Заложете на хиперзвук - Енциклопедия на безопасността
Напредъкът в областта на създаването на хиперзвукови превозни средства и оръжия през последните десетилетия показа толкова скромни темпове, че превърна дори пламенните оптимисти в мрачни скептици. Независимо от това, последният план за научноизследователска и развойна дейност на ВВС на САЩ уверено твърди, че оперативните хиперзвукови оръжия ще бъдат достъпни за САЩ още през 2020 г.
Вече мина половин век, откакто СССР и САЩ осъзнаха потенциала на хиперзвуковите оръжия и започнаха търсения в тази посока. Изминаха повече от 30 години от екзотичния проект за стратегическа ракета ASALM от края на 70-те години на миналия век до последните полети на демонстрационния дрон Boeing X-51A и все още не беше възможно да се постигне стабилна работа на прямоточен двигател при хиперзвукови скорости. Тази област на изследване показва обезкуражаващо бавен напредък. Въпреки това американските военновъздушни сили пуснаха нов стратегически план за научноизследователска и развойна дейност и той ясно показва, че скоростта остава един от най-важните приоритети на американската армия.
Този път планът се измерва не в години, а в десетилетия. Въпреки това, проектните цели и срокове са очертани с най-голяма точност, а финансовата част на стратегията предполага необходимите инвестиции, въпреки трудни времена. Настоящата стратегия предвижда два основни времеви хоризонта. До 2020 г. се планира да се разработи хиперзвуково ударно оръжие, тоест крилата ракета с хиперзвуков прямоточен двигател (scramjet).
До 2030 г. трябва да се роди разузнавателен самолет, вероятно пилотиран. „Смятаме, че този график е разумна инвестиция“, казва Кристофър Клей, специалист по научноизследователска и развойна дейност на ВВС, „но в случай на спешна нуждаможем да ускорим."
Основните действащи лица, разбира се, ще бъдат Изследователската лаборатория на военновъздушните сили (AFRL) и Агенцията за напреднали проекти в областта на отбраната DARPA. Към тях ще се присъединят и редица чуждестранни разработчици. Предвижда се да се използват постиженията на всички проекти, които някога са били реализирани, но са били закрити, анулирани или спрени поради липса на средства.
Те включват X-51A, който досега е измерен за последния си тестов полет, и финансово затворения проект Blackswift, уникален самолет с хибридна силова установка, която комбинира турбореактивен двигател и scramjet в едно устройство.
„В AFRL са стартирани много проекти, но нито един от тях не е достигнал критична маса. Затова решихме да изберем само две и да се съсредоточим изцяло върху тях“, обяснява Клей. Още повече, че първият се развива с добри темпове и преди, но вторият бележи времето на едно място от много години.
Първият относително успешен проект е Boeing X-51A. Въпреки само един полууспешен и два неуспешни полета на демонстратора на scramjet, все още се планира изграждането на четвърти и последен прототип до средата на 2013 г. „Ръководството на военновъздушните сили продължава да зависи от изследванията на scramjet“, казва Чарли Бринк, програмен мениджър на X-51A. „Имиджът на кораб, способен да прелети 600 морски мили за десет минути, придобива все по-голяма тежест в очите на военните.“
„Фактът, че беше намерено финансиране за X-51A в условията на криза, подчертава нивото на интерес към хиперзвука“, казва Бринк. Именно той ще ръководи разработката на корпуса и двигателя в проекта за високоскоростно ударно оръжие HSSW.
Прототипите ще трябва да демонстрират не само точен удар,но и съвместимост със съществуващите авиационни системи. Устройството ще бъде поставено както в бомбардировъчното отделение, така и под крилото на изтребителя. Ще бъдат разработени усъвършенствани системи за насочване, бойни глави с различни видове унищожаване, както и ефективни еднократни системи за задвижване на ускорителните степени.
За първи път планът за разработване на високоскоростни оръжия включва известна мярка за международно сътрудничество. Разработката на компактни ускорители, една от ключовите технологии на плана за прецизни оръжия, може да стане поле за съвместна работа. Други области на възможно сътрудничество са системи за насочване, работещи в широк диапазон от скорости, високоскоростни навигационни системи при липса на GPS и сателитни комуникации, аеродинамични конфигурации, композитни материали и системи за термична защита.
Повечето от техническите изисквания към проекта са формулирани на базата на подробен анализ на вероятните бойни задачи. Основните обаче са много прости и очевидни - това е леко тегло и умерена цена. Цената на новите оръжия не трябва да надвишава цената на конвенционалните дозвукови оръжия повече от два пъти. В същото време трябва да порази отдалечени цели за броени минути. Прототипът на HSSW ще бъде базиран във военновъздушната база Еглин във Флорида.
За втория проект - хиперзвуков разузнавателно-ударен самолет - ВВС очертаха изискванията не по-малко ясно. Той трябва да бъде напълно самодостатъчен в условията на недостъпност на навигационни и комуникационни спътници, да ускорява до скорости над 5 Маха и в същото време да излита самостоятелно от конвенционална писта.
От 2010 г. стратезите на военновъздушните сили на САЩ се прицелват в Мах 4. Въпреки това, повторен анализ на възможни бойни мисии с използване на хиперзвуков самолет доведе до ясно увеличение на желаната скорост катодо поне 5 M. Трябваше да започна да търся технологии, които биха постигнали тази цел. Проектът за пилотиран самолет е много по-скъп и рискован от HSSW. Това изисква разработването на двигател, който може да работи при дозвукови, свръхзвукови и хиперзвукови скорости.
При излитане той ще работи като турбореактивен двигател, след това ще премине в режим на прямоточен реактивен двигател, а когато премине към хиперзвуков, ще се превърне в бърз реактивен двигател. Опитвайки се да вдъхнат живот на такъв двигател, създателите на проекта Blackswift по едно време се сблъскаха с основния проблем: турбината на дозвуков двигател не може да издържи на температурите, свързани с хиперзвуковото движение.
Разбира се, хиперзвуковият поток не преминава директно през турбината, но дори близостта до scramjet има пагубен ефект върху деликатния монтаж. Ето защо основният акцент в изследванията ще бъде върху топлоустойчивите материали, включително композити с керамична матрица и системи за разпределение и разсейване на топлинна енергия.
Работният двигател трябва да бъде разработен до 2020 г. Въпреки отрицателните резултати от минали тестове, техният анализ показва, че програмата е напълно осъществима. Летателните тестове ще се провеждат с пълноценен двигател, монтиран в умален фюзелаж. Устройството ще се превърне в тестова платформа за много други системи: механизми за управление, навигация и насочване, нови материали, сензори.
„Най-трудното технологично предизвикателство е преходът към хиперзвук. Трябва да проучим възможността за усъвършенстване на стандартните предлагани в търговската мрежа турбодвигатели, за да разширим скоростния им диапазон. Необходимо е да се работи върху scramjet, за да се намали, напротив, минималната му скорост.
Докато успеем да форсираме скоростните диапазони на турбината иScramjet поне малко кръст, - казва Кристофър Клей. „Но ние трябва да проектираме и тестваме много по-големи двигатели с ръчно реактивни двигатели, 8 и дори 16 пъти по-мощни от X-51A.“
Опитът с X-51A показа, че е възможно да се опознае добре технологията само по време на реални полети. Хиляди талантливи инженери-теоретици няма да заменят тестовото пускане на прототип. Планът на ВВС на САЩ, включително финансовият, отчита това обстоятелство. Така че през следващото десетилетие ще видим много интересни полети.
Разработването на пилотиран хиперзвуков самолет ще изисква създаването на високо усъвършенстван двигател, който съчетава турбореактивен двигател за дозвукови и свръхзвукови скорости, както и двигател за свръхзвукова скорост. Работата по този мотор ще изисква разработването на поне четири ключови технологии.
