Forțele aeriene americane au testat X-51A Waverider, care a reușit să câștige viteză de 5 ori viteza sunetului și a reușit să zboare mai mult de 3 minute, stabilind un record mondial deținut anterior de dezvoltatorii ruși. Testul a decurs bine, armele hipersonice sunt gata de cursă.
Pe 27 mai 2010, X-51A Waverider (tradus în mod vag ca un val de undă și „involuntar” ca surfer) a fost scăpat dintr-un bombardier B-52 peste Oceanul Pacific. Etapa de rapel X-51A, împrumutată de la binecunoscuta rachetă ATCAMS, a adus Waverider la o altitudine de 19,8 mii de metri, unde a fost pornit un motor ramerson hipersonic (GPRVD sau scrumjet). După aceea, racheta s-a ridicat la o înălțime de 21, 3 mii de metri și a luat o viteză de Mach 5 (5 M - cinci viteze de sunet). În total, motorul rachetei a funcționat aproximativ 200 de secunde, după care X-51A a trimis un semnal de autodistrugere în legătură cu izbucnirea întreruperilor de telemetrie. Conform planului, racheta trebuia să dezvolte o viteză de 6 M (conform proiectului, viteza X-51 era de 7 M, adică peste 8000 km / h), iar motorul trebuia să funcționeze pentru 300 de secunde.
Testele nu au fost perfecte, dar acest lucru nu le-a împiedicat să devină o realizare remarcabilă. Timpul de funcționare a motorului a depășit de trei ori recordul anterior (77 s), deținut de laboratorul de zbor sovietic (mai târziu rus) „Kholod”. Viteza de 5M a fost atinsă mai întâi cu combustibil convențional cu hidrocarburi și nu cu unele „exclusive”, cum ar fi hidrogenul. Waverider a folosit JP-7, un kerosen cu vapori reduși folosit pe faimosul avion de recunoaștere ultra-mare SR-71.
Ce este un Scrumjet și care este esența realizărilor actuale? În principiu, motoarele ramjet (motoarele ramjet) sunt mult mai simple decât motoarele turbojet (motoare turbojet) care sunt familiare tuturor. Un motor ramjet este pur și simplu o admisie de aer (singura parte în mișcare), o cameră de ardere și o duză. În acest caz, se compară favorabil cu turbinele cu jet, unde un ventilator, un compresor și turbina în sine sunt adăugate la această schemă elementară, inventată în 1913, prin eforturi combinate de a conduce aerul în camera de combustie. La motoarele ramjet, această funcție este îndeplinită chiar de fluxul de aer care se apropie, ceea ce elimină imediat necesitatea unor modele sofisticate care să funcționeze într-un flux de gaze fierbinți și alte bucurii scumpe ale unei vieți a turboreactorului. Drept urmare, motoarele ramjet sunt mai ușoare, mai ieftine și mai puțin sensibile la temperaturi ridicate.
Cu toate acestea, simplitatea are un preț. Motoarele cu flux direct sunt ineficiente la viteze subsonice (până la 500-600 km / h nu funcționează deloc) - pur și simplu nu au suficient oxigen și, prin urmare, au nevoie de motoare suplimentare care să accelereze aparatul la viteze efective. Datorită faptului că volumul și presiunea aerului care intră în motor sunt limitate doar de diametrul admisiei de aer, este extrem de dificil să se controleze eficient împingerea motorului. Motoarele Ramjet sunt de obicei „ascuțite” pentru o gamă restrânsă de viteze de funcționare, iar în afara ei încep să se comporte inadecvat. Datorită acestor deficiențe inerente la viteze subsonice și supersonice moderate, motoarele cu turbojet își depășesc radical concurenții cu flux direct.
Situația se schimbă atunci când agilitatea aeronavei scade de la scară pentru 3 leagăne. La viteze mari de zbor, aerul este atât de comprimat în orificiul de admisie al motorului, încât dispare necesitatea unui compresor și a altor echipamente - mai exact, acestea devin o piedică. Dar la aceste viteze motoarele ramjet supersonice SPRVD („ramjet”) se simt grozav. Cu toate acestea, pe măsură ce viteza crește, beneficiile „compresorului” gratuit (fluxul de aer supersonic) se transformă într-un coșmar pentru proiectanții de motoare.
La turboreactoare și SPVRD, arderea kerosenului la un debit relativ scăzut - 0,2 M. Acest lucru vă permite să obțineți o bună amestecare a aerului și kerosenului injectat și, în consecință, o eficiență ridicată. Dar cu cât viteza fluxului de intrare este mai mare, cu atât este mai dificilă frânarea acestuia și cu atât sunt mai mari pierderile asociate acestui exercițiu. Începând de la 6 M, debitul trebuie încetinit de 25-30 de ori. Rămâne doar să arzi combustibil într-un flux supersonic. De aici încep adevăratele dificultăți. Când aerul intră în camera de ardere cu o viteză de 2,5-3 mii km / h, procesul de menținere a arderii devine similar, în cuvintele unuia dintre dezvoltatori, cu „încercarea de a menține un chibrit aprins în mijlocul unui taifun. Nu cu mult timp în urmă se credea că în cazul kerosenului acest lucru este imposibil.
Problemele dezvoltatorilor de vehicule hipersonice nu sunt deloc limitate la crearea unui SCRVD funcțional. De asemenea, trebuie să depășească așa-numita barieră termică. Avionul se încălzește din frecare împotriva aerului, iar intensitatea încălzirii este direct proporțională cu pătratul vitezei de curgere: dacă viteza se dublează, atunci încălzirea crește de patru ori. Încălzirea unei aeronave în zbor la viteze supersonice (în special la altitudini mici) este uneori atât de mare încât duce la distrugerea structurii și a echipamentelor.
Atunci când zburați la o viteză de 3 M, chiar și în stratosferă, temperatura marginilor de intrare a admisiei de aer și a marginilor anterioare ale aripii este mai mare de 300 de grade, iar restul pielii - mai mult de 200. Dispozitivul cu o viteză de 2-2,5 ori mai mare se va încălzi de 4-6 ori mai mult. În același timp, chiar și la temperaturi de aproximativ 100 de grade, sticla organică se înmoaie, la 150 - rezistența duraluminului este semnificativ redusă, la 550 - aliajele de titan pierd proprietățile mecanice necesare, iar la temperaturi de peste 650 de grade, aluminiul și magneziul se topesc, oțelul se înmoaie.
Un nivel ridicat de încălzire poate fi rezolvat fie prin protecție termică pasivă, fie prin îndepărtarea activă a căldurii folosind rezervele de combustibil de la bord ca răcitor. Problema este că, cu o capacitate foarte bună de „răcire” a kerosenului - capacitatea termică a acestui combustibil este doar jumătate din cea a apei - nu tolerează bine temperaturile ridicate, iar volumele de căldură care trebuie „digerate” sunt pur și simplu monstruos.
Cel mai simplu mod de a rezolva ambele probleme (combustie supersonică și răcire) este abandonarea kerosenului în favoarea hidrogenului. Acesta din urmă relativ ușor - în comparație cu kerosen, desigur - arde chiar și într-un flux supersonic. În același timp, hidrogenul lichid este, din motive evidente, și un răcitor excelent, ceea ce face posibilă nu utilizarea unei protecții termice masive și, în același timp, asigură o temperatură acceptabilă la bord. În plus, hidrogenul are de trei ori puterea calorică a kerosenului. Acest lucru face posibilă creșterea limitei de viteze realizabile până la 17 M (maxim pe combustibilul cu hidrocarburi - 8 M) și, în același timp, face motorul mai compact.
Nu este surprinzător faptul că majoritatea avioanelor hipersonice anterioare au zburat exact pe hidrogen. Combustibilul cu hidrogen a fost folosit de laboratorul nostru de zbor "Kholod", care până acum ocupă locul al doilea în ceea ce privește durata motorului scramjet (77 s). Pentru el, NASA datorează o viteză record pentru vehiculele cu reacție: în 2004, avionul hipersonic fără pilot NASA X-43A a atins o viteză de 11.265 km / h (sau 9,8 M) la o altitudine de zbor de 33,5 km.
Cu toate acestea, utilizarea hidrogenului duce la alte probleme. Un litru de hidrogen lichid cântărește doar 0,07 kg. Chiar și luând în considerare „capacitatea energetică” de trei ori mai mare a hidrogenului, aceasta înseamnă o creștere de patru ori a volumului rezervoarelor de combustibil cu o cantitate constantă de energie stocată. Acest lucru are ca rezultat umflarea dimensiunii și greutății aparatului în ansamblu. În plus, hidrogenul lichid necesită condiții de operare foarte specifice - „toate ororile tehnologiilor criogenice” plus specificitatea hidrogenului însuși - este extrem de exploziv. Cu alte cuvinte, hidrogenul este un combustibil excelent pentru vehiculele experimentale și mașinile de piese, cum ar fi bombardierele strategice și avioanele de recunoaștere. Dar, ca combustibil pentru armele în masă capabile să se bazeze pe platforme convenționale, cum ar fi un bombardier normal sau un distrugător, nu este adecvat.
Cu atât mai semnificativă este realizarea creatorilor modelului X-51, care au reușit să facă fără hidrogen și, în același timp, să atingă viteze impresionante și să înregistreze indicatori pentru durata zborului cu un motor ramjet. O parte a înregistrării se datorează unui design aerodinamic inovator - chiar acel zbor de undă. Aspectul unghiular ciudat al aparatului, designul său cu aspect sălbatic creează un sistem de unde de șoc, acestea devenind suprafața aerodinamică și nu corpul aparatului. Ca urmare, forța de ridicare apare cu o interacțiune minimă a fluxului incident cu corpul însuși și, ca urmare, intensitatea încălzirii acestuia scade brusc.
X-51 are un scut negru carbon-carbon la temperaturi ridicate, situat doar la vârful nasului și în partea din spate a feței. Partea principală a corpului este acoperită cu un scut de căldură alb, la temperatură scăzută, ceea ce indică un mod de încălzire relativ blând: și acesta este la 6-7 M în straturi destul de dense ale atmosferei și se scufundă inevitabil în troposferă până la țintă.
În loc de un „monstru” cu hidrogen, armata americană a achiziționat un dispozitiv alimentat cu combustibil practic pentru aviație, care îl scoate imediat din câmpul experimentului amuzant în domeniul aplicării reale. În fața noastră nu mai este o demonstrație a tehnologiei, ci un prototip al unei noi arme. Dacă X-51A trece cu succes toate testele, în câțiva ani va începe dezvoltarea unei versiuni de luptă depline a X-51A +, echipată cu cea mai modernă umplere electronică.
Conform planurilor preliminare ale Boeing, X-51A + va fi echipat cu dispozitive pentru identificarea și distrugerea rapidă a țintelor în condiții de opoziție activă. Capacitatea de a controla vehiculul utilizând o interfață JDAM modificată concepută pentru a viza muniția de înaltă precizie a fost testată cu succes în timpul testelor preliminare de anul trecut. Noua aeronavă cu valuri se potrivește bine dimensiunilor standard pentru rachetele americane, adică se potrivește în siguranță în dispozitivele de lansare verticale de la bordul navei, containerele de transport-lansare și golfurile de bombardiere. Rețineți că racheta ATCAMS, de la care a fost împrumutată etapa de rapel pentru Waverider, este o armă operațional-tactică utilizată de sistemele americane de rachete cu lansare multiplă MLRS.
Astfel, pe 12 mai 2010, peste Oceanul Pacific, Statele Unite au testat un prototip de rachetă de croazieră hipersonică complet practică, judecând după umplerea planificată, concepută pentru a distruge ținte terestre foarte protejate (autonomia estimată este de 1600 km). Poate că, în timp, le vor fi adăugate și cele de suprafață. În plus față de viteza extraordinară, astfel de rachete vor avea o capacitate de penetrare ridicată (apropo, energia unui corp accelerată la 7 M este practic echivalentă cu o încărcare TNT de aceeași masă) și - o proprietate importantă a undelor statice instabile - capacitatea de a face manevre foarte ascuțite.
Aceasta este departe de a fi singura profesie promițătoare a armelor hipersonice.
La sfârșitul anilor 1990, rapoartele Grupului consultativ NATO de cercetare și dezvoltare spațială (AGARD) au menționat că rachetele hipersonice ar trebui să aibă următoarele aplicații:
- învinge țintele inamice fortificate (sau îngropate) și țintele complexe de la sol în general;
- aparare aeriana;
- cucerirea supremației aeriene (astfel de rachete pot fi considerate un mijloc ideal de interceptare a țintelor aeriene cu zboruri mari la distanțe mari);
- apărare antirachetă - interceptarea lansării rachetelor balistice în etapa inițială a traiectoriei.
- folosiți ca drone reutilizabile atât pentru lovirea țintelor la sol, cât și pentru recunoaștere.
În cele din urmă, este clar că rachetele hipersonice vor fi cel mai eficient - dacă nu singurul - antidot împotriva armelor de atac hipersonic.
O altă direcție în dezvoltarea armelor hipersonice este crearea motoarelor scramjet cu propulsie solidă de dimensiuni mici, montate în proiectile proiectate pentru distrugerea țintelor aeriene (calibre 35-40 mm), precum și a vehiculelor blindate și a fortificațiilor (ATGM-uri cinetice). În 2007, Lockheed Martin a finalizat testele unui prototip de rachetă antitanc cinetică CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). O astfel de rachetă la o distanță de 3400 m a distrus cu succes tancul sovietic T-72, echipat cu o armură reactivă îmbunătățită.
În viitor, pot apărea modele și mai exotice, de exemplu, aeronave transatmosferice capabile de zboruri suborbitale la un interval intercontinental. Manevrarea focoaselor hipersonice pentru rachetele balistice este, de asemenea, destul de relevantă - și în viitorul apropiat. Cu alte cuvinte, în următorii 20 de ani, afacerile militare se vor schimba dramatic și tehnologiile hipersonice vor deveni unul dintre cei mai importanți factori ai acestei revoluții.
