Угроза приближается со скоростью гиперзвука. Сверхзвуковая скорость Разработка от Orbital Science

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.

Общие сведения

Полет на гиперзвуковой скорости является частью сверхзвукового режима полета и осуществляется в сверхзвуковом потоке газа. Сверхзвуковой поток воздуха коренным образом отличается от дозвукового и динамика полета самолета при скоростях выше скорости звука (выше 1,2 М) кардинально отличается от дозвукового полета (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 ионизации и диссоциации молекул в пограничном слое (ПС) около аппарата, который движется в атмосфере, что начинает происходить примерно при 5 М. Также данная скорость характеризуется тем, что прямоточный воздушно-реактивный двигатель («ПВРД ») с дозвуковым сгоранием топлива («СПВРД ») становится бесполезным из-за чрезвычайно высокого трения, которое возникает при торможении проходящего воздуха в двигателе этого типа. Таким образом, в гиперзвуковом диапазоне скоростей для продолжения полета возможно использование только ракетного двигателя или гиперзвукового ПВРД (ГПВРД) со сверхзвуковым сгоранием топлива.

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.

Обычный пассажирский самолет летает со скоростью порядка 900 км/час. Реактивный военный истребитель может развивать примерно втрое большую скорость. Однако современные инженеры из РФ и других стран мира активно разрабатывают еще более скоростные машины — гиперзвуковые самолеты. В чем специфика соответствующих концепций?

Критерии гиперзвукового самолета

Что такое гиперзвуковой самолет? Под таковым принято понимать аппарат, способный летать со скоростью, многократно превышающий таковую для звука. Подходы исследователей к определению конкретного ее показателя разнятся. Распространена методология, по которой самолет следует считать гиперзвуковым, если он кратно превышает скоростные показатели самых быстрых современных сверхзвуковых аппаратов. Которые составляют порядка 3-4 тыс. км/ч. То есть гиперзвуковой самолет, если придерживаться данной методологии, должен развивать скорость от 6 тыс. км/ч.

Беспилотные и управляемые аппараты

Подходы исследователей могут разниться также в аспекте определения критериев отнесения того или иного аппарата к самолетам. Есть версия, что к таковым правомерно относить только те машины, которые управляются человеком. Есть точка зрения, по которой самолетом также можно считать и беспилотный аппарат. Поэтому некоторые аналитики классифицируют машины рассматриваемого типа на те, что подлежат управлению человеком, и те, которые функционируют автономно. Подобное деление может быть оправдано, поскольку беспилотные аппараты могут обладать намного более внушительными техническими характеристиками, например, в части перегрузок и скорости.

Вместе с тем многие исследователи рассматривают гиперзвуковые самолеты как единую концепцию, для которой ключевой показатель — скорость. Неважно, сидит ли за штурвалом аппарата человек либо машина управляется роботом — главное, чтобы самолет был в достаточной мере быстрым.

Взлет — самостоятельный или с посторонней помощью?

Распространена классификация гиперзвуковых летательных аппаратов, в основе которой — отнесение их к категории тех, что способны взлетать самостоятельно, либо тех, которые предполагают размещение на более мощном носителе — ракете либо грузовом самолете. Есть точка зрения, по которой к аппаратам рассматриваемого типа правомерно относить главным образом те, что способны взлетать самостоятельно либо при минимальном задействовании иных типов техники. Однако те исследователи, которые считают, что основной критерий, характеризующий гиперзвуковой самолет, — скорость, должен быть первостепенным при любой классификации. Будь то отнесение аппарата к беспилотным, управляемым, способным взлетать самостоятельно либо с помощью других машин — если соответствующий показатель достигает указанных выше значений, то значит, речь идет о гиперзвуковом самолете.

Основные проблемы гиперзвуковых решений

Концепциям гиперзвуковых решений — много десятилетий. На протяжении всех лет разработки соответствующего типа аппаратов мировые инженеры решают ряд существенных проблем, объективно мешающих поставить выпуск «гиперзвука» на поток — подобно организации производства турбовинтовых самолетов.

Основная сложность в конструировании гиперзвуковых самолетов — создание двигателя, способного быть в достаточной мере энергоэффективным. Другая проблема — выстраивание необходимой аппарата. Дело в том, что скорость гиперзвукового самолета в тех значениях, что мы рассмотрели выше, предполагает сильный нагрев корпуса за счет трения об атмосферу.

Сегодня мы рассмотрим несколько образцов удачных прототипов летательных аппаратов соответствующего типа, разработчики которых смогли значительно продвинуться вперед в части успешного решения отмеченных проблем. Изучим теперь наиболее известные мировые разработки в части создания гиперзвуковых летательных аппаратов рассматриваемого типа.

от Boeing

Самый быстрый гиперзвуковой самолет в мире, как считают некоторые эксперты, это американский Boeing X-43A. Так, в ходе тестирования данного аппарата было зафиксировано, что он достигал скорости, превышающей 11 тыс. км/час. То есть примерно в 9,6 раза быстрее

Чем особенно примечателен гиперзвуковой самолет X-43A? Характеристики данного летательного аппарата таковы:

Предельная скорость, зафиксированная на тестах, - 11 230 км/час;

Размах крыльев - 1,5 м;

Длина корпуса - 3,6 м;

Двигатель - прямоточный, Supersonic Combustion Ramjet;

Топливо - атмосферный кислород, водород.

Можно отметить, что рассматриваемый аппарат относится к самым экологичным. Дело в том, что используемое топливо практически не предполагает выделения вредных продуктов горения.

Гиперзвуковой самолет X-43A был разработан совместными усилиями инженеров NASA, а также компаний Orbical Science Corporation и Minocraft. создавался порядка 10 лет. В его разработку было вложено около 250 млн. долларов. Концептуальная новизна рассматриваемого самолета в том, что он был задуман с целью испытания новейшей технологии обеспечения работы двигательной тяги.

Разработка от Orbital Science

Компания Orbital Science, которая, как мы отметили выше, приняла участие в создании аппарата X-43A, успела также создать свой гиперзвуковой самолет — X-34.

Его предельная скорость — более 12 тыс. км/ч. Правда, в ходе практических тестов она не была достигнута — более того, не удалось достичь показателя, который показан самолетом X43-A. Рассматриваемый летательный аппарат ускоряется при задействовании ракеты «Пегас», функционирующей на твердом топливе. Машина X-34 была впервые испытана в 2001 году. Рассматриваемый самолет ощутимо больше аппарата от Boeing — его длина составляет 17,78 м, размах крыльев — 8,85 м. Максимальная высота полета гиперзвуковой машины от Orbical Science — 75 километров.

Летательный аппарат от North American

Еще один известный гиперзвуковой самолет — X-15, выпущенный компанией North American. Данный аппарат аналитики относят к экспериментальным.

Он оснащен что дает повод некоторым экспертам не относить его, собственно, к классу самолетов. Однако наличие ракетных двигателей позволяет аппарату, в частности, совершать Так, во время одного из испытаний в таком режиме он был протестирован пилотами. Предназначение аппарата X-15 — исследование специфики гиперзвуковых полетов, оценка тех или иных конструкторских решений, новых материалов, особенностей управления подобными машинами в различных слоях атмосферы. Примечательно, что была утверждена еще в 1954 году. Летает X-15 со скоростью более 7 тыс. км/час. Дальность его полета — более 500 км, высота превышает 100 км.

Самые быстрые серийные самолеты

Изученные нами выше гиперзвуковые аппараты фактически относятся к категории исследовательских. Полезно будет рассмотреть некоторые серийные образцы самолетов, приближенных по характеристикам к гиперзвуковым или являющихся (по той или иной методологии) ими.

В числе подобных машин — американская разработка SR-71. Данный самолет некоторые исследователи не склонны относить к гиперзвуковым, поскольку его предельна скорость составляет порядка 3,7 тыс. км/час. В числе наиболее примечательных его характеристик — взлетная масса, которая превышает 77 тонн. Длина аппарата — более 23 м, размах крыльев — более 13 м.

Одним из самых быстрых военных самолетов считается российский МиГ-25. Аппарат может развивать скорость более 3,3 тыс. км/ч. Максимальный взлетный вес российского самолета — 41 тонна.

Таким образом, на рынке серийных решений, приближенных по характеристикам к гиперзвуковым, РФ — в числе лидеров. Но что можно сказать о российских разработках в части «классических» гиперзвуковых самолетов? Способны ли инженеры из РФ создать решение, конкурентное машинам от Boeing и Orbital Scence?

Российские гиперзвуковые аппараты

В данный момент российский гиперзвуковой самолет находится в стадии разработки. Но идет она достаточно активно. Речь идет о самолете Ю-71. Его первые испытания, судя по сообщениям в СМИ, были проведены в феврале 2015 года под Оренбургом.

Предполагается, что самолет будет использоваться в военных целях. Так, гиперзвуковой аппарат сможет при необходимости осуществлять доставку поражающих средств на значительные расстояния, вести мониторинг территории, а также задействоваться как элемент штурмовой авиации. Некоторые исследователи полагают, что в 2020-2025 гг. в РВСН поступит порядка 20 самолетов соответствующего типа.

В СМИ есть сведения о том, что рассматриваемый гиперзвуковой самолет России будет размещаться на баллистической ракете «Сармат», которая также находится на стадии проектирования. Некоторые аналитики считают, что разрабатываемый гиперзвуковой аппарат Ю-71 — это не что иное, как боеголовка, которая должна будет отделяться от баллистической ракеты на конечном участке полета, чтобы затем, благодаря высокой, характерной для самолета маневренности, преодолевать системы ПРО.

Проект «Аякс»

В числе наиболее примечательных проектов, связанных с разработкой гиперзвуковых самолетов, — «Аякс». Изучим его подробнее. Гиперзвуковой самолет «Аякс» — концептуальная разработка советских инженеров. В научной среде разговоры о ней начались еще в 80-е годы. В числе наиболее примечательных характеристик — наличие системы тепловой защиты, которая призвана защищать корпус от перегрева. Таким образом, разработчики аппарата «Аякс» предложили решение одной из «гиперзвуковых» проблем, обозначенных нами выше.

Традиционная схема тепловой защиты летательных машин предполагает размещение на корпусе особых материалов. Разработчики «Аякса» предложили иную концепцию, по которой предполагалось не защищать аппарат от внешнего нагрева, а впускать тепло внутрь машины, одновременно увеличивая ее энергоресурс. Основным конкурентом советского аппарат считался гиперзвуковой самолет «Аврора», создаваемый в США. Однако в связи с тем, что конструкторы из СССР существенно расширили возможности концепции, на новую разработку был возложен самый широкий круг задач, в частности, исследовательских. Можно сказать, что «Аякс» — гиперзвуковой многоцелевой самолет.

Рассмотрим более подробно технологические новшества, предложенные инженерами из СССР.

Итак, советские разработчики «Аякса» предложили использовать тепло, возникающее как результат трения корпуса самолета об атмосферу, преобразовывать в полезную энергию. Технически это могло быть реализовано посредством размещения на аппарате дополнительных оболочек. В результате формировалось что-то вроде второго корпуса. Его полость предполагалось заполнить неким катализатором, например, смесью горючего материала и воды. Теплоизолирующий слой, изготовленный из твердого материала, в «Аяксе» предполагалось заменить на жидкостный, который, с одной стороны, должен был защищать двигатель, с другой — способствовал бы каталитической реакции, которая, между тем, могла сопровождаться эндотермическим эффектом — перемещением тепла с наружной части корпуса внутрь. Теоретически охлаждение внешних частей аппараты могло быть каким угодно. Избыточное тепло, в свою очередь, предполагалось задействовать с целью повышения эффективности работы двигателя самолета. При этом данная технология позволяла бы генерировать вследствие реакции топлива и виды свободный водород.

В данный момент доступные широкой публике сведения о продолжении разработки «Аякса» отсутствуют, однако исследователи считают весьма перспективным внедрение советских концепций в практику.

Китайские гиперзвуковые аппараты

Конкурентом России и США на рынке гиперзвуковых решений становится Китай. В числе самых известных разработок инженеров из КНР — летательный аппарат WU-14. Он представляет собой гиперзвуковой управляемый планер, размещаемый на баллистической ракете.

МБР запускает летательный аппарат в космос, откуда машина резко пикирует вниз, развивая гиперзвуковую скорость. Китайский аппарат может монтироваться на разных МБР, обладающих дальностью от 2 до 12 тыс. км. Установлено, что в ходе тестов аппарат WU-14 смог развить скорость, превышающую 12 тыс. км/ч, превратившись, таким образом, в самый быстрый гиперзвуковой самолет по версии некоторых аналитиков.

Вместе с тем многие исследователи считают, что китайскую разработку не вполне правомерно относить к классу самолетов. Так, распространена версия, по которой аппарат следует классифицировать именно как боеголовку. Причем весьма эффективную. При полете вниз с отмеченной скоростью даже самые современные системы ПРО не смогут гарантировать перехвата соответствующей цели.

Можно отметить, что разработками гиперзвуковых аппаратов, задействуемых в военных целях, занимаются также Россия и США. При этом российская концепция, по которой предполагается создавать машины соответствующего типа, значительно отличается, как свидетельствуют данные в некоторых СМИ, от технологических принципов, реализуемых американцами и китайцами. Так, разработчики из РФ концентрируют усилия в области создания летательных аппаратов, оснащенных прямоточным двигателем, способных запускаться с земли. Россия планирует сотрудничество в этом направлении с Индией. Гиперзвуковые аппараты, создаваемые по российской концепции, как считают некоторые аналитики, характеризуются меньшей стоимостью и более широкой областью применения.

Вместе с тем гиперзвуковой самолет России, о котором мы сказали выше (Ю-71), предполагает, как считают некоторые аналитики, как раз-таки размещения на МБР. Если этот тезис окажется верным, то можно будет говорить о том, что инженеры из РФ работают сразу по двум популярным концептуальным направлениям в строительстве гиперзвуковых летательных аппаратов.

Резюме

Итак, вероятно, самый быстрый гиперзвуковой самолет в мире, если говорить о летательных аппаратах безотносительно их классификации, это все же китайский аппарат WU-14. Хотя нужно понимать, что реальные сведения о нем, в том числе касающиеся испытаний, могут быть засекречены. Это вполне соответствует принципам китайских разработчиков, которые часто во что бы то ни стало стремятся сохранить свои военные технологии в тайне. Скорость самого быстрого гиперзвукового самолета — более 12 тыс. км/ч. Его «догоняет» американская разработка X-43A — многие эксперты считают самым скоростным именно его. Теоретически гиперзвуковой самолет X-43A, а также китайский WU-14 может догнать разработка от Orbical Science, рассчитанная на скорость более 12 тыс. км/ч.

Характеристики российского самолета Ю-71 пока что не известны широкой публике. Вполне возможно, что они будут приближены к параметрам китайского летательного аппарата. Российские инженеры также ведут разработки по гиперзвуковому самолету, способному взлетать не на базе МБР, а самостоятельно.

Текущие проекты исследователей из России, Китая и США так или иначе связаны с военной сферой. Гиперзвуковые самолеты, безотносительно их возможной классификации, рассматриваются в первую очередь как носители вооружений, скорее всего, ядерных. Однако в работах исследователей из различных стран мира встречаются тезисы о том, что «гиперзвук», подобно атомным технологиям, вполне может быть мирным.

Дело за появлением доступных и надежных решений, позволяющих организовать серийное производство машин соответствующего типа. Использование подобных аппаратов возможно в самом широком спектре отраслей хозяйственного развития. Наибольшую востребованность гиперзвуковые летательные аппараты, вероятно, найдут в космической и исследовательской индустрии.

По мере удешевления технологий производства соответствующих машин заинтересованность в инвестировании в подобные проекты могут начать проявлять транспортные бизнесы. Промышленные корпорации, поставщики различных сервисов могут начать рассматривать «гиперзвук» как инструмент повышения конкурентоспособности бизнеса в части организации международных коммуникаций.

Как то мы с вами обсуждали довольно скептическое мнение , однако работы эти никто не останавливает и все движутся вперед.

По данным источника в оборонно-промышленном комплексе, новейшая российская гиперзвуковая противокорабельная ракета «Циркон» достигла на испытаниях восьми скоростей звука.

По словам источника, «в ходе испытаний ракеты было подтверждено, что ее скорость на марше достигает 8 Махов», передает ТАСС. Кроме того, как отметил источник, ракеты «Циркон» могут запускаться из универсальных пусковых установок 3С14, которые также используются для ракет «Калибр» и «Оникс».

Дальность стрельбы «Цирконом», согласно открытым данным, составляет около 400 километров. В феврале осведомленный источник сообщал, что гиперзвуковая ракета «Циркон», предназначенная для подводных лодок типа «Ясень» и «Хаски», впервые может быть запущена с морского носителя весной этого года. В апреле 2016 года источник в российском оборонно-промышленном комплексе отмечал, что «Циркон» должен быть запущен в серийное производство в 2018 году.

Американская X-51AWaverider при последнем тестовом полете показала скорость 4,8 МАХ.

А теперь немного подробнее про "Циркон".

Число «Маха» или «М» определяет отношение локальной скорости потока к скорости звука - 331 м/с. Превысить скорость звука в шесть-восемь раз - одна из глобальных задач развития современного авиа и ракетостроения. С появлением гиперзвуковых летательных аппаратов конструкторы связывают прорыв в новое, 6-е поколение авиационной техники. С военной точки зрения гиперзвуковые летательные аппараты крайне эффективное ударное средство. Гиперзвуковой полет неразличим для современных средств радиолокации. Не существует и даже не предвидится создание средств перехвата подобных ракет.

Глобальное разоружение

В СССР это поняли еще в 60-х годах прошлого века, когда проектировали расположенную под Москвой систему НПРО с ракетами А-135. Система перехвата входящих в атмосферу на скорости 5-10 км в секунду ядерных боеголовок решена на комплексе весьма своеобразно. Если электроника все равно их не видит, то и ракету надо нацеливать не «в копеечку», а «в белый свет», видимо, решили конструкторы и установили на противоракете ядерную боевую часть. То есть, зная о ядерном нападении, советская противоракета выстреливалась в район предполагаемого нахождения вражеских ядерных блоков с тем, чтобы уничтожить их с помощью встречного ядерного взрыва в атмосфере. Система эта, напомним, до сих пор стоит на вооружении. И считается единственной эффективной системой НПРО в мире.

«Чтобы обнаружить атакующие цели, навести на них противоракеты и сделать встречный залп, есть несколько десятков минут, - рассказал телеканалу «Звезда» Владимир Дворкин, до 2001 года возглавлявший 4-й ЦНИИ Минобороны (институт, занимавшийся проблемами развития и применения ядерного оружия). - Американская морская ракета «Трайдент» летит до нас 15-20 минут, сухопутный «Минитмен-3» - 25-35 минут».

Это снижает вероятность «разоружения противника», говорит эксперт, у нас всегда остается время на то, чтобы подготовиться, встретить эти ракеты и хотя бы большую часть из них уничтожить. Следовательно, сохраняется возможность ответного ядерного удара по территории США. Поэтому в Америке сегодня разрабатывается новая концепция ядерной войны. В рамках программы «молниеносного глобального удара» Вашингтон планирует получить оружие, способное пролететь расстояние от США до России за вдвое, а то и втрое меньшее время, для того чтобы у противника просто не осталось ни малейших шансов отреагировать. Достичь этого предполагается за счет создания гиперзвуковых летательных аппаратов.

В отличие от баллистических ракет, гиперзвуковые будут стартовать с бомбардировщиков, а также наземных пусковых Mk-41. Это должно сделать невозможным обнаружение пуска существующими космическими и наземными средствами предупреждения о ракетном нападении. А значит, создаст иллюзию возможности безнаказанно начать и выиграть ядерную войну. Эта теория очень популярна в экспертном сообществе США.

В итоге только в США различными ведомствами разрабатывается сразу несколько перспективных проектов: X-43A (НАСА), X-51A (ВВС), AHW (Сухопутные войска), ArcLight (DARPA, ВМС), Falcon HTV-2 (DARPA, ВВС). Их появление, по мнению специалистов, позволит создать гиперзвуковые авиационные крылатые ракеты большой дальности, морскую крылатую ракету в противокорабельном и ударном против наземных целей вариантах к 2018-2020 годам, разведывательный самолет - к 2030 году.

Над выходом на гиперзвук бьется Франция. Китай недавно испытал планирующий аппарат WU-14, сумевший достичь гиперзвуковых скоростей. Ну и, конечно, Россия.

Гонка технологий

«Обычно сверхзвуковые крылатые ракеты летят на скорости 2-3 маха, - говорит кандидат физико-математических наук Николай Григорьев. - Мы хотим, чтобы наши аппараты летали со скоростью более 6 махов. При этом этот полет должен быть длительным. Не менее 7-10 минут, за которые аппарат должен самостоятельно развить скорость в более полутора тысяч метров в секунду».

Первый гиперзвуковой аппарат был создан в СССР еще в конце 70-х годов прошлого века. В 1997 году конструкторы дубнинского МКБ «Радуга» впервые показали его на авиасалоне МАКС. Представлен он был как система нового класса - гиперзвуковой экспериментальный летательный аппарат (ГЭЛА) Х-90. На Западе его называли AS-19 Koala. По данным предприятия, ракета летела на дальность до 3 тыс. км. Несла две боеголовки с индивидуальным наведением, способные поразить цели на удалении 100 км от точки разделения. Носителем Х-90 мог стать удлиненный вариант стратегического бомбардировщика Ту-160М.

В начале 90-х годов прошлого века МКБ провело совместную работу с немецкими инженерами по проблеме гиперзвука на базе другой своей ракеты Х-22 «Буря» (по классификации НАТО - AS-4 Kitchen («Кухня»). Эта сверхзвуковая крылата ракета входит в состав штатного вооружения дальнего бомбардировщика Ту-22М3. Может летать на 600 км и нести термоядерную или обычную боевую часть весом в 1 тонну. Ракета предназначена для уничтожения авианосцев США. В ходе эксперимента, при установленных на ракету дополнительных разгонных блоках машину удалось вывести на гиперзвуковой режим полета.

Кроме того, как напоминает Григорьев, в СССР был создан космический корабль многоразового использования «Буран», который при входе в плотные слои атмосферы развивал скорость в 25 махов. Сегодня, по словам эксперта, задача стоит в том, чтобы сделать подобный полет активным, то есть машина должна не просто «планировать», а самостоятельно развивать и поддерживать такую скорость, менять направление полета.

От «Коалы» до «Ярса»

Испытания гиперзвуковых аппаратов - тайна за семью печатями. Судить о том, как обстоят дела с их разработкой, можно только по сообщениям американцев об успехе или неудаче в ходе тех или иных испытательных пусков. Последний такой эксперимент они провели в августе. Пуск ракеты Х-43А был произведен с полигона Кодьяк на Аляске. Ракета разрабатывалась как совместный проект американской армии и лаборатории Sandia National в рамках концепции «Быстрого глобального удара». Ее первое испытание произошло в ноябре 2011 года. Предполагалось, что в ходе нынешних испытаний ракета, набрав скорость около 6,5 тыс. км/час, поразит учебную цель на тихоокеанском атолле Кваджалейн. В итоге аппарат проработал всего 7 секунд перед тем, как сгорел в атмосфере. Тем не менее, в США назвали этот полет успешным - машина продемонстрировала способность набрать требуемое ускорение.

Советская Х-90, о которой хоть что-то доподлинно известно, летала дальше и дольше. Как говорят конструкторы, машина быстро нагревалась от сопротивления воздуха, что разрушало аппарат или приводило в нерабочее состояние механизмы внутри корпуса. Для достижения гиперзвука для прямоточного реактивного ракетного двигателя требовался водород или хотя бы топливо, состоящее в значительной мере из водорода. А это крайне сложно осуществить технически, так как газообразный водород имеет малую плотность. Хранение жидкого водорода создавало другие непреодолимые технические сложности. Ну и, наконец, во время гиперзвукового полета вокруг Х-90 возникало плазменное облако, которое сжигало радиоантенны, что приводило к потере управляемости аппаратом.

Впрочем, эти недостатки в итоге превратили в достоинства. Проблему охлаждения корпуса и водородного топлива решили тем, что в качестве его компонентов стали использовать смесь керосина и воды. Она после нагрева подавалась в специальный каталитический мини-реактор, в котором проходила эндотермическая реакция каталитической конверсии, в результате которой вырабатывалось водородное топливо. Этот процесс приводил к сильному охлаждению корпуса аппарата. Не менее оригинально была решена проблема обгорания радиоантенн, в качестве которых стали использовать само плазменное облако.

При этом плазменное облако позволило аппарату не только двигаться в атмосфере со скоростью 5 км в секунду, но и делать это «ломаными» траекториями. Машина могла резко менять направление полета. Кроме того, плазменное облако еще и создавало эффект невидимости аппарата для радаров. Х-90 не поступила на вооружение, работа над ракетой была приостановлена еще в 1992 году.

Но принципы ее работы очень похожи на описание действий маневрирующих ядерных боеголовок баллистических ракет «Тополь-М», «Ярс» и новой РС-26. Минобороны неоднократно приводило их, как пример преодоления любой системы противоракетной обороны. Маневрирующий блок в любую секунду может «вильнуть», непредсказуемо изменив направление полета, что гарантированно обеспечивает поражение цели. Ни одна система НПРО не способна просчитать такую траекторию и навести на атакующий блок противоракеты.

Боевой «Утконос»

В прошлом году в Минобороны сообщили, что гиперзвуковым оружием будут оснащать, в первую очередь, самолеты дальней авиации. На тот момент ракеты уже существовали, правда, их полет на гиперзвуке продолжался всего несколько секунд. Об этом неоднократно заявлял и вице-премьер Дмитрий Рогозин. Однако каких либо конкретных деталей ни военные, ни вице-премьер, ни представители промышленности не приводили.

О текущих успехах в создании гиперзвуковых летательных аппаратов можно судить только по косвенным признакам. Например, этим летом корпорация «Тактическое ракетное вооружение», Минобороны и Минпромторг отчитались, что согласовали программу создания гиперзвуковых ракетных технологий. В разработку перспективной техники будет вложено более 2 млрд. рублей, а первый аппарат появится не позднее 2020 года. Что это будут за аппараты, какие характеристики будут иметь и для каких целей не объявляется.

О том, что задел, что называется, имеется, можно судить хотя бы по выставке МАКС в подмосковном Жуковском. В 2011 году Центральный институт авиационного моторостроения из подмосковного Лыткарино демонстрировал целый ряд перспективных гиперзвуковых аппаратов. На стенде института были выставлены несколько макетов перспективных ракет, больше похожих не на классические сигарообразные ракеты, а на шедевр скульптора авангардиста, взявшего в прообраз своего творения австралийского зверька утконоса - расплющенный лопатовидный «нос» обтекателя, рубленные формы самого корпуса ракет. Тогда представитель института Вячеслав Семенов сообщил, что в 2012 году Минобороны будет представлен полностью годный летный образец гиперзвуковой крылатой ракеты. Об этом же говорил и Борис Обносов. О чем конкретно шла речь - неизвестно. Никаких официальных сообщений о новой ракете в печати не было. Однако неоднократно проскакивало название перспективного комплекса «Циркон».

По косвенным признакам в его основу входит ракета, созданная на базе сверхзвуковой противокорабельной ракеты «Яхонт» и ее российско-индийского аналога «БраМос». Индийская BrahMos Aerospace Limited неоднократно анонсировала работы по созданию гиперзвукового варианта своей продукции. Демонстрировал ее макет все тот же «Утконос».

В будущем ракеты "Циркон" установят на новейшие российские многоцелевые атомные подводные лодки пятого поколения "Хаски", которые сейчас находятся в разработке в конструкторском бюро "Малахит". Ракетный крейсер «Адмирал Нахимов», проходящий ремонт с модернизацией в Северодвинске, к 2018 году оснастят универсальным корабельным стрельбовым комплексом, позволяющим применять ракеты «Калибр», «Оникс» и перспективные гиперзвуковые ПКР «Циркон».

источники

Фав

Была обычная баллистическая ракета, а стала« гиперзвуковая». Полетит ли она лучше, дальше и быстрее? Да и вообще - насколько« гиперзвуковое» оружие опаснее обычного? Мы расскажем вам всё о новых разработках и заодно научим отличать« сверхзвук» от« гиперзвука» на слух.

Даёшь« гиперзвук» - или нет?

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.

« Фау-2»

« 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.