Стимулом для разработки авиационных и ракетных силовых установок всегда являлось стремление к большей скорости. Растущая потребность в скоростях в атмосфере не менее 5 Махов привела к появлению новых и новаторских решений для так называемого гиперзвукового полета.
Ранние попытки достичь 5 Махов
Западные специалисты в области гиперзвука, прежде всего, приводят пример североамериканского исследовательского самолета НАСА X-15, который оснащался ракетным двигателем и регулярно достигал гиперзвуковой скорости еще в 1960-х годах. Но именно в силу своего прикладного характера он не представлял собой жизнеспособного долгосрочного решения для гиперзвукового полета. Утверждается, что на сегодняшний день ни один военный самолет или беспилотный летательный аппарат (БПЛА) не совершал гиперзвуковых полетов.
Исследовательский самолет НАСА X-15 под крылом бомбардировщика В-52
Соединенные Штаты в 1986 году приступили к реализации амбициозной программы по разработке национального аэрокосмического самолета (National AeroSpace Plane, NASP), одноступенчатого космического корабля, способного выходить на околоземную орбиту (SSTO). Планировалось, что задуманный как демонстрационный проект передовых технологий Rockwell X-30 будет приводиться в действие встроенным гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД), сжигающим жидкий водород.
Ответом тогдашнего Советского Союза стал Туполев Ту-2000. Его предлагалось оснащать менее сложной силовой установкой, сочетавшей четыре турбореактивных двигателя, прямоточный реактивный двигатель и два жидкостных ракетных двигателя. Ни одна из этих программ не привела к созданию прототипа самолета. Как NASP, так и Tу-2000 были прекращены в 1993 году.
На этой схеме исследовательской лаборатории ВВС США показана компоновка типичного ГПВРД и сложность поддержания горения в сверхзвуковом воздушном потоке
Гиперзвуковой полет ракет
Таким образом, на данный момент гиперзвуковой полет выполняют только ракеты. Этот уровень производительности не является чем-то новым – скорости, приближающиеся к 5 Махам, достигла еще баллистическая ракета A-4 (V-2, она же «Фау-2»), построенная около 80 лет назад в гитлеровской Германии. Обращаясь к заявлениям России об атаках нескольких целей на Украине с помощью гиперзвукового оружия в марте, апреле и мае 2022 года, западные источники отмечают, что «использовалась баллистическая ракета малой дальности воздушного базирования Х-47M2 «Кинжал» (она же версия наземной ракеты 9K720 «Искандер», или SS-26 STONE по классификации НАТО). По их утверждению, «Кинжал» имеет ту же двигательную установку и полезную нагрузку, что и оружие наземного базирования.
Большинство баллистических ракет развивают гиперзвуковую скорость, но следуют предсказуемой траектории. Новое поколение гиперзвукового оружия сочетает в себе высокую скорость с возможностью маневрирования на средней или поздней стадии полета. Это позволяет им лететь достаточно низко, не следовать предсказуемой траектории и развивать высокую скорость, чтобы избежать поражения средствами ПРО.
Гиперзвуковые планирующие аппараты
Существует две основные формы гиперзвуковой ракеты. Более простой метод включает установку одного или нескольких неуправляемых гиперзвуковых планирующих аппаратов (Hypersonic Glide Vehicles,HGV) на одноступенчатый или многоступенчатый ракетный ускоритель. Второй и более сложный класс оружия – это гиперзвуковые крылатые ракеты (Hypersonic Cruise Missile, HCM) с воздушно-реактивной двигательной установкой.
Как следует из названия, HGV получает всю свою энергию от переданного ракетным двигателем начального импульса. Как только он будет завершен, HGV начнет свою фазу глиссады (планирования). Обычно сброс такого аппарата с носителя производятся на высотах от примерно 50 км до более, чем 100 км. Точная высота, скорость и угол траектории полета определяются так, чтобы HGV скользил в верхних слоях атмосферы, пока не достигнет своей цели.
Аэродинамическая конфигурация HGV призвана создавать в разреженной атмосфере подъемную силу, равную или немного превышающую его вес, если аппарат маневрирует. Поскольку он столкнется с лобовым сопротивлением – энергия начнет рассеиваться, что приведет к постепенной потере скорости и полету на медленно снижающейся высоте, чтобы увеличенная плотность воздуха могла поддерживать требуемую подъемную силу.
В случае необходимости экстремальной дальности полета, на HGV может устанавливаться небольшой ракетный двигатель или иная силовая установка. Они позволят минимизировать потерю скорости из-за лобового сопротивления и обеспечат большую степень ориентации или контроля направления. Неизбежно возникнет компромисс между этими дополнительными возможностями, возросшей массой и конструкцией аппарата.
Согласно западным источникам, «российский планирующий блок «Авангард» иллюстрирует простейший метод выхода таких систем на гиперзвуковой полет» – установка одного или нескольких блоков в качестве полезной нагрузки в существующие баллистические ракеты. Сообщается, что «Авангард», первоначально получивший обозначение Ю-71 и Ю-74, начал летные испытания в 2015 или 2016 году. Для этих ранних испытаний блок устанавливался на МБР УР-100УТТХ (SS-19 Mod 3 STILETTO), а запуск выполнялся с базы в Оренбургской области. С той же площадки в октябре 2016 года стартовала тяжелая МБР Р-36M2 (SS-18 Mod 5 SATAN) – это, по утверждениям источников, был первый полностью успешный тест.
Ракетный комплекс «Сармат» с планирующим блоком «Авангард»
«Авангард» имеет длину 5,4 м, массу около 2000 кг и может нести ядерную или обычную боевую часть. Он используется в качестве полезной нагрузки MIRV в МБР типов УР-100УТТХ, Р-36M2 и новой РС-28 «Сармат». По предположениям западных специалистов, хотя «Авангард» не имеет какой-либо независимой двигательной установки, он способен совершать внезапные горизонтальные и вертикальные маневры уклонения. Блок приближается к цели со скоростью около 20-27 Махов.
Для своей ракеты «Дунфэн-17» (DF-17, «Восточный ветер-17») Китай адаптировал существующую МБР DF-16 (CSS-11). Это одноступенчатая твердотопливная ракета с максимальной дальностью 800-1000 км. Вместо 1000-1500 кг боевой части DF-16 модель DF-17 несет гиперзвуковой планирующий аппарат DF-ZF.
БР DF-17 с гиперзвуковым планирующим блоком DF-ZF
Использование существующей баллистической ракеты в качестве ускорителя для полезной нагрузки HGV, вероятно, является самым простым инженерным решением, который позволяет, при необходимости, модифицировать ракету для ее новой роли. Северная Корея в сентябре 2021 года провела летные испытания гиперзвуковой полезной нагрузки, аналогичной по конфигурации китайской DF-17. Предполагается, что её запустили с использованием укороченной версии корейской баллистической ракеты средней дальности HWASONG-12.
Продолжение следует…
По материалам ресурса euro-sd.com