Одним махом: россия разрабатывает оружие против гиперзвуковых ракет

Гиперзвуковые БПЛА

Главная задача создания беспилотного ГЛА состоит в отработке возможности проектирования одно- и двухступенчатых транспортных многоразовых АКС следующих поколений. В Германии, Австралии, России и США существовали доведенные практически до последней степени реализации беспилотные ГЛА. Также раньше существовали, как и сейчас присутствуют, проекты боевых и экспериментальных крылатых ракет, способных достигать гиперзвуковые скорости: «Боинг Х-43» и «Х-51», гиперзвуковые летающие лаборатории «Игла» и «Холод», Falcon HTV-2, SHEFEX, Skylon.

Гиперзвуковые боевые блоки:

1. Министерство обороны США в ноябре 2011 года провело испытание нового гиперзвукового боевого планирующего блока AHW.
2. КНР в январе 2014 объявила о ранее проведенных испытаниях боевого гиперзвукового блока, сумевшего развить скорость до 10 Маха.
3. Россия в июне 2015 года объявила о намерении разработать и испытать ГПЛА «Ю-71».

Технологии и применение

ГЛА могут иметь разные силовые установки, вплоть до их полного отсутствия. Среди чаще применяемых двигателей эксплуатируются жидкостные реактивные (ЖРД), гиперзвуковые воздушно-реактивные прямоточные (ГПВРД), твердотопливные ракетные (РДТТ) и теоретически ядерные ракетные двигатели (ЯРД). Поскольку такая технология потенциальна, ее разработки ведутся во многих точках мира. Естественным остается тот факт, что первые испытания и полное финансирование будут применяться в военных целях.

Космические гиперзвуковые системы могут обладать или, наоборот, не иметь преимуществ перед эксплуатацией ступеней с ГПВРД. Эффективность ГПВРД или удельный импульс теоретически составляет от 1 тыс. до 4 тыс. с, в то время как ракета обладает величинами (по данным на 2009 год), не превышающими 470 с. Но данный показатель будет стремительно уменьшаться в соответствии с набором скорости, дополнительно будет происходить понижение аэродинамического качества.

Воздушный авиалайнер с ГПВРД значительно сократит потраченное время на путешествие с пункта А в пункт Б, что также потенциально делает доступной в течение 90 минут любую точку земного шара. Но есть в таких проектах и прорехи. Во-первых, до сих пор не понятно, каким образом подобный аппарат будет вмещать в себя столько топлива для преодоления огромных расстояний и смогут ли такие ЛА набирать достаточную высоту, на которой звуковые эффекты сводятся к нулю. Помимо этого, присутствует самый главный вопрос – сколько подобный проект будет стоить.

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 тепловой защиты 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.

Гиперзвуковые самолеты

В 60-х годах в США передовые конструкторы начали осуществлять программу по разработке и полетам экспериментального ракетоплана North American X-15, ставшего в истории единственным ГЛА-самолетом на последующие 40 лет. Именно он совершал первые пилотируемые суборбитальные космические полеты.

Подобные программы разрабатывались и в других странах. Самыми близкими из них были Спираль, Зильберфогель, X-20 Dyna Soar, North American X-15. В 21 веке довольно популярным среди богачей стал космический туризм. По этому поводу начали возникать частные проекты суборбитальных космических пилотируемых кораблей. В 2004 году в космос поднялись первые аппараты подобного типа – Space Ship One. В качестве развития программы применили следующую ступень – Space Ship Two. В будущем компания Virgin Galactic не планирует останавливаться на достигнутом и на данный момент ведет разработки новых типов кораблей. Помимо этого, существуют пассажирские суборбитальные гиперзвуковые авиалайнеры (ZEHST, SpaceLiner и другие).

Гиперзвуковые ступени МТКК и АКС – космолеты и космопланы

Вторая или единственная выходящая на орбиту ступень у всех крылатых АКС и МТКК совершает гиперзвуковой полет согласно траектории спуска, а у некоторых и при подъеме.

В 60-х годах в СССР и США разрабатывались проекты орбитальных космопланов. Но они так и не были реализованы. В Советском Союзе – Лапоток, ЛКС, а в США – Х-20 Dyna Soar предусматривали вертикальный запуск на стандартных ракетах-носителях (РН), которые становились ГЗЛА сугубо при возвращении. В период с 80-х по 2000-е года в США отобрали обширную программу для ста полетов МТКК Спейс Шаттл с орбитальным космопланом. Похожий, но запускаемый на РН аппарат «Буран» (СССР) только раз взлетал на орбиту. Перед ним полет пытались совершить БОР-4 и БОР-5.

В США до сих пор продолжается разработка полетов на орбиту по проекту «Боинг Х-37». Такие же эксперименты проворачивают Великобритания, Индия, Китай и другие.

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.

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.

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

Преимущества и недостатки космических исследований

Существует несколько преимуществ отдельных типов разработок, но в основном из-за малой познаваемости этой отрасли в основном преобладают недостатки. Преимущество гиперзвукового аппарата наподобие самолета Х-30 состоит в уменьшении или исключении транспортируемого окислителя. Поскольку примерно 75% всей конструкции ЛА составляет окислитель. Исключение данной массы приведет к облегчению аппарата, а значит к увеличению полезной нагрузки. В свою очередь это уменьшит стоимость транспортировки разных грузов на орбиту.

ЖРД или жидкостный ракетный двигатель обладает существенными отличиями высоких показателей тяги по отношению к массе, что, в свою очередь, позволяет ракетам достигать огромных показателей для доставки грузов на орбиту. В условиях применения ГПВРД соотношение увеличивается, что приведет к повышению доли двигателя в массе аппарата.

Главный минус заключается в высокой стоимости не только разработок космических программ и исследований гиперзвуковых аппаратов, но и в дальнейшей эксплуатации. Пополнение топлива, замена запчастей и деталей – все это вместе сильно повышает цену подобных программ. 

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.