это минимальное значение гиперзвука. По достоверным, но так официально и не подтвержденным данным, ракету Х-90 в конце 1980-х удачно пустили с самолета-носителя, и она достигла расчетной скорости. Тем не менее в дальнейшем этот проект финансировать не стали и саму тему гиперзвука закрыли более чем на 10 лет.
За океаном создание гиперзвуковых летательных аппаратов шло параллельно с работами в Советском Союзе. Правда, без особых успехов. Прорывным стал проект Boeing X-43. Внешне американский летательный аппарат чем-то напоминал закрытый советский Х-90. В 2001 году этот гиперзвуковой беспилотник совершил свой первый полет, впрочем, неудачный. Второй полет, как считается, прошел штатно. Сверхскорости не достигли, но отработали систему управления. А вот уже на третьем пуске, в ноябре 2004-го, беспилотник Х-43 установил рекорд, разогнавшись до скорости 11 200 км/ч. Это выше, чем достигал наш Х-90.
Развитием экспериментального проекта X-43 в США стала ракета X-51. Она еще больше походит на наш так и не реализованный проект ГЭЛА. Утверждается, что именно Х-51 может стать одним из основных вооружений американской стратегической авиации. По официальным данным, ракета X-51 должна иметь скорость полета порядка М=6-7, что близко к давним показателям нашей Х-90.
Такие скорости, как считают эксперты, достаточны для возможного использования ракет в системе быстрого глобального удара. В 2010 году состоялся первый пуск и полет X-51.
Что такое гиперзвук? Для начала определимся: правильно было бы сказать« гиперзвуковая скорость». Проблема в том, что слово« гиперзвук» обозначает также упругие волны, подобные просто звуковым и ультразвуковым. Но мы ведь имеем в виду аэродинамику и, чтобы не путаться в терминах, будем говорить« гиперзвуковая скорость».
В аэродинамике« гиперзвуковая скорость» значительно превосходит скорость звука - по аналогии со сверхзвуком, только ещё быстрее.
Где-то с семидесятых годов прошлого века устоялась следующая градация: до одного Маха - дозвуковая скорость, от одного до пяти Махов - сверхзвуковая, более пяти Махов - гиперзвук.
Число Маха (М) в нашем контексте проще всего определить как отношение скорости тела к скорости звука в окружающей среде. Когда скорость летательного аппарата достигает М=1, это означает, что его скорость сравнялась со скоростью звука.
Первыми, посредством ракеты« Фау-2», достигли гиперзвуковых скоростей немцы в сороковых годах прошлого века. Их« оружие возмездия» развивало скорость в 5760 километров час, а это больше, чем пять чисел Маха(М 5) на высоте выше 10 000 метров.
« Так в чём тогда соль?» - спросит внимательный читатель. Раз гиперзвука достигли в сороковых годах, и все баллистические ракеты его достигают - в чём тут интерес и новшество? Проблема в том, что ракеты пусть и развивают гиперзвуковую скорость, но летят в этот момент по баллистической траектории, активно не маневрируют и вообще лишний раз стараются не шелохнуться… это чревато катастрофой.
А вот создание крылатой ракеты или летательного аппарата, способного перемещаться на гиперзвуковых скоростях и маневрировать, стало серьёзнейшей задачей, над решением которой до сих пор бьются конструкторы и инженеры.
Гиперзвуковой летательный аппарат
Начнём с управляемости и создания пилотируемого летательного аппарата, способного двигаться на гиперзвуковой скорости, тормозить и осуществлять посадку.
Первыми этого добились американцы, создав в 1959 году самолёт-ракетоплан X-15. Само слово ракетоплан прозрачно намекает, что речь идёт о ракете с крылышками. Так и есть, X-15 - это глубокая переработка идей и чертежей немецких ракетчиков 1940-х годов. Многие параметры весьма схожи с ракетой« Фау-2». Зато у американцев внутри сидел пилот, а не банальная боеголовка.
X-15 под крылом B-52
X-15 стартовала из-под крыла стратегического бомбардировщика B-52 на высоте порядка 15 километров, затем запускался ракетный двигатель, поднимавший ракетоплан до практического потолка, после чего следовали баллистический спуск, торможение и посадка на аэродроме. Всего прошло чуть меньше двухсот полётов.
Так что гиперзвуковые скорости покорились человечеству почти шестьдесят лет назад.
Гиперзвуковой двигатель
Когда в настоящее время говорят о современных гиперзвуковых аппаратах, имеют в виду летательные аппараты, оснащённые гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем.
Тут всё просто. Есть классический жидкостный ракетный двигатель, в котором топливо и окислитель« везутся с собой» в двух разных баках. Летательный аппарат может достигать гиперзвуковой скорости, но он, увы, дорогой, сложный и ОЧЕНЬ неэкономичный. На современных самолётах стоят турбореактивные двигатели. В них в качестве окислителя в процессе горения используется атмосферный воздух, за счёт чего они гораздо легче и экономичней(по сравнению с ракетным двигателем, конечно). К сожалению, эти двигатели теряют эффективность на скоростях более М 3.
Турбореактивный двигатель J58 на форсаже, видны Кольца Маха
Для достижения максимальных сверхзвуковых скоростей используют прямоточный воздушно-реактивный двигатель. В нём нет турбины, и он малоэффективен на низких скоростях полёта, зато может достигать больших максимальных скоростей. Но даже с его помощью добраться до гиперзвуковой скорости нереально. Знаменитый Lockheed SR-71 имел именно такую схему: турбореактивный двигатель, способный на больших скоростях работать как прямоточный, однако и он достиг максимальной скорости лишь около 3,4 чисел Маха.
Для совершения дальних и экономичных атмосферных полётов на гиперзвуковой скорости создали гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Он также использует в качестве окислителя атмосферный воздух. При этом воздух, поступающий в воздухозаборник, тормозится до сверхзвуковой скорости, участвует в процессе сгорания топлива и выходит через сопло, создавая реактивную тягу.
Проблема гиперзвука
Всё прекрасно, кроме одного: работает такой двигатель на скоростях выше шести-восьми чисел Маха. При меньшей скорости он просто не запустится, или двигатель сдетонирует. Узнать его можно по воздухозаборнику, больше похожему на модный ручной пылесос.
В настоящее время основная проблема конструкторов - преодоление« разрыва» между максимальной скоростью прямоточного воздушно-реактивного двигателя и минимальной скоростью работы гиперзвукового.
Есть различные разработки, в том числе и установка третьего« промежуточного» двигателя, который может обеспечить нужный разгон во время« разрыва». Впрочем, пока широкой публике сообщают только об испытаниях подобных двигателей.
В 1950–60-е годы существовали проекты ядерных прямоточных воздушно-реактивных двигателей, также обещавшие достижение скоростей в районе М 3 - М 4. Наиболее известен проект двигателя« Плутон» для сверхзвуковой крылатой ракеты неограниченной дальности SLAM.
Противокорабельная ракета« Циркон»
До настоящего времени самой известной гиперзвуковой российской разработкой была противокорабельная ракета« Циркон». Точных данных нет, но скорее всего, она имеет гибридную силовую установку - ракетный двигатель, выводящий ракету на скорости работы гиперзвукового двигателя, - и ГПРВД(гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель), работающий большую часть времени полёта ракеты. В пользу этой версии говорит её шахтное размещение. Предполагается использовать
Что характерно, несмотря на сообщения об удачных испытаниях, российскую ракету широкой публике так и не показали. Чаще всего для её иллюстрации использовали картинку с изображением американской разработки Boeing Х-51(да-да, тот самый автомобильный пылесос).
Подведение итогов
Противокорабельную ракету« Кинжал », созданную на базе ракеты« Искандер», бессмысленно называть гиперзвуковой. Да, во время полёта она достигает скорости более пяти чисел Маха, но при этом летит по аэробаллистической траектории. Также нет смысла говорить о гиперзвуковой скорости, описывая стратегический ракетный комплекс« Сармат». Как и большинство баллистических ракет, он развивает гиперзвуковую скорость - и это нормально.
А вот боевое оснащение - планирующий боевой блок« Авангард» - это именно то, о чём можно говорить, как об образце современных гиперзвуковых технологий. После отделения от баллистической ракеты он может двигаться в плотных слоях атмосферы с гиперзвуковой скоростью свыше 20 Махов, при этом осуществляя глубокое маневрирование.
Такие нынче пошли времена: чтобы считаться современным гиперзвуковым оружием, нужно либо активно маневрировать после достижения гиперзвуковой скорости, либо нести на себе гиперзвуковой прямоточный воздушно-ракетный двигатель. А иначе извини... ты не в тренде, подвинься и дай дорогу молодым и перспективным.
Так может выглядеть отделение гиперзвукового летательного аппарата от ракеты-носителя.
Фото с сайта www.darpa.mil
17 ноября в США прошли первые удачные испытания гиперзвукового оружия. А 22 ноября министр обороны РФ Анатолий Сердюков заявил на коллегии военного ведомства, что создаваемая в России система воздушно-космической обороны позволит перехватывать любые ракеты, вплоть до гиперзвуковых. А о том, что наша страна обладает маневрирующими гиперзвуковыми ядерными боеголовками, способными преодолевать любую ПРО, наши лидеры заявляют с 2005 года.
СВЕРХЗВУК И ГИПЕРЗВУК
В описании характеристик скоростных летательных аппаратов используется число Маха, названное так по фамилии австрийского ученого Эрнста Маха (нем. E. Mach). Число это не имеет строго определенного цифрового значения, а в упрощенном виде является отношением скорости тела (летательного аппарата) к скорости звука в данной воздушной среде. Для приближенных расчетов число Маха (М) на высотах до 10 тыс. м принимается за 1,1–1,2 тыс. км/час.
Деление летательных аппаратов (ЛА) на дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые отнюдь не условно, а имеет четкие физические основания. И эти три класса летательных аппаратов имеют принципиальные отличия. Сверхзвуковые ЛА могут летать со скоростью не свыше 5 М. Гиперзвуковые ЛА имеют скорость полета свыше 5 М. При этом они способны переходить к динамическому планированию на большие дальности при сохранении высокой скорости.
В США агентство передовых оборонных исследовательских проектов DARPA провело в 2003 году тендер на выполнение эскизных работ по разработке гиперзвукового летательного аппарата Falkon («Сокол»). Девять компаний получили контракты от 350 тыс. до 540 тыс. долл. На следующем этапе в том же году контракты на разработку гиперзвукового транспортного средства стоимостью от 1,2 млн. до 1,5 млн. долл. получили корпорации Andrews Space Inc. (Сиэтл), Lockheed Martin Aeronautics Co. (Палмдейл, Калифорния) и Northrop Grumman Corp. (Эль-Сегундо, Калифорния).
В рамках проекта Falkon ставились следующие задачи:
– создание единой воздушной платформы X-41/Х-43А Common Aero Vehicle (CAV) для гиперзвуковой межконтинентальной баллистической ракеты и крылатой ракеты, а также для гражданского использования;
– создание технологической концепции Hypersonic Technology Vehicle 1 (HTV-1) и ее последующего летного испытания в сентябре 2007 года (отменена);
– создание прототипа Hypersonic Technology Vehicle 2 (HTV-2) с испытанием 22 апреля 2010 года (состоялись, но неудачно);
– создание Hypersonic Technology Vehicle (HTV-3) Blackswift (проект отменен);
– создание малого носителя (ракеты-носителя) SLV и малогабаритного двигателя для проекта Х-41 CAV.
Одной из задач было создание крылатой ракеты Hypersonic Cruise Vehicle (HCV), способной за два часа преодолеть 9 тыс. морских миль (17 тыс. км) и доставить головную часть массой 12 тыс. фунтов (5500 кг). При этом полет должен происходить на очень большой высоте на скорости до 20 М.
Проект HTV-3Х Blackswift предназначался для демонстрации полета и отработки комбинированной двигательной установки из турбины и прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Турбина должна была разогнать аппарат до примерно 3 М, а прямоточный воздушно-реактивный двигатель – до 6 М. К разработке привлекли корпорации Lockheed Martin Skunk Works, Boing, ATK. К сотрудничеству пригласили также крупнейшего производителя авиадвигателей Pratt & Whitney.
Главной задачей, по словам заместителя директора DARPA доктора Стивена Уолкера, было преодоление скептицизма – показ реально летающего гиперзвукового аппарата. Это помимо отработки технологий и тестирования конструкционных материалов. В перспективе речь шла о создании гиперзвукового пилотируемого летательного аппарата, способного взлетать по-самолетному с взлетно-посадочной полосы в США и через час-два приземляться в любой точке земного шара на такую же полосу. Однако на 2009 год программа HTV-3Х Blackswift не получила финансирования, и проект оказался закрыт.
Пока все испытательные полеты прототипов и экспериментальных моделей производятся с помощью самолетов или ракет-носителей – вертикальный старт с переходом на большой высоте к горизонтальному полету со сверхзвуковой скоростью. Дальнейший разгон до гиперзвуковой скорости, отделение летательного аппарата от носителя и его планирующий динамический полет с сохранением гиперзвуковой скорости. Для этого аппарат имеет треугольное крыло. Похожи ли реальные аппараты на те картинки, которые размещены в СМИ, этот вопрос остается открытым. Если и похожи, то скорее всего весьма отдаленно.
НЕПЕРСПЕКТИВНЫЙ ВОЛНОЛЕТ
Корпорация Boeing, занимающаяся разработкой гиперзвукового летательного аппарата X-51A Waverider («Волнолет»), построила четыре прототипа. Согласно проекту, Х-51А должен развивать скорость до 7 М. После испытаний должно быть принято решение о дальнейшем финансировании проекта или его прекращении. Сам Boeing высказывал намерение построить еще два образца для дополнительных летных тестов. Все прототипы – одноразовые. После завершения полета они будут падать в океан и восстановлению не подлежат.
При этом Х-51А не является перспективной разработкой, а служит для моделирования и отработки новых технологий. Уже на основе полученных результатов будут заказывать разработку новых образцов гиперзвукового ракетного вооружения. Однако Boeing намерен продолжить работу над Х-51А с целью создания на ее основе «умной» боевой ракеты X-51A+. Эта ракета получит способность резко менять направление полета, самостоятельно находить цель, идентифицировать ее и уничтожать в условиях активного радиоэлектронного противодействия. Соответствующие бортовые системы уже создаются при финансировании ВВС США.
Впервые образец X-51A поднялся в воздух в декабре 2009 года в качестве подвесного груза под крылом бомбардировщика B-52. В ходе экспериментального полета проводилось исследование влияния подвешенной ракеты на управляемость самолета, а также взаимодействие электронных систем X-51A и B-52. Полет длился 1,4 часа.
Первый самостоятельный испытательный полет X-51A состоялся 26 мая 2010 года. Бомбардировщик B-52 Stratofortress с X-51A на высоте 15 тыс. м над Тихим океаном сбросил подвешенную под крыло ракету. После этого разгонная ступень Waverider (ракетные ускорители) вывела аппарат на высоту в 19,8 тыс. м и разогнала ее до 4,8 М. Скорость в 5 М была достигнута на высоте в 21,3 тыс. м.
После этого включился гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель производства Pratt & Whitney Rocketdyne. Для запуска в качестве топлива использовался этилен. После этого двигатель перешел на топливо JP-7 (Jet Propellant 7, MIL-T-38219) – сложную смесь углеводородов, включая нафталин, с добавлением смазочных фторуглеродов и окислителя. Но на 110-й секунде полета произошел сбой. Однако работа двигателя восстановилась, полет продолжился, пока на 143-й секунде не случился окончательный отказ. Связь прервалась на три секунды, и операторы передали команду на самоуничтожение. Скорость в 6 М набрать не удалось. Впрочем, звучали заявления, что на первый полет ставилась задача набрать скорость только в 4,5–5 М.
Планировалось, что полет продлится 250 секунд. Израсходована была половина топлива, а причиной сбоя работы двигателя признали плохое уплотнение топливной системы. В целом испытания сочли вполне удавшимися, а результат назвали превосходным. По мнению специалистов, аппарат выполнил 90% поставленных задач. В ходе полета выяснилось, что ракета не способна разгоняться так быстро, как ожидалось, и нагревается гораздо больше, чем рассчитывали. Также происходили перебои со связью и передачей телеметрии.
По словам представителя исследовательской лаборатории ВВС США, первый полет X-51A «получил твердую четверку», а в следующий раз получит пятерку. На тот момент даже такой короткий полет аппарата нового типа выглядел победой. Ведь предыдущий рекорд длительности полета на гиперзвуковой скорости составлял всего 12 секунд. Это произошло 27 марта 2004 года при испытаниях экспериментального образца Х-43А. Тогда также использовался самолет-носитель В-52, а для разгона применили крылатую ракету Pegasus («Пегас»). Старт производился на высоте 12 км. Отделение аппарата от «Пегаса» произошло на высоте 29 км, затем включился прямоточный воздушно-реактивный двигатель, работавший 10 секунд. При скоростном планировании со снижением удалось достичь скорость в 7 М, то есть 8350 км/час. По другим данным, скорость Х-43А составила 11 265 км/ч (или 9,8 М) на высоте полета 33,5 км. Которая цифра более реальна, судить трудно, но эксперты ориентируются на меньшую. Результаты эксперимента открыли дорогу следующему проекту – Х-51А.
Во время вторых испытаний Х-51А 13 июня 2011 года история с отказом двигателя повторилась. Но в этот раз перезапустить его не удалось, и аппарат упал в воды Тихого океана возле побережья Калифорнии. И это уже было расценено как серьезная задержка в создании действующего образца. По всей видимости, проблема в прямоточном двигателе. Теперь придется понять причины сбоя, переработать конструкцию и построить новый двигатель. На это могут понадобиться годы.
ЕЩЕ ОДИН FALCON
Первый гиперзвуковой испытательный полет тестового летательного аппарата по проекту Falcon HTV-2 (Force Application and Launch from Continental United States Hypersonic Technology Vehicle) состоялся 20 апреля 2010 года. Согласно полетному заданию, HTV-2 стартовал с базы ВВС США «Ванденберг» с помощью ракеты-носителя Minotaur IV. Это конверсионный вариант МБР МХ. Экспериментальный аппарат должен был пролететь за полчаса 4100 морских миль (7600 км) и упасть в районе полигона имени Рейгана – атолла Кваджалейн (Маршалловы острова). Согласно опубликованным данным ВВС США, ракета-носитель вывела HTV-2 в верхние слои атмосферы и предположительно разогнала до скорости 20 М – около 23 тыс. км/час. При этом связь с аппаратом была утеряна, телеметрическая информация перестала поступать. Предполагается, что нарушилась стабилизация и аппарат разрушился, входя в более плотные слои атмосферы.
Наиболее вероятной причиной неудачи в DARPA посчитали ошибку с определением центра тяжести аппарата, недостаточную подвижность рулей высоты и стабилизаторов, а также отказ системы управления. При компьютерном моделировании полета появилась версия, что аппарат начал закручиваться вдоль продольной оси, система управления не смогла его стабилизировать и, когда вращение достигло некоего предела, ракета самоуничтожилась.
Главная задача экспериментов с Falcon HTV-2 – проверка технологии теплозащиты корпуса и систем управления. В конструкцию следующего аппарата внесли ряд изменений – сместили центр тяжести, добавили миниатюрные реактивные двигатели для ускоренного разворота. Второе испытание Falcon HTV-2 состоялось 11 августа 2011 года. Выход в верхние слои атмосферы, отделение от ракеты-носителя на скорости 20 М и переход к планированию прошли без сбоев. Однако при скользящем планировании начался разогрев оболочки до температуры близкой к 2000 градусов Цельсия. Полет должен был продлиться 30 минут, но через девять минут аппарат потерял стабильность полета, стал непредсказуемо кувыркаться, начались перебои связи, и последовала команда на самоуничтожение.
17 ноября 2011 года состоялся старт третьего прототипа Falcon HTV-2. Как и в предыдущих случаях, аппарат был запущен ракетой-носителем Minotaur IV, затем разогнан ракетным ускорителем AHW. Обычная боеголовка после этого летит по баллистической траектории. HTV-2 скользил в верхних слоях атмосферы на гиперзвуке. Запуск производился с полигона Pacific Missile Range на Гавайях. Примерно через полчаса аппарат, преодолев 3700 км, упал в воду в районе атолла Кваджалейн на полигоне Reagan Test Site (имени Рейгана). Эти испытания с полным основанием были признаны успешными.
В официальном заявлении Пентагона по итогам испытаний сообщалось: «Цель испытаний – сбор данных по проверке работоспособности гиперзвуковых технологий в условиях продолжительного полета в атмосфере. Упор делался на аэродинамические качества аппарата, его системы наведения, управления и контроля, а также теплозащитное покрытие. Полученная информация будет использована для усовершенствования гиперзвукового летательного аппарата».
В ряде сообщений для СМИ аппарат был назван планирующей бомбой. Но фактически это боеголовка. И вполне вероятно, что однажды США вслед за российскими лидерами объявят, что у них тоже имеются маневрирующие гиперзвуковые боеголовки для межконтинентальных баллистических ракет. А также гиперзвуковые крылатые ракеты и беспилотные боевые аппараты.