Американское гиперзвуковое оружие

Разработка пилотируемого гиперзвукового самолета потребует создания сложнейшего двигателя, сочетающего в себе турбореактивный двигатель для дозвуковых и сверхзвуковых скоростей, и ГПВРД для гиперзвука. Работа над этим мотором потребует развития как минимум четырех главных разработок.

Живи ярко, погибни рано Экспериментальный беспилотный аппарат NASA X-43 установил рекорд скорости для летательных аппаратов с воздушно-реактивным двигателем, разогнавшись до 10617 км/ч, либо 9,68 М. Рекордный полет третьего прототипа X-43 состоялся 16 ноября 2004 года. Разгонная ракета «Пегас», запущенная с борта бомбардировщика B-52, разогнала аппарат и отделилась на высоте 29000 м. За 10 секунд работы ГПВРД X-43 преодолел 24 км, поднявшись на высоту около 34000 м. После этого одноразовый аппарат был затоплен рядом от калифорнийского побережья.

У истоков гиперзвука На фото: отмененный в связи с дефицитом финансирования проект HTV-X3 Blackswift, быть может, наилучшим образом иллюстрирует, как будет смотреться гиперзвуковой самолет многоразового применения. Сложнейшая совместная программа Lockheed Martin, Boeing и ATK завершилась в 2008 году.

На фото: аппарат HiFiRe стал логическим продолжением австралийской программы HyShot. В отличие от предшественника, он показал независимый продолжительный полет с действующим ГПВРД.

Минуло уже полвека с момента, в то время, когда США и СССР поняли потенциал гиперзвуковых оружий и начали поиски в данном направлении. Со времен экзотического проекта стратегической ракеты ASALM из поздних 1970-х до последних полетов беспилотника-демонстратора Boeing X-51A прошло более 30 лет, а добиться устойчивой работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя на гиперзвуковых скоростях так же, как и прежде не удалось. Эта область изучений демонстрирует обескураживающе медленный прогресс.

Однако ВВС Соеденненых Штатов опубликовало новый стратегический замысел по НИОКР, и он светло показывает, что именно скорость остается одним из основных приоритетов американских армейских.

В этом случае замысел измеряется не годами, а декадами. Но сроки и конструкторские задачи их исполнения обозначены в нем с предельной точностью, а денежная часть стратегии предполагает нужные инвестиции, кроме того не обращая внимания на тяжелые времена.

Текущая стратегия предусматривает два главных временных горизонта. Уже к 2020 году планируется создать гиперзвуковое ударное оружие, другими словами крылатую ракету с гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД).

К 2030 году на свет обязан показаться разведывательный самолет, возможно пилотируемый. «Эти сроки мы вычисляем разумными с позиций вложения средств, — говорит Кристофер Клэй, эксперт подразделения ВВС по НИОКР, — но при острой необходимости мы можем ускориться».

Главными действующими лицами, очевидно, будут Исследовательская лаборатория ВВС (AFRL) и Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам DARPA. К ним присоединится последовательность зарубежных разработчиков. Планируется применять наработки всех проектов, каковые когда-либо велись, но были закрыты, отменены либо приостановлены в связи с дефицитом средств.

К ним относится и X-51A, которому до тех пор пока что отмерен последний испытательный полет, и закрытый по денежным обстоятельствам проект Blackswift — неповторимого самолета с гибридной силовой установкой, сочетающей турбореактивный двигатель и ГПВРД в одном агрегате.

«В AFRL было запущено множество проектов, но ни один из них не собрал критической массы. Исходя из этого было решено выбрать всего два и всецело на них сконцентрироваться», — поясняет Клэй. Причем первый и ранее развивался хорошими темпами, а вот второй многие годы топтался на одном месте.

Стремительная смерть

Под первым, довольно успешным проектом подразумевается Boeing X-51A. Не обращая внимания на всего один наполовину успешный и два неудачных полета демонстратора ГПВРД, так же, как и прежде планируется выстроить четвертый и последний пример к середине 2013 года. «Лидерство в области ВВС так же, как и прежде зависит от изучений в области ГПВРД, — говорит Чарли Бринк, начальник программы X-51A. — Образ аппарата, талантливого пролететь 600 морских миль за десять мин., получает все больший вес в глазах армейских».

В мае 2010 года, на протяжении первого полета Х-51А его двигатель проработал 140 секунд из планируемых 300. Повреждение соединения между соплом и двигателем стало причиной преждевременному окончанию полета, но ГПВРД успел разогнать машину до 6,5 М. На протяжении второго полета в июне 2011 года не запустился ракетный двигатель разгонной ступени, а августовский третий завершился утратой управления из-за отказа руля. К четвертому полету все распознанные недоработки должны быть исправлены.

«То, что в кризисных условиях на Х-51А нашлось финансирование, подчеркивает уровень интереса к гиперзвуку», — говорит Бринк. Именно он возглавит направление двигателя и разработки корпуса в проекте скоростного ударного оружия HSSW.

Кульминационным моментом демопрограммы, которая стартует в марте 2013 года, будут боевые учения к концу декады. «Мы стремимся начать полеты уже в 2017 году, и в случае если все отправится прекрасно, они продолжатся в 2018-м и 2019-м», — говорит Кристофер Клэй, уточнив, что всего планируется совершить шесть-семь полетов. Главная задача этих опробований — взять практический опыт в различных качествах гиперзвуковой разработке, от двигателей до совокупностей наведения. Цель демопрограммы — успешное поражение мишеней на расстоянии тысяч миль.

Прототипы должны будут показать не только правильный удар, но и совместимость с существующими авиационными совокупностями. Аппарат будет размещаться как в отсеке бомбардировщика, так и под крылом истребителя. Будут созданы продвинутые совокупности наведения, боеголовки с разным характером поражения, и действенные одноразовые двигательные совокупности для разгонных ступеней

В первый раз замысел по разработке скоростных оружий предусматривает некую долю интернационального сотрудничества. Полем для совместной работы может стать разработка компактных бустеров — одной из главных разработок замысла по точному оружию. Другие сферы вероятного сотрудничества — совокупности наведения, трудящиеся в широком диапазоне скоростей, скоростные совокупности ориентирования в условиях отсутствия GPS и спутниковой связи, аэродинамические конфигурации, системы и композитные материалы термозащиты.

Большинство технических требований к проекту сформулирована на базе детального анализа возможных боевых миссий. Но главные из них очень несложны и очевидны — это небольшой умеренная стоимость и вес. Цена нового оружия не должна быть больше цена простого дозвукового оружия более чем в два раза.

Наряду с этим оно должно поражать удаленные цели за считанные 60 секунд. Прототип HSSW будет базироваться на базе ВВС «Эглин» во Флориде.

Переходный возраст

Для второго проекта — гиперзвукового разведывательно-ударного самолета — ВВС очертили требования не меньше четко. Он должен быть полностью самодостаточен в условиях недоступности спутников связи и навигации, разгоняться до скоростей более чем 5 М и наряду с этим самостоятельно взлетать с простой взлетно-посадочной полосы.

С 2010 года стратеги ВВС Соеденненых Штатов целились в 4 Маха. Но повторный анализ вероятных боевых миссий с применением гиперзвукового самолета стал причиной однозначному повышению желаемой скорости как минимум до пяти метров. Было нужно приступить к поискам разработок, каковые разрешили бы добиться данной цели.

Проект пилотируемого самолета намного более дорогостоящий и рискованный, чем HSSW. Он требует разработки двигателя, что сможет функционировать и на дозвуковых, и на сверхзвуковых, и на гиперзвуковых скоростях.

При взлете он будет трудиться как турбореактивный, после этого переходить в режим прямоточного, а при переходе на гиперзвук преобразовываться в ГПВРД.

Пробуя воплотить в судьбу таковой мотор, создатели проекта Blackswift в свое время столкнулись с основной проблемой: турбина дозвукового двигателя не выдерживает температур, которые связаны с перемещением на гиперзвуке.

Само собой разумеется, гиперзвуковой поток не проходит через турбину конкретно, но кроме того соседство с ГПВРД действует на щекотливый узел губительно. Исходя из этого главный акцент в изучениях предстоит сделать на жаропрочные материалы, а также композиты с керамической матрицей, и рассеяния и системы распределения тепловой энергии.

Действующий двигатель должен быть создан к 2020 году. Не обращая внимания на отрицательный итог прошлых тестов, их анализ показывает, что программа в полной мере реализуема. Летные опробования будут проходить с полноценным двигателем, смонтированным в фюзеляже уменьшенного масштаба.

Аппарат станет испытательной платформой для многих других систем: механизмов управления, наведения и навигации, новых материалов, сенсоров.

«Непростая технологическая задача пребывает в переходе на гиперзвук. Нам предстоит изучить возможности доработки стандартных турбодвигателей, имеющихся в продаже, на предмет расширения их скоростного диапазона. Нужно поработать и над ГПВРД, дабы, наоборот, снизить его минимальную скорость.

До тех пор пока мы не можем вынудить скоростные диапазоны турбины и ГПВРД хоть мало пересечься, — говорит Кристофер Клэй. — А ведь нам предстоит спроектировать и испытать куда более большие ГПВРД, в 8 а также 16 раз превышающие мощность X-51A».

Опыт X-51A продемонстрировал, что прекрасно определить разработку возможно только на протяжении настоящих полетов. Тысячи гениальных инженеров-теоретиков не заменят тестовый запуск прототипа. Замысел американских ВВС, а также денежный, это событие учитывает.

Так что уже в течение ближайшей декады мы заметим много занимательных полетов.

Статья «Ставка на гиперзвук» размещена в издании «Популярная механика» (№123, январь 2013).