Так может выглядеть летательный аппарат будущего, способный развивать более пяти скоростей звука
1 марта 2018 года Владимир Путин выступил с очередным посланием к Государственной думе. Центральной частью доклада стала демонстрация новейших видов вооружения, которые, по словам президента, уже в ближайшее время получит российская армия. Значительная часть (2 из 6) представленных новинок – это так называемые гиперзвуковые летательные аппараты, главной особенностью которых является способность к полету на скорости, значительно превосходящей скорость звука.
Работы над созданием гиперзвуковых ЛА активно велись в 60-е и 70-е годы прошлого века, но затем «мода» на них несколько утихла. Возрождение интереса произошло только в начале нынешнего века, когда развитие технологий позволило строить совершенные прямоточные реактивные двигатели. Сегодня интерес к полетам на гиперзвуке проявляют ученые, инженеры, авиаперевозчики. Но первыми в очереди стоят, конечно же, военные.
Что же такое гиперзвуковое оружие? Какими преимуществами оно обладает по сравнению с обычными боевыми системами? И кто находится впереди в гонке за гиперзвук?
Что такое гиперзвук, и каким он бывает?
Гиперзвуковой называют скорость, значительно — в пять и более раз — превосходящую скорость распространения звука в атмосфере. Соответственно, гиперзвуковые летательные аппараты (ГЗЛА) способны перемещаться с такой скоростью и совершать маневры, используя аэродинамические силы.
Пять скоростей звука или пять чисел Маха (5 М) – это приблизительно от 5380 км/ч до 6120 км/ч в зависимости от высоты полета. Деление летательных аппаратов на до-, сверх, и гиперзвуковые четко отражает природу явлений, возникающих при взаимодействии ЛА с набегающим воздушным потоком. Такая градация особенно важна для работы силовой установки самолета или ракеты: обыкновенный ТРД просто не может функционировать на гиперзвуке, необходим прямоточный или ракетный движок. Обычная высота полета для ГЗЛА – это диапазон от 25 до 100 км, ниже, у поверхности Земли, гиперзвуковые аппараты не используются из-за слишком большого сопротивления воздуха.
Сегодня перед конструкторами стоит другая задача: создать летательные аппараты, для которых полет на гиперзвуковой скорости был бы штатным режимом, способные маневрировать, тормозить и производить посадку. Это различные космопланы (американские «Спейс Шаттлы» и советский «Буран»), гиперзвуковые самолеты (Х-15, SpaceShipOne), БПЛА (Boeing X-43). К ГЗЛА также относятся боевые управляемые блоки МБР («Авангард») и гиперзвуковые ракеты (X-51 Waverider и «Кинжал»).
Из истории данного вопроса
Первый гиперзвуковой полет совершила немецкая баллистическая ракета Фау-2. Важнейшей вехой на пути «приручения гиперзвука» стало создание в США ракетоплана Х-15, который в 1967 году смог достичь скорости 6,72 М. Этот летательный аппарат стартовал из-под крыла бомбардировщика В-52, после чего включался его собственный двигатель. Х-15 смог подниматься до высоты 107 км, то есть пересечь так называемую линию Кармана – официальную границу земной атмосферы и космического пространства. Полеты ракетоплана были прекращены в 1970 году.
В период Холодной войны существовало много проектов, связанных с гиперзвуком, правда, практически все они так и остались на бумаге:
- Dyna-Soar – американская программа по созданию пилотируемого космического аппарата Х-20, способного выполнять разведывательные и боевые задачи. Работы над ним продолжались с 1957 по 1963 год;
- Rockwell X-30 – американский проект гиперзвукового космоплана, который создавался 80-е годы. Он должен был стать недорогим и надежным средством вывода на орбиту людей и грузов. После окончания Холодной войны проект закрыли;
- «Спираль». Советский гиперзвуковой самолет, который планировали выводить в космос с помощью специального разгонщика. В начале 70-х годов разработки были прекращены.
Гиперзвуковые проекты последних десятилетий
В 80-е и 90-е годы интерес к данной теме несколько поутих. Только в 2001 году в воздух впервые поднялся американский ГЗЛА Х-43, оснащенный прямоточным реактивным двигателем. В 2014 году ему удалось поставить рекорд, разогнавшись на высоте 33,5 тыс. метров до скорости в 11,2 тыс. км/ч (9,6 М). В 2009 году начались испытания еще одного гиперзвукового аппарата Boeing X-51A Waverider. Через несколько лет он смог достичь скорости 5,1 М на высоте 21 тыс. метров. Были и неудачи. Например, американский ГЗЛА Falcon HTV-2 сумел разогнаться до немыслимых 23 Махов, но все аппараты, построенные в рамках данного проекта, просто сгорели в атмосфере.
В разных странах реализовывались и другие программы, связанные с гиперзвуком: Россия («Холод» и «Игла»), Германия (SHEFEX), Китай (WU-14), Великобритания (Skylon), Австралия (ScramSpace). Из последних отечественных разработок также можно вспомнить космопланы МАКС и «Клипер», работы над ними также были прекращены. Сегодня к созданию гиперзвуковых летательных аппаратов все активнее подключаются частные компании. Наиболее известные примеры – SpaceShipOne и SpaceShipTwo, суборбитальные ракетопланы, предназначенные для туристических полетов.
Основные трудности, стоящие перед конструкторами
Более полувека прошло с момента первого полета ракетоплана Х-15, а серийных гиперзвуковых аппаратов как не было, так и нет. Причина этому – ряд сложнейших технических проблем, с которыми пришлось столкнуться конструкторам.
Первая и, вероятно, главная из них – это запредельный нагрев корпуса, возникающий при гиперзвуковых скоростях. Для изготовления планера и двигателей используется титан, самые совершенные сплавы, керамика, наноматериалы. Но пока это не слишком помогает: именно из-за высокого нагрева время работы большинства ГЗЛА исчисляется минутами.
Еще одной серьезнейшей проблемой гиперзвукового полета является двигатель. Обычный ТРД не способен работать на таких скоростях, нужны другие решения. Конечно, можно использовать ракетный движок – как на Х-15 – но он слишком сложен, дорог и неэкономен. Более всего для ГЗЛА подходит прямоточный гиперзвуковой двигатель, проблема только в том, что на скорости ниже 5 Махов он просто не запустится. Поэтому некоторые ГЗЛА оснащаются дополнительными разгонными блоками.
Конструкторы пытаются решить эту проблему, соединив в конструкции аппарата сразу несколько двигателей.
А что у нас?
Каких успехов добилась наша страна в данной области? Какое оно гиперзвуковое оружие России?
Советский Союз активно занимался исследованиями в этом направлении, но после его развала практически работы были прекращены или приостановлены. Наверстать упущенное удалось только к середине нынешнего десятилетия.
«Авангард». В апреле 2016 года в СМИ появились сообщения об успешном испытании гиперзвукового боевого блока для баллистических ракет. В Министерстве обороны РФ эту информацию комментировать отказались, и только через несколько месяцев в военном ведомстве признали наличие данного проекта. 1 марта 2018 года Путин подтвердил существование нового гиперзвукового управляемого боевого блока (УББ), который в настоящее время проходит испытания. Ему присвоено обозначение «Авангард».
По понятным причинам информации об этой системе очень мало. Известно, что она является продолжением проекта УББ 15Ф178, разработка которого началась еще в 1987 году. Боевой блок имеет биконическую конструкцию, для маневрирования по тангажу и крену используются рули и стабилизаторы. Скорость УББ на баллистической части траектории составляет 20 М. Американским аналогом российского «Авангарда» являются УББ AHW и Falcon HTV-2.
Гиперзвуковая ракета «Кинжал». Это еще одна новинка, о которой Путин рассказал во время своего выступления. Она представляет собой авиационную модификацию оперативно-тактической ракеты «Искандер», работы над которой также начались еще в советский период. Испытания «Кинжала» завершились в конце минувшего года, и сейчас этот комплекс находится на опытно-боевом дежурстве, полноценная эксплуатация начнется в 2020 году. Пока единственным носителем для данной ракеты являются истребители-перехватчики МиГ-31, а в будущем ими также планируют оснастить модернизированные ракетоносцы Ту-22М3М. Масса боевой части «Кинжала» составляет 500 кг, максимальная скорость – около 10 М.
Противокорабельный «Циркон». Не имея возможности на равных противостоять военно-морским силам США и блока НАТО, в СССР большое внимание уделялось созданию противокорабельных ракет. Поэтому России в этой области достался огромный задел. В 2016 году в американском издании National Interest появилась информация о начале испытаний российской гиперзвуковой противокорабельной ракеты «Циркон», причем в статье подчеркивалось, что ничего подобного у США нет. Планируется, что этот боевой комплекс будет принят на вооружение уже в этом году. Дальность полета «Циркона» составляет 400 км, масса боевой части – около 400 кг, а его максимальная скорость достигает 8 Махов. Маршевый участок полета проходит на высоте 30-40 км, где меньше сопротивление воздуха.
В будущем этими ракетами планируют оснастить боевые корабли проекта «Орлан», подводные лодки «Ясень» и «Антей», а также авианесущий крейсер «Адмирал Кузнецов».
Несмотря на небывалый ажиотаж последних лет, достижения в области создания гиперзвукового оружия и транспортных средств пока очень посредственны. Вероятно, что действующий ГЗЛА мы увидим не ранее середины следующего десятилетия. России придется вкладывать серьезные ресурсы в «гиперзвуковую гонку», так как в противном случае есть риск потерять слишком много.
