Настоящая статья завершает тему силовых установок для гиперзвукового полета. Первая публикация дала общие представления о гиперзвуке и определила два основных типа летательных средств, пригодных для его достижения: гиперзвуковой планирующий аппарат (Hypersonic Glide Vehicles,HGV) и гиперзвуковые крылатые ракеты (Hypersonic Cruise Missile, HCM). Во второй части установлено, что для их полета могут использоваться ракетные двигатели или гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД). Причем, для запуска ГПВРД требуется высокая начальная скорость, для достижения которой можно использовать в качестве первой ступени ракетный ускоритель.
Гиперзвуковые крылатые ракеты
Необходимое начальное ускорение не требует разгона летательного аппарата до запланированной крейсерской скорости, а только до минимальной скорости, достаточной для работы ГПВРД. После запуска ГПВРД может разогнать ракету до запланированной крейсерской скорости, а затем поддерживать эту скорость на всем маршруте к цели. Гиперзвуковые крылатые ракеты (ГКР), вероятно, будут летать на высотах от 20 до 30 км, которые, частично определяемы необходимостью поддержания соответствующего давления для сгорания топлива в силовой установке.
Когда НАСА в марте 2004 года установило новый рекорд скорости для летательного аппарата, работающего на воздухе, его беспилотный самолет X-43A летел со скоростью 7 Махов под действием водородного реактивного двигателя. Во втором полете, в ноябре того же года, другой X-43A, также работавший на водороде, достиг скорости 9,64 Маха (10 240 км/ч) на высоте примерно 33 528 м (110 000 футов).
Для разгона БПЛА X-43A с ГПВРД во время испытательного полета в марте 2004 года использовался твердотопливный ракетный ускоритель PEGASUS
При проектировании силовой установки ГКР более привлекательным вариантом, чем водород является углеводородное топливо. Оно не сложно в обращении, отличается низкой стоимостью и высокой объемной плотностью энергии. Однако разработчик двигателя сталкивается с проблемой, заключающейся в том, что, учитывая очень высокую скорость воздушного потока через ГПВРД, трудно уложиться во время, необходимое для испарения, смешивания и сжигания углеводородного топлива.
Разработанная Boeing ГКР X-51 Waverider была спроектирован для воздушного старта с борта B-52 на высоте около 15 240 м (50 000 фут). Твердотопливный ракетный двигатель аналогичный, используемому в армейской тактической ракетной системе Lockheed Martin MGM-140 (ATACMS), был использован для увеличения скорости ракеты до почти 4,5 Маха, что позволило запустить ГПВРД на углеводородном топливе Rocketdyne SJY61 от Pratt&Whitney. Первые три полета оказались неудачными, но 1 мая 2013 года последний экземпляр крылатой ракеты совершил полет на работающем ГПВРД в течение 210 секунд, достигнув скорости 5,1 Маха (5400 км/ч).
X-51 Waverider под крылом бомбардировщика В-52 «Стратофортрест»
Сообщается, что DARPA и ВВС США в сентябре 2021 года успешно провели летные испытания демонстратора технологии от Raytheon Technologies в рамках программы ГКР воздушного базирования HAWC (Hypersonic Air-Breathing Weapon Concept). После воздушного старта ракета использовала твердотопливный ускоритель, затем успешно запустила свой ГПВРД на углеводородном топливе и продемонстрировала полет со скоростью 5 Махов. Вторая конфигурация летательного аппарата, разработанная компанией Lockheed Martin, завершила успешные испытания в начале 2022 года. Он развивал скорость более 5 Махов на маршевом двигателе Aerojet Rocketdyne, достигнув высот более 19 812 м (65 000 фут) и пролетев более 500 км.
ВВС США в конце 2021 года опубликовали краткие сведения о запланированном проекте стоимостью 371 млн. долл. по разработке и демонстрации гиперзвуковой системы воздушного базирования. Известная как Mayhem, она предназначен для производства одноразовых испытательных стендов для новых концепций двигателей, таких как турбинные комбинированные силовые установки и двухрежимные реактивные двигатели, способные работать на скоростях в дозвуковом, сверхзвуковом и гиперзвуковом режимах.
Российские технологии гиперзвукового полета
По утверждению западных источников, российское изделие 3М22 «Циркон» (SS-N-33) представляет собой гиперзвуковую крылатую ракету с ГПВРД. Твердотопливный ускоритель разгоняет её до сверхзвуковых скоростей, после чего реактивный двигатель (как сообщается, работающий на углеводородном топливе) ускоряет ГКР до крейсерской скорости 9 Махов. Первоначальная версия предназначена для использования ВМФ России. Изделие прошло испытания на фрегате "Адмирал Горшков", атомной подводной лодке "Северодвинск" и наземной установке береговой обороны. «Циркон» предназначен для атаки морских или наземных целей на дальности до 1000 км.
Согласно открытым источникам, в 2022 году планировалось проведение первых летных испытаний российской ГКР воздушного базирования «Острота», предназначенной для оснащения бомбардировщиков Су-34 и Ту-22М3. Модель разработана ГосМКБ «Радуга» им. А.Я. Березняка. Она использует силовую установку нового типа «Изделие 7», спроектированную Тураевским машиностроительным КБ «Союз». За рубежом отмечают сообщения российских СМИ о некоторых деталях ракеты и ее силовой установке. Ожидается, что «Острота» будет иметь массу менее 1000 кг и дальность стрельбы в несколько сотен километров.
Гиперзвуковая ракета 3М22 «Циркон»
Упоминается также о гиперзвуковой управляемой ракете большой дальности воздушного базирования под обозначением «Гремлин». Создание для неё силовой установки поручено уже упомянутому Тураевскому машиностроительному КБ «Союз». Двигатель получил обозначение «Изделие 70».
В области гиперзвукового полета отмечено сотрудничество России и Франции. Концерн MBDA совместно с Французским центром аэрокосмических исследований (ONERA) работает над планируемым продолжением нынешней французской ядерной ракеты воздушного базирования ASMP. Считается, что перспективная разработка сможет принять форму оружия, способного двигаться с гиперзвуковой скоростью. В рамках проекта, получившего название LEA, разрабатывался экспериментальный гиперзвуковой демонстратор, летные испытания которого планировалось провести в 2014-15 годах с российской помощью. Демонстратор LEA намечалось запустить с борта бомбардировщика Tу-22M3, а затем разгонять до скорости, совместимой с ГПВРД, с помощью адаптированной жидкостной силовой установки от противокорабельной ракеты воздушного базирования Х-22 «Радуга» (AS-4 KITCHEN). Более поздний план предусматривал летные испытания LEA на восточном побережье США, но этого еще не произошло.
Индийские усилия
Для разгона своего демонстратора гиперзвуковых технологий (HSTDV) до скорости, обеспечивающей работу ГПВРД, Индийская лаборатория оборонных исследований и разработок использовала в качестве ускорителя ракетный двигатель баллистической ракеты средней дальности «Агни» (AGNI-I). Во время испытательного полета, проведенного 12 июня 2019 года, крылатая ракета с помощью ГПВРД совершила полет со скоростью 6 Махов. Запуск 7 сентября 2020 года привел к 20 секундам полета с использованием ГПВРД на скорости почти 2 км/сек.
На уровне моря скорость в 5 Махов соответствует примерно 5600-6000 км/ч, постепенно снижаясь примерно на 5-6 % на большой высоте. Традиционная дозвуковая крылатая ракета летит со скоростью около 0,6 – 0,7 Маха, поэтому общее время полета от старта до столкновения с целью на дальности около 1200 км составляет около часа. Гиперзвуковая КР, летящая со скоростью 5 Маха, может преодолеть это расстояние примерно за 10 минут. Но независимо от того, основана ли гиперзвуковая угроза на технологии HGV или HCM, сочетание высокой скорости, большой высоты, маневренности и минимального времени предупреждения окажет давление даже на лучшие современные средства противовоздушной обороны.
По материалам ресурса euro-sd.com
