Прогресс в области гиперзвуковых технологий привел к созданию высокоскоростных систем вооружения. Они, в свою очередь, были определены в качестве ключевой сферы, в направлении которой военным необходимо двигаться, чтобы не отстать от оппонентов в технологическом плане.
В последние несколько десятилетий в этой технологической области велись масштабные разработки, при этом широко использовался принцип цикличности, когда одна исследовательская кампания использовалась в качестве основы для последующей. Этот процесс привел к значительному прогрессу в технологии гиперзвукового оружия. На протяжении двух десятилетий разработчики активно применяли гиперзвуковую технологию, в основном в баллистических и крылатых ракетах, а также в планирующих блоках с ракетным ускорителем.
Активная деятельность ведется в таких областях, как моделирование, испытания в аэродинамической трубе, конструкция носового обтекателя, умные материалы, динамика летательного аппарата при входе в атмосферу и специальное программное обеспечение. Как результат, гиперзвуковые системы наземного запуска в настоящее время имеют высокий уровень готовности и высокую точность, позволяя военным атаковать широкий набор целей. Кроме того, эти системы могут существенно ослабить существующие противоракетную оборону противника.
Американские программы
Министерство обороны США и другие государственные структуры все больше внимания уделяют разработке гиперзвукового оружия, которое, по оценкам экспертов, достигнет необходимого уровня развития в 2020-е годы. Об этом свидетельствует увеличение объема инвестиций и ресурсов, выделяемого Пентагоном на гиперзвуковые исследования.
Управление ракетно-космических систем американской армии и лаборатория Sandia National Laboratory совместно работают над продвинутой гиперзвуковой системой вооружения AHW (Advanced Hypersonic Weapon), в настоящее время известной под обозначением Alternate Re-Entry System. В этой системе для доставки обычной боеголовки используется гиперзвуковой планирующий блок HGV (hypersonic glide vehicle), схожий с концепцией Hypersonic Technology Vehicle-2 (HTV-2) разработки Управления DARPA и ВВС США. Впрочем, этот блок может устанавливаться на ракету-носитель меньшей дальности, чем в случае с HTV-2, что в свою очередь может говорить о приоритете передового развертывания, например, на суше или на море. Блок HGV, конструктивно отличающийся от HTV-2 (коническая, а не клинообразная форма), оборудован системой высокоточного наведения на конечном участке траектории.
Первый полет ракеты AHW в ноябре 2011 года позволил продемонстрировать уровень отработанности технологий гиперзвукового планирования с ракетным ускорителем, технологий тепловой защиты, а также проверить параметры тестового полигона. Планирующий блок, запущенный с ракетного полигона на Гавайях и пролетевший порядка 3800 км, успешно поразил свою цель.
Комплекс AHW был разработан в рамках программы CPGS по уничтожению в течение часа первоочередных целей в любой точке мира. Начиная с 2006 года, Пентагон неуклонно наращивает финансирование программы AHW американской армии
Второй испытательный пуск был проведен со стартовой площадки Kodiak на Аляске в апреле 2014 года. Однако, через 4 секунды после старта контроллеры дали команду на уничтожение ракеты, когда внешняя тепловая защита задела блок управления ракеты-носителя. Следующий испытательный пуск уменьшенного варианта был осуществлен с ракетного полигона в Тихом океане в октябре 2017 года. Этот уменьшенный вариант был подогнан под размеры стандартной баллистической ракеты, запускаемой с подводной лодки.
На проведение запланированных испытательных пусков в рамках программы AHW министерство обороны запросило 86 миллионов долларов на 2016 финансовый год, 174 миллиона на 2017 финансовый год, 197 миллионов на 2018 год и 263 миллиона на 2019 год. Последний запрос наряду с планами по продолжению программы испытаний AHW указывает на то, что министерство определенно намерено разработать и развернуть систему, используя платформу AHW.
В 2019 году программа сосредоточится на производстве и испытаниях ракеты-носителя и гиперзвукового планирующего блока, которые будут использованы в летных экспериментах; на продолжении исследования перспективных систем с целью проверки стоимости, летальности, аэродинамических и тепловых характеристик; и на проведении дополнительных исследований с целью оценки альтернатив, реализуемости и концепций комплексных решений.
DARPA совместно с ВВС США параллельно реализуют демонстрационную программу HSSW (High Speed Strike Weapon), которая состоит из двух основных проектов: программы TBG (Tactical Boost-Glide), разрабатываемой компаниями Lockheed Martin и Raytheon, и программы HAWC (Hypersonic Air-breathing Weapon Concept), возглавляемой компанией Boeing. Первоначально планируется развертывание системы в военно-воздушных силах (воздушный запуск) и затем переход к морской эксплуатации (вертикальный запуск).
Хотя основной целью министерства обороны в области гиперзвуковых разработок является вооружение воздушного запуска, DARPA в 2017 году в рамках проекта Operational Fires начала новую программу по разработке и демонстрации гиперзвуковой системы наземного запуска, которая включает технологии из программы TBG.
В бюджетном запросе на 2019 год Пентагон затребовал 50 миллионов долларов на разработку и демонстрацию системы наземного запуска, позволяющей гиперзвуковому планирующему крылатому блоку преодолевать вражескую ПВО и быстро и точно поражать первоочередные цели. Целью проекта является: разработка продвинутого носителя, способного доставлять различные боевые части на разные расстояния; разработка совместимых наземных пусковых платформ, позволяющих встраиваться в существующую наземную инфраструктуру; и достижение специфических характеристик, необходимых для быстрого развертывания и переразвертывания системы.
В своем бюджетном запросе на 2019 год Управление DARPA запросило 179,5 миллиона на финансирование программы TBG. Цель TBG (как и HAWC) - достижение блоком скорости 5 Махов и более при его планировании к цели на конечном участке траектории. Теплостойкость такого блока должна быть очень высокой, он должен быть высокоманевренным, летать на высотах почти 61 км и нести боевую часть массой порядка 115 кг (примерно размер бомбы малого диаметра, Small Diameter Bomb). По программам TBG и HAWC также разрабатываются боевая часть и система наведения.
Ранее ВВС США и DARPA начали совместную программу FALCON (Force Application and Launch from CONtinental United States) в рамках проекта CPGS (Conventional Prompt Global Strike - обычный быстрый глобальный удар). Ее целью является разработка системы, состоящей из средства выведения подобного баллистической ракете и гиперзвукового аппарата для входа в атмосферу, известного как CAV (common aero vehicle), которая могла бы доставить боеголовку в любую точку земного шара в течение одного-двух часов. Высокоманевренный планирующий блок CAV с дельтовидным крылом-фюзеляжем, не имеющий движителя, может летать в атмосфере на гиперзвуковых скоростях.
Компания Lockheed Martin работала с DARPA над ранней концепцией гиперзвукового аппарата HTV-2 с 2003 по 2011 годы. Легкие ракеты Minotaur IV, ставшие средством доставки блоков HTV-2, запускались с авиабазы Ванденберг в Калифорнии. При первом полете HTV-2 в 2010 году были получены данные, которые продемонстрировали прогресс в повышении аэродинамического качества, высокотемпературных материалах, системах тепловой защиты, системах безопасности автономного полета, а также в системах наведения, навигации и управления для продолжительного гиперзвукового полета. Впрочем, эта программа была закрыта и в настоящее время все усилия сосредоточены на проекте AHW.
В Пентагоне надеются, что эти исследовательские программы проложат дорогу различному гиперзвуковому оружию, а также планируют консолидировать свою деятельность по разработке гиперзвукового оружия в рамках дорожной карты, разрабатываемой с целью дальнейшего финансирования проектов в этой области.
В апреле 2018 года заместитель министра обороны сообщил, что ему приказано выполнить «80% плана», а это проведение оценочных испытаний до 2023 года, целью которых является достижение гиперзвуковых возможностей в течение следующего десятилетия. Одной из приоритетных задач Пентагона также является достижение синергии в гиперзвуковых проектах, поскольку очень часто в разных программах разрабатываются близкие по функциональности компоненты. «Хотя процессы запуска ракеты с морской, воздушной или наземной платформы существенно отличаются. необходимо стремиться к максимальной унифицированности ее компонентов».
Момент отделения носителя и планирующего блока HSSW. В апреле 2018 года ВВС США выдали контракт компании Lockheed Martin стоимостью 928 миллионов долларов на разработку и демонстрацию гиперзвуковой системы вооружения для нанесения неядерных ударов
Российские успехи
Российская программа разработки гиперзвуковой ракеты амбициозна, чему в немалой степени способствует всемерная поддержка государства. Это подтверждает ежегодное послание Президента Федеральному Собранию, с которым он выступил 1 марта 2018 года. В ходе послания Президент Путин представил несколько новых систем вооружения, включая перспективный ракетный комплекс стратегического назначения Авангард.
Путин представил эти системы вооружения, включая Авангард, в качестве ответной меры на развертывание глобальной американской системы противоракетной обороны. Он заявил, что «Соединенные Штаты, несмотря на глубокую озабоченность Российской Федерации, продолжают планомерную реализацию своих планов по системе ПРО», и что ответ России заключается в повышении ударных возможностей своих стратегических сил по поражению оборонительных систем потенциальных противников (хотя нынешняя американская система ПРО едва ли сможет перехватить даже часть имеющихся у России 1550 ядерных боеголовок).
Авангард, по всей видимости, является дальнейшим развитием проекта 4202, который был преобразован в проект Ю-71 разработки гиперзвукового управляемого боевого блока. По словам Путина, он может сохранять скорость 20 чисел Маха на маршевом участке или планирующем участке своей траектории и «при движении к цели осуществлять глубокое маневрирование, как боковое (причем на несколько тысяч километров). Все это делает его абсолютно неуязвимым для любых средств противовоздушной и противоракетной обороны».
Полет Авангарда происходит практически в условиях плазмообразования, то есть он движется к цели подобно метеориту или огненному шару (плазма - ионизированный газ, образующийся вследствие нагрева частиц воздуха, определяемого высокой скоростью блока). Температура на поверхности блока может достигать «2000 градусов по Цельсию».
В послании Путина на видео была показана концепция Авангарда в виде упрощенной гиперзвуковой ракеты, способной маневрировать и преодолевать системы ПВО и ПРО. Президент заявил, что крылатый блок, показанный на видео, не является «реальной» презентацией окончательной системы. Впрочем, по мнению экспертов, крылатый блок на видео вполне может представлять собой вполне реализуемый проект системы с тактико-техническими характеристиками Авангарда. К тому же, учитывая известную историю испытаний проекта Ю-71, можно сказать, что Россия уверенно движется в направлении создания серийного производства гиперзвуковых планирующих крылатых блоков.
Скорее всего, конструктивно конфигурация аппарата, показанного на видео, представляет собой корпус клинообразной формы типа крыло-фюзеляж, получивший общее определение «волноплан». Было показано его отделение от ракеты-носителя и последующее маневрирование до цели. На видео были заметны четыре рулевых поверхности, две наверху фюзеляжа и два фюзеляжных щитка торможения, все в задней части аппарата.
Вероятно, что Авангард предназначен для запуска с новой тяжелой многоступенчатой межконтинентальной баллистической ракетой «Сармат». Впрочем, в своем обращении Путин заявил, что «он совместим с существующими системам», что указывает на то, что в ближайшем будущем носителем крылатого блока Авангард скорее всего будет модернизированный комплекс УР-100Н УТТХ. Оценочная дальность действия Сармат 11000 км в комбинации с дальностью 9900 км управляемого боевого блока Ю-71 позволяет получить максимальную дальность поражения свыше 20000 км.
Современные разработки России в области гиперзвуковых систем начались в 2001 году, когда прошли испытания МБР УР-100Н (по классификации НАТО SS-19 Stiletto) с планирующим блоком. Первый пуск ракеты Проекта 4202 с боевым блоком Ю-71 был проведен 28 сентября 2011 года. Базируясь на проекте Ю-71/4202, российские инженеры разработали еще один гиперзвуковой аппарат, включая второй опытный образец Ю-74, который впервые в 2016 году был запущен с полигона в Оренбургской области, поразив цель на полигоне Кура на Камчатке. 26 декабря 2018 года осуществлен последний (по срокам) удачный пуск комплекса Авангард, развивший скорость около 27 Махов.
Китайский проект DF-ZF
Согласно довольно скудной информации из открытых источников, Китай ведет разработку гиперзвукового аппарата DF-ZF. Программа DF-ZF оставалась сверхсекретной до начала испытаний в январе 2014 года. Американские источники отследили факт испытаний и назвали аппарат Wu-14, поскольку испытания проводились на полигоне Wuzhai в провинции Шаньси. Хотя Пекин не раскрывает детали этого проекта, военные США и России предполагают, что на сегодняшний день было проведено семь успешных испытаний. По данным американских источников, до июня 2015 года проект испытывал определенные трудности. Лишь начиная с пятой серии испытательных пусков можно говорить об успешном выполнении поставленных задач.
По данным китайской прессы, с целью увеличения дальности в аппарате DF-ZF сочетаются возможности небаллистических ракет и планирующих блоков. Типичный гиперзвуковой беспилотник DF-ZF, двигаясь после запуска по баллистической траектории, разгоняется до суборбитальной скорости 5 Махов, а затем, войдя в верхние слои атмосферы летит почти параллельно поверхности Земли. Это делает общий путь до цели короче, чем у обычной баллистической ракеты. В результате, несмотря на снижение скорости из-за сопротивления воздуха, гиперзвуковой аппарат может долететь до цели быстрее, чем обычная боеголовка МБР.
После седьмого контрольного испытания в апреле 2016 года во время следующих испытаний в ноябре 2017 года аппарат с ядерной ракетой DF-17 на борту достиг скорости 11265 км/ч.
Из сообщений местной прессы понятно, что китайский гиперзвуковой аппарат DF-ZF испытывался с носителем - баллистической ракетой средней дальности DF-17. Эта ракета в скором времени будет заменена ракетой DF-31 с целью увеличения дальности до 2000 км. В этом случае боевая часть может быть снаряжена ядерным зарядом. Российские источники предполагают, что аппарат DF-ZF может войти в этап производства и быть принят на вооружение китайской армии в 2020 году. Впрочем, судя по развитию событий, Китай пока находятся примерно в 10 годах от принятия на вооружение своих гиперзвуковых систем.
По данным американской разведки, Китай может использовать гиперзвуковые ракетные комплексы для стратегического вооружения. Китай может также разрабатывать технологии гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя для получения возможности нанесения быстрого удара. Ракета с таким двигателем, запущенная из акватории Южно-Китайского моря, может пролететь в ближнем космосе 2000 км на гиперзвуковых скоростях, что позволит Китаю доминировать в регионе и получить возможность прорывать даже самые продвинутые системы ПРО.
Модель перспективной гиперзвуковой ракеты BrahMos II
Индийское развитие
Индийская Организация оборонных исследований и разработок (DRDO) работает над гиперзвуковыми системами наземного запуска уже боле 10 лет. Успешнее всего продвигается проект ракеты Shourya (или Shaurya). Две других программы, BrahMos II (К) и Hypersonic Technology Demonstrating Vehicle (HSTDV), испытывают определенные трудности.
Разработка тактической ракеты класса «поверхность-поверхность» началась в 90-е годы. По сообщениям, типичный радиус действия ракеты составляет 700 км (хотя может быть увеличен) при круговом вероятном отклонении 20-30 метров. Ракета Shourya может запускаться из пускового контейнера, который устанавливается на мобильную пусковую установку 4x4, или со стационарной платформы с земли или из пусковой шахты.
В варианте пускового контейнера двухступенчатая ракета запускается с помощью газового генератора, который за счет высокой скорости сгорания метательного вещества создает высокое давление, достаточное для вылета ракеты из контейнера на высокой скорости. Первая ступень поддерживает полет в течение 60-90 секунд до начала работы второй ступени, после чего отстреливается небольшим пиротехническим устройством, которое работает также в качестве двигателя тангажа и рысканья.
Газогенератор и двигатели, разработанные Лабораторией высокоэнергетических материалов и Лабораторией продвинутых систем, разгоняют ракету до скорости 7 чисел Маха. Во всех двигателях и ступенях используется специально разработанное твердое топливо, позволяющее аппарату достигать гиперзвуковых скоростей. Ракета массой 6,5 тонн может нести обычную фугасную боевую часть массой почти тонну или ядерную боеголовку эквивалентной 17 килотоннам.
Первые наземные испытания ракеты Shourya на полигоне в Чандипуре были проведены в 2004 году, а следующий испытательный запуск в ноябре 2008 года. На этих испытаниях была достигнута скорость 5 Махов и дальность 300 км.
Испытания из пусковой шахты ракеты Shourya в окончательной конфигурации были проведены в сентябре 2011 года. По сообщениям, прототип имел улучшенную систему навигации и наведения, в состав которой вошли кольцевой лазерный гироскоп и акселерометр разработки DRDO. Ракета полагалась в основном на гироскоп, созданный специально для повышения маневренности и точности. Ракета достигла скорости 7,5 Махов, пролетев 700 км на малой высоте; при этом температура поверхности корпуса достигала 700°С.
Министерство обороны провело последний испытательный запуск в августе 2016 года с полигона в Чандипуре. Ракета, достигнув высоты 40 км, пролетела 700 км и снова на скорости 7.5 Махов. Под действием вышибного заряда ракета пролетела по баллистической траектории 50 метров, а затем перешла на маршевый полет на гиперзвуке, совершив финальный маневр перед встречей с целью.
На выставке DefExpo 2018 было сообщено, что следующая модель ракеты Shourya пройдет некоторую доработку с целью увеличения дальности полета. Ожидается, что серийным производством займется компания Bharat Dynamics Limited (BDL). Впрочем, представитель BDL сообщил, что они не получали никаких указаний от DRDO на производство, намекнув, что ракета до сих пор дорабатывается; информация же по этим доработкам засекречена Организацией DRDO.
Отделение боевого блока Falcon в полете
Индия и Россия совместно разрабатывают гиперзвуковую крылатую ракету BrahMos II (К) в рамках совместного предприятия BrahMos Aerospace Private Limited. DRDO разрабатывает гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель, наземные испытания которого прошли успешно.
Индия с помощью России создает специальное реактивное топливо, которое позволяет ракете достичь гиперзвуковых скоростей. Никакой более подробной информации о проекте недоступно, но представители компании сообщили, что они пока находятся на этапе предварительного проектирования, поэтому пройдет не менее десяти лет, прежде чем BrahMos II станет работоспособной системой.
Хотя традиционная сверхзвуковая ракета BrahMos успешно себя зарекомендовала, в рамках проекта BrahMos II большой объем исследования в области материаловедения проводят Индийский технологический институт, Индийский научный институт и сама компания BrahMos Aerospace, поскольку материалы должны выдерживать высокое давление и высокие аэродинамические и тепловые нагрузки, связанные с гиперзвуковыми скоростями.
Исполнительный директор компании BrahMos Aerospace Судхир Мишра сообщил, что российская ракета Циркон и BrahMos II имеют общие двигатель и пропульсивные технологии, тогда как система наведения и навигации, программное обеспечение, корпус и системы управления разрабатываются Индией.
Планируется, что радиус действия и скорость ракеты составят 450 км и 7 Махов соответственно. Дальность ракеты первоначально была определена в 290 км, поскольку Россия подписала документ «Режим контроля за ракетными технологиями», но в настоящее время Индия, также подписавшая этот документ, пытается увеличить дальность полета своей ракеты. Как ожидается, ракета сможет запускаться с воздушной, наземной, надводной или подводной платформы. Организация DRDO планирует инвестировать 250 миллионов долларов в испытания ракеты, способной развить гиперзвуковую скорость 5,56 Махов над уровнем моря.
Между тем, индийский проект HSTDV, в котором прямоточный двигатель используется для демонстрации самостоятельного длительного полета, сталкивается с конструктивными трудностями. Тем не менее, Лаборатория оборонных исследований и разработок продолжает работать над усовершенствованием технологии прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Судя по заявленным характеристикам, при помощи стартового твердотопливного ракетного двигателя аппарат HSTDV на высоте 30 км сможет развить скорость 6 Махов в течение 20 секунд. Базовая конструкция с корпусом и креплением двигателя была спроектирована в 2005 году. Большая часть аэродинамических испытаний была проведена Национальной авиакосмической лабораторией NAL.
Видео гиперзвукового планирующего крылатого блока Авангард демонстрирует его полет в облаке плазмы и маневрирование с целью избежания систем противоракетной обороны
Уменьшенная модель HSTDV была испытана в NAL на предмет забора воздуха и истечения отработанных газов. С целью получения гиперзвуковой модели поведения аппарата в аэродинамической трубе также было проведено несколько тестов на более высоких сверхзвуковых скоростях (за счет комбинации волн сжатия и разрежения).
В Лаборатории оборонных исследований и разработок были проведены работы, связанные с исследованием материалов, интеграцией электрических и механических компонентов и прямоточным двигателем. Первая базовая модель была представлена публике в 2010 году на специализированной конференции, а в 2011 году на выставке Aerolndia. Согласно графику, изготовление полноценного прототипа было намечено на 2016 год. Однако в связи с отсутствием необходимых технологий, недостаточным финансированием в сфере гиперзвуковых исследований и неготовностью производственной площадки проект сильно отстал от графика.
Тем не менее, аэродинамические качества, движительная установка и характеристики прямоточного двигателя были тщательно проанализированы и обсчитаны, в связи чем ожидается, что полноразмерный воздушно-реактивный двигатель сможет создать тягу 6 кН, которая позволит запускать спутники ядерные боеголовки и другие баллистические/небаллистические ракеты на большие дальности. Восьмиугольный корпус массой одна тонна оснащен стабилизаторами маршевого полета и задними управляющими рулями.
Важнейшие технологии, например, камера сгорания двигателя, испытываются в еще одной Лаборатории терминальной баллистики, также входящей в состав DRDO. В Организации DRDO надеются построить гиперзвуковые аэродинамические трубы для испытаний системы HSTDV, но все упирается в недостаток средств.
В связи с появлением современных интегрированных систем ПВО вооруженные силы мощных в военном отношении стран рассчитывают на гиперзвуковое оружие с целью противодействия стратегии запрета доступа/блокирование зоны и нанесения региональных или глобальных ударов. В конце 2000-х в оборонных программах особое внимание стало уделяться гиперзвуковому оружию как оптимальному средству нанесения глобального удара. В связи с этим, а также с тем, что геополитическое соперничество с каждым годом становится все более жестким, военные стремятся максимально увеличить объем средств и ресурсов, выделяемых на эти технологии.
В случае гиперзвукового вооружения наземного запуска, в частности систем, применяемых вне зоны действия активных средств ПВО противника, оптимальными и малорискованными вариантами запуска являются стандартные стартовые комплексы и мобильные пусковые установки для вооружения классов «земля-земля» и «земля-воздух», и подземные шахты для нанесения ударов на средних или межконтинентальных дальностях.
