Гиперзвуковая крылатая ракета

Содержание

Крылатая ракета

Современная российская ракета «Калибр» (макет)

Крыла́тая раке́та — беспилотный летательный аппарат однократного запуска, траектория полёта которого определяется аэродинамической подъёмной силой крыла, тягой двигателя и силой тяжести.

Также существовали конструкции, управлявшиеся пилотами-смертниками.

Устаревшее название сконструированной по самолётной (классической) схеме крылатой ракеты — самолёт-снаряд (термин вышел из употребления, поскольку им же называли планирующие авиабомбы, что приводило к путанице). Нередко термин «крылатая ракета» ошибочно считают эквивалентом более узкого англоязычного термина cruise missile, однако последний относится только к управляемым ракетам, у которых большая часть полёта к цели проходит с постоянной скоростью.

Сравнение с другими видами ракет

Достоинства

  • Возможность задавать произвольный курс ракеты, в том числе, извилистую траекторию, что создаёт трудности для ПРО противника.
  • Возможность движения на малой высоте с огибанием рельефа, что затрудняет обнаружение ракеты радиолокационными средствами.
  • Современные крылатые ракеты предназначены для поражения цели с высокой точностью.

Недостатки

  • Относительно небольшие скорости (порядка скорости звука ~1150 км/ч).
  • Высокая стоимость по сравнению с другими боеприпасами.
  • Относительно малая мощность всех разрывных зарядов, за исключением ядерных.

Сравнение с самолётами

По сравнению с самолётами, основным достоинством крылатой ракеты является беспилотность, позволяющая как сохранить людей, так и уменьшить габариты и тем самым затруднить обнаружение. Поскольку крылатые ракеты рассчитаны на одноразовое применение, к ним предъявляются гораздо менее жёсткие требования по ресурсу двигателя и других агрегатов.

История

Беспилотный самолёт-снаряд Фау-1 — первая серийная КР в мире.

Идея создания беспилотной, автоматически управляемой «летающей бомбы» появилась в первое же десятилетие существования авиации, ещё до Первой мировой войны, её в 1910 году предложил французский инженер Рене Лоран, более известный, как обладатель патента 1913 года на прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Необходимые условия для реализации этой идеи технологии были вскоре созданы:

  • В 1913 году школьный учитель физики немец Вирт (Wirth) разработал комплекс радиоуправления беспилотным летательным аппаратом и педставил его на арене цирка, управляя небольшой моделью аэроплана.
  • Во Франции летом 1914 года на самолёте американской компании Curtiss был впервые опробован гироскопический автопилот американца Элмера Сперри, позволявший удерживать самолёт на заданном курсе, без вмешательства пилота.

Практические разработки велись сразу в нескольких странах. Первые практические шаги были сделаны американским изобретателем Питером Хьюиттом, привлёкшим в апреле 1915 года к проекту создания «летающей бомбы» Элмера Сперри и его компанию Sperry Gyroscope Company. Первые успешные лётные испытания автоматической системы управления на специально оборудованном самолёте были проведены 12 сентября 1916 года. В автоматическом режиме самолёт набрал заданную высоту и пролетел некоторое расстояние, удовлетворительно выдержав курс по компасу, начал снижение к цели, после чего находившийся на борту сын Сперри — Лоуренс взял управление на себя.

Параллельно в Британии по заказу военных Арчибальд Лоу вёл работы над радиоуправляемой «летающей бомбой» для поражения дирижаблей и наземных целей. Первая попытка полёта была осуществлёна 21 марта 1917 года и закончилась аварией. Подобный же проект разрабатывался Генри Фолландом. Летательный аппарат длиной около 6-7 метров, массой около 230 кг и двигателем мощностью 35 л. с. изготавливался «Aircraft Establishment Royal Aircraft Factory». В результате трёх неудачных попыток полёта в июле 1917 года проект был закрыт.

В 1920 году в Англии стандартный самолёт-истребитель «Бристоль» F.2B был оснащён радиоуправлением и успешно летал. Для страховки в кабине самолёта находился лётчик. Однако уже через год был испытан управляемый по радио самолёт без пилота.

В 1924 году в журнале «Техника и жизнь» была опубликована работа Ф. А. Цандера «Перелёты на другие планеты», в которой было предложено применять крылья на ракетных летательных аппаратах.

В 1927 году создана авиационная торпеда (по терминологии того времени) «Laryng» — небольшой летательный аппарат с поршневым звездообразным мотором и системой гироскопического управления, оснащённый боеголовкой массой 113 кг. После длительных испытаний конструкции с кораблей и в пустынях Ирака производство признано нецелесообразным.

В 1931 году англичане создали радиоуправляемую воздушную мишень «Queen». Всего было построено три опытных образца, на основании успешных испытаний которых в 1935 году была запушена серия радиоуправляемых мишеней под обозначением DH.82B «Queen Bee» (пчела-королева, пчелиная матка) в количестве 420 экземпляров (как считают, именно с того времени к беспилотникам прилипло жаргонное название Drone (трутень)). Беспилотники «Queen Bee» применялись на начальном этапе второй мировой войны в качестве разведчиков. Характеристики: максимальная скорость — 175 км/час, практический потолок — 4267 м, продолжительность полёта — до трёх часов.

В СССР работы над телемеханическими самолётами проводились начиная с 20-х годов и до 1942 года. В качестве самолёта-снаряда был выбран бомбардировщик ТБ-1, для которого была разработана телемеханическая система «Дедал». В дальнейшем эти работы подстегнули разработку различных отечественных автопилотов. По программе рассматривались различные варианты самолётов-снарядов: СБ, И-16, УТ-2. В 1940 году велась разработка радиоуправляемого самолёта ТБ-3РН в двух вариантах: в первом бомбардировщик начинялся взрывчаткой и управлялся оператором с самолёта сопровождения, во втором варианте велись разработки дистанционно управляемого бомбардировщика, который после выполнения задания по бомбометанию должен был вернуться на базу и произвести посадку. Единственное боевое применение самолёта-снаряда ТБ-3 было в 1942 году, когда начинённый четырьмя тоннами тротила самолёт должен был поразить железнодорожный узел в Вязьме. Однако при подлёте к цели из-за возникших неполадок передатчика на самолёте сопровождения ДБ-3Ф самолёт-снаряд упал, промахнувшись мимо цели.

Также в СССР в конце 30-х годов разрабатывался составной самолёт-снаряд. В качестве носителя заряда использовался радиоуправляемый ТБ-3 с 3,5 тоннами взрывчатки, на спине которого крепился самолёт управления КР-6. Радиус действия сцепки доходил до 1200 км.

В СССР в 1932 году в Группе изучения реактивного движения была организована бригада крылатых ракет с жидкостным ракетным двигателем. 29 января 1939 года состоялся первый испытательный полёт советской крылатой ракеты «212», разработанной под руководством Сергея Павловича Королёва.

В 1941 году в США на фирме «Дженерал Моторс» разрабатывался самолёт-снаряд под шифром А-1, представляющий собой радиоуправляемый моноплан, стартующий с тележки. Боевой нагрузкой ЛА были бомбы весом до 225 кг. Было построено большое количество опытных экземпляров, но программу отменили в 1943 году. В 1942 году начались исследования по проекту «Option», результатом которого стала постройка серии аппаратов TDN-1, которые использовались для обучения и оценочных испытаний. Затем была построена партия самолётов-снарядов TDR-1 в количестве 189 штук. Боевое применение американским флотом против японцев атакующих дронов TDR-1 состоялось в районе Соломоновых островов в 1944 году. Из суммарно запущенных 46 29 достигли цели, что расценилось командующим флотом адмиралом Честером Нимитцем отрицательно.

В Германии программа разработки самолётов-снарядов различного назначения началась в 1941 году и достигла пика развития к концу войны. В 1942 году начато практическое изучение аэродинамики связки планера DFS-230 и самолётов управления типа Kl-35, Fw-56 и Bf-109. В результате было решено использовать связку из самолёта-снаряда J-88A и Bf-109F (программа «Бетховен»). В 1943 году было выдано задание на постройку опытной партии из 15 экземпляров системы, условно названной «Мистель-1» (упряжка с навозом). Весной 1944 года в составе 4-й группы бомбардировочной эскадры KG101 сформирована учебная группа. Ночью 24 июня 1944 года эскадрилья впервые атаковала группу кораблей союзников в устье реки Сена. По результатам удара началась разработка систем «Мистель-2» и «Мистель-3». В октябре этого года группа, на вооружении которой состояло 60 «Мистелей», была передана в состав экспериментальной KG200. Весной 1945 года на «Мистели» частично перевооружили KG30, о результативности их работы достоверных данных нет. Также строились серийно «Мистель-4», представляющие собой связку из J-88G-7 и истребителя Ta-152H. До конца войны было изготовлено 250 экземпляров, до 50 было захвачено союзниками. Проект «Мистель-5» представлял собой связку из нижнего самолёта-снаряда Ta-154А и верхнего самолёта управления Fw190A-8. В ходе работ дошли до переоборудования первой партии в четыре связки, затем переоборудование было отменено. Также немцы разрабатывали другие проекты составных самолётов, в том числе и с реактивными двигателями. В частности, 5 эскадрилья эскадры KG200 занималась вопросами применения буксируемого самолёта-снаряда на базе реактивного Ме-328В

В ночь с 4 на 5 июня 1944 года беспилотный радиоуправляемый самолёт-снаряд S.M.79 ВВС Итальянской Социальной Республики произвёл первый и единственный боевой вылет в направлении Гибралтара, с целью атаковать стоявшие там английские корабли. После того, как пилот выбросился с парашютом, управление велось с самолёта сопровождения Cant Z.1007-II. Из-за дефекта управления самолёт-снаряд не долетел до цели и упал.

В июле 1944 года Воздушные силы США приняли программу «Афродита». Смыслом программы было переоборудование отработавших ресурс бомбардировщиков В-17 в самолёты-снаряды, управляемые по радио с самолёта сопровождения. Точно также, как и на советских ТБ-3РН, самолёт поднимал в воздух экипаж из пилота и бортинженера, вёл его к цели вручную, затем активировал телеуправление, боевую часть (9070 кг ВВ «Торпекс») и выбрасывался с парашютами (верх кабины самолёта был срезан). Самолёт-снаряд продолжал полёт к цели, управляемый по радио, а экипаж подбирала команда эвакуации. Переделанные В-17, получившие индекс BQ-7, и самолёты сопровождения В-17 под индексом CQ-4 поступили в 562-ю бомбардировочную эскадрилью. Самолёты-снаряды несколько раз были задействованы в боевых операциях (в августе и октябре 1944 года), против немецких позиций ракет Фау-1. Операции с применением самолётов-снарядов против сильно защищённых целей были признаны малорезультативными, поэтому было решено их использовать по крупным промышленным целям. BQ-7 ещё несколько раз использовались при налётах без особого успеха. Программа была признана неудачной, а самолёты-снаряды BQ-7 более опасными для своих экипажей, чем для противника. Тем не менее, дальнейшем развитием программы стала переделка бомбардировщиков В-24 в самолёты снаряды BQ-8. Принцип применения остался прежнем. ВМС США начали собственную программу по переделке RB4Y-1 (патрульной версии В-24). Однако из-за низкой точности, надёжности и высокой сложности применения программа была закрыта.

Первой в мире классической крылатой ракетой, производившейся серийно и применявшейся в реальных боевых действиях, стала «Фау-1» (Fi-103), разработанная Германией. Она впервые была испытана 21 декабря 1942 года. Впервые в боевых условиях она была применена в конце Второй мировой войны против Великобритании. Однако из-за низкой точности системы наведения ракеты в составе экспериментальной эскадры KG200 была сформирована 5 эскадрилья, в которой вполне серьёзно, в том числе, отрабатывалась возможность управления ракетой Fi-103 пилотом, который на конечном участке траектории должен был, теоретически, выброситься с парашютом.

В сентябре 1944 года в московское КБ были доставлены обломки V-1, а позже образцы ракет и чертежи, захваченные в Пенемюнде. Советскими властями было принято решение создать свои «самолёты-снаряды». Разработка проекта была доверена Владимиру Челомею. Через 9 лет параллельно с Челомеем разработку начал А. И. Микоян.

В 1947 году в СССР начались работы над крылатой ракетой «Комета». Ракета проектировалась в специальном КБ-1, планер ракеты создавался в ОКБ-155 на базе истребителя МиГ-15. Ракета поставлялась в войска на протяжении многих лет и производилась в вариантах воздушного старта (КС-1), наземного старта (С-2 «Сопка», «Стрела», ФКР-1). Для отработки систем ракеты и обучения личного состава на базе самолёта МиГ-17 был сконструирован пилотируемый «самолёт-дублёр „Кометы“» (СДК), выпускаемый серийно.

В 1950-х годах предполагалось развитие крылатых ракет в качестве стратегических межконтинентальных средств доставки ядерных зарядов. В КБ Лавочкина шла разработка двухступенчатой крылатой ракеты «Буря», работы были остановлены по экономическим соображениям и в связи с успехами в разработке баллистических ракет. Единственным состоявшим на вооружении комплексом крылатых ракет межконтинентального класса был разработанный в США SM-62 Snark, очень недолгое время (в 1961) находившийся на боевом дежурстве.

В конце 50-х годов прошлого века начали разрабатываться крылатые ракеты с мощными жидкостными ракетными двигателями, позволяющими добиться значительного прироста характеристик ракеты.

Классификация

Крылатые ракеты делятся

  • по типу заряда:
    • с ядерным снаряжением
    • с обычным снаряжением
  • по решаемым задачам (назначению):
    • стратегические
    • тактические
    • оперативно-тактические (чаще всего противокорабельные)
  • по типу базирования:
    • наземного
    • воздушного
    • морского
    • подводного

В настоящее время крылатыми ракетами морского базирования оснащаются корабли, ракетные катера и подводные лодки (см. противокорабельная ракета).

Существующие системы

Производства в разных странах

Крылатая ракета С-2 берегового ракетного комплекса «Сопка» (SSC-2 Samlet)

СССР и Россия

  • 10XН — опытная крылатая ракета воздушного старта с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.
  • 16Х — опытная крылатая ракета воздушного старта с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.
  • КС-1 — первая серийная дозвуковая противокорабельная крылатая ракета воздушного старта, средней дальности.
  • КСР-2 — сверхзвуковая противокорабельная крылатая ракета воздушного старта, большой дальности, с фугасно-проникающей или ядерной БЧ.
  • КСР-5 — сверхзвуковая противокорабельная крылатая ракета воздушного старта, большой дальности, с фугасно-кумулятивной или ядерной БЧ.
  • КСР-11 — сверхзвуковая противорадиолокационная крылатая ракета воздушного старта, большой дальности, с фугасной или фугасно-осколочной БЧ.
  • К-10С — сверхзвуковая противокорабельная крылатая ракета воздушного старта, большой дальности, с фугасно-проникающей или ядерной БЧ.
  • Х-20 — сверхзвуковая крылатая ракета воздушного старта, большой дальности, с термоядерной БЧ.
  • Х-22 — сверхзвуковая противокорабельная крылатая ракета воздушного старта, большой дальности, с фугасно проникающей или ядерной БЧ.
  • X-55 — стратегическая дозвуковая крылатая ракета воздушного, морского и наземного базирования.
  • Х-101
  • П-5
  • П-6
  • П-15 «Термит»
  • П-270 «Москит»
  • П-70 «Аметист»
  • П-120 «Малахит»
  • П-500 «Базальт»
  • П-700 Гранит — крылатая противокорабельная ракета дальнего действия.
  • П-800 Оникс (Яхонт) — советская/российская универсальная сверхзвуковая противокорабельная ракета среднего радиуса действия.
  • П-1000 «Вулкан»
  • Х-35 Уран
  • C-10 «Гранат» — принята на вооружение в 1984 г., как и «Калибр», может запускаться из торпедного аппарата.
  • 3М-14/3М-54 «Калибр»

Крылатые ракеты производства США

  • MGM-1 Matador — тактическая крылатая ракета.
  • SM-62 Snark — межконтинентальная крылатая ракета (альтернативные обозначения: MX775A, SSM-A-3.
  • AGM-28 Hound Dog — стратегическая крылатая ракета воздушного базирования.
  • AGM-86B — крылатая ракета воздушного базирования.
  • BGM-109 «Томагавк» — стратегическая/тактическая крылатая ракета морского и наземного базирования.
  • Гарпун (ПКР) — противокорабельная ракета морского и воздушного базирования.
  • AGM-129 ACM — стратегическая крылатая ракета воздушного базирования.
  • AGM-158 JASSM — тактическая крылатая ракета воздушного базирования.
  • Fasthawk — сверхзвуковая крылатая ракета универсального базирования.
  • X-51 — перспективная гиперзвуковая крылатая ракета.

Другие страны

  • Exocet (Франция)
  • Аист (Беларусь)
  • Storm Shadow (Великобритания/Франция)
  • KEPD-150/350 TAURUS (Германия/Швеция)
  • HOPE/HOSBO (Германия, перспективная)
  • YJ-62 (Китай)
  • YJ-82 (Китай)
  • YJ-83 (Китай)
  • Хатф-VII Бабур (Пакистан) — предназначен для использования с подводных лодок, надводных кораблей и мобильных наземных установок. Скорость — 880 км/ч, дальность — 700 км, БЧ — ядерная/обычная.
  • Gabriel Mk1 (Израиль)
  • Сюнфэн 2Е (Тайвань)
  • AM-1 Tábano (Аргентина)
  • Мескат (Иран), на основе Х-55, дальность 2000 км.
  • Нептун (Украина)

См. также

  • Kettering Bug
  • Крылатые ракеты подводных лодок
  • Стратегические ядерные силы Российской Федерации
  • Летательный аппарат с неподвижным крылом

Примечания

  1. 1 2 «К-22» — Линейный крейсер / . — М. : Военное изд-во М-ва обороны СССР, 1979. — С. 483—484. — (Советская военная энциклопедия : ; 1976—1980, т. 4).
  2. Кузнецов К. «Цветок вишни» или «Придурок» (рус.) // Авиация и Космонавтика. — 1999. — № 02.
  3. . Впрочем все современные КР России и других стран мира управляемый .Guided missile, the major portion of whose flight path to its target is conducted at approximately constant velocity; depends on the dynamic reaction of air for lift and upon propulsion forces to balance drag. Dictionary of Military and Associated Terms. US Department of Defense 2005.
  4. Werrell, 1985, с. 7.
  5. Werrell, 1985, с. 8.
  6. РАЗВИТИЕ КРЫЛАТЫХ РАКЕТНЫХ АППАРАТОВ В СССР в 1930—1939 гг.
  7. epochtimes.com.ua, Новые возможности Пакистана — ядерный удар в радиусе 700 км, 26 июля 2007
  8. Иран создал новую крылатую ракету — Российская газета

Литература

  • Крылатая ракета // «К-22» — Линейный крейсер / . — М. : Военное изд-во М-ва обороны СССР, 1979. — (Советская военная энциклопедия : ; 1976—1980, т. 4).
  • Werrell, Kenneth P. The Evolution of the Cruise Missile. — Maxwell Air Force Base, Alabama: Air University Press, 1985. — 289 с.
  • Краснов А., Бессарабов Н. Применение крылатых ракет и борьба с ними истребителей ПВО (рус.) // Зарубежное военное обозрение. — М., 1995. — № 6. — С. 30—33. — ISSN 0134-921X.

Ссылки

  • Крылатые ракеты. В начале большого пути
Для улучшения этой статьи желательно:

  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.

Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

Словари и энциклопедии

Нормативный контроль

GND: 4331937-3 · LCCN: sh85034367

Скорость существующих российских крылатых ракет предложили довести до гиперзвука

«Общая тенденция в направлении совершенствования крылатых ракет – увеличение скорости до гиперзвука, увеличение дальности действия. В этом направлении мы и движемся», – сказал он, отвечая на вопрос о направлениях совершенствования этого вида оружия, в частности о возможных изменениях в ракете «Оникс».

Запуск ракеты «Калибр»
Он добавил, что также ведется работа по достижению «универсальности ракеты как с точки зрения ее целей, так и используемой пусковой платформы».
«НПО машиностроения» разработало сверхзвуковую противокорабельную ракету «Оникс», которая наряду с ракетами комплекса «Калибр» запускается из универсальных стрельбовых комплексов и может применяться с таких носителей, как фрегаты проекта 22350 и подводные лодки проекта 885 («Ясень»). Максимальная скорость ракеты на высоте более чем в 2,5 раза превышает скорость звука, а дальность полета достигает 600 км. Также «НПО машиностроения» – головной разработчик новейшей российской гиперзвуковой ракеты «Циркон».
Весной 2019 года появилась информация, что к 2020 году российские военные планируют получить сухопутную версию крылатой ракеты «Калибр», дальность действия которой увеличат до 2600 км. Это стало возможным после того, как США вышли из Договора о ликвидации ракет средней и меньшей дальности, освободив РФ от необходимости соблюдать ограничения этого двустороннего соглашения.

Гиперзвуковая скорость

Не следует путать с Гиперзвук. Изображение моделирования воздушного потока вокруг «X-43» (Боинг/НАСА) при 7 М. Моделирование гиперзвуковой скорости (5 М)

Ги́перзвуковая ско́рость (ГС) в аэродинамике — скорости, которые значительно превосходят скорость звука в атмосфере.

Начиная с 1970-х годов, понятие обычно относят к сверхзвуковым скоростям с числами Маха (М) выше 5.

Общие сведения

Полет на гиперзвуковой скорости является разновидностью сверхзвукового режима полета и осуществляется в сверхзвуковом потоке газа. Сверхзвуковой поток воздуха коренным образом отличается от дозвукового, и динамика полета самолета при скоростях выше скорости звука (выше 1,2 М) кардинально отличается от дозвукового полета (до 0,75 М, диапазон скоростей от 0,75 до 1,2 М называется трансзвуковой скоростью).

Определение нижней границы гиперзвуковой скорости обычно связано с началом процессов ионизации и диссоциации молекул в пограничном слое (ПС) около аппарата, который движется в атмосфере, что начинает происходить примерно при М>5. Также данная скорость характеризуется тем, что сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель с дозвуковым сгоранием топлива (СПВРД) становится менее эффективным по сравнению с гиперзвуковым ПВРД (ГПВРД), в котором сгорание топлива осуществляется при сверхзвуковых скоростях потока. СПВРД по сравнению с ГПВРД при той же скорости полета требует более сильного торможения потока воздуха перед его попаданием в камеру сгорания. Это обуславливает бо́льшие потери давления на участке торможения потока в СПВРД. В то же время в ГПВРД сгорание топлива при сверхзвуковой скорости потока сопровождается бо́льшими потерями давления по сравнению с потерями при сгорании топлива в дозвуковом потоке в СПВРД. При прочих равных условиях, чем ниже суммарные потери давления в проточном тракте ПВРД, тем выше его эффективность. Условия полета, при которых суммарные потери в проточных трактах СПВРД и ГПВРД оказываются одинаковыми, принимаются за границу между сверхзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями. Положение данной границы весьма условно и зависит от многих факторов. Так, например, для двигателей, использующих в качестве топлива водород, ввиду бо́льшей удельной теплоты его сгорания нижняя граница гиперзвуковых скоростей будет соответствовать более высоким числам Маха полета, нежели чем для аналогичных двигателей, работающих на керосине.

Характеристики потока

В то время как определение гиперзвукового потока (ГП) достаточно спорно по причине отсутствия четкой границы между сверхзвуковым и гиперзвуковым потоками, ГП может характеризоваться определенными физическими явлениями, которые уже не могут быть проигнорированы при рассмотрении, а именно:

  • тонкий слой ударной волны;
  • образование вязких ударных слоев;
  • появление волн неустойчивости в ПС, не свойственных до- и сверхзвуковым потокам;
  • высокотемпературный поток.

Тонкий слой ударной волны

По мере увеличения скорости и соответствующих чисел Маха, плотность позади ударной волны (УВ) также увеличивается, что соответствует уменьшению объема сзади от УВ благодаря сохранению массы. Поэтому, слой ударной волны, то есть объем между аппаратом и УВ становится тонким при высоких числах Маха, создавая тонкий пограничный слой (ПС) вокруг аппарата.

Образование вязких ударных слоев

Часть большой кинетической энергии, заключенной в воздушном потоке, при М > 3 (вязкое течение) преобразуется во внутреннюю энергию за счет вязкого взаимодействия. Увеличение внутренней энергии реализуется в росте температуры. Так как градиент давления, направленный по нормали к потоку в пределах пограничного слоя, приблизительно равен нулю, существенное увеличение температуры при больших числах Маха приводит к уменьшению плотности. Таким образом, ПС на поверхности аппарата растет и при больших числах Маха сливается с тонким слоем ударной волны вблизи носовой части, образуя вязкий ударный слой.

Появление волн неустойчивости в ПС, не свойственных до- и сверхзвуковым потокам

В важной проблеме перехода ламинарного течения в турбулентное для случая обтекания летательного аппарата ключевую роль играют волны неустойчивости, образующиеся в ПС. Рост и последующее нелинейное взаимодействие таких волн преобразует изначально ламинарный поток в турбулентное течение. На до- и сверхзвуковых скоростях ключевую роль в ламинарно-турбулентном переходе играют волны Толмина-Шлихтинга, имеющие вихревую природу. Начиная с М = 4,5 в ПС появляются и начинают доминировать волны акустического типа (II мода или мэкавская мода), благодаря которым происходит переход в турбулентность при классическом сценарии перехода (существует также by-pass механизм перехода).

Высокотемпературный поток

Высокоскоростной поток в лобовой точке аппарата (точке или области торможения) вызывает нагревание газа до очень высоких температур (до нескольких тысяч градусов). Высокие температуры, в свою очередь, создают неравновесные химические свойства потока, которые заключаются в диссоциации и рекомбинации молекул газа, ионизации атомов, химическим реакциям в потоке и с поверхностью аппарата. В этих условиях могут быть существенны процессы конвекции и радиационного теплообмена.

Параметры подобия

Параметры газовых потоков принято описывать набором критериев подобия, которые позволяют свести практически бесконечное число физических состояний в группы подобия и которые позволяют сравнивать газовые потоки с разными физическими параметрами (давление, температура, скорость и пр.) между собой. Именно на этом принципе основано проведение экспериментов в аэродинамических трубах и перенос результатов этих экспериментов на реальные летательные аппараты, несмотря на то, что в трубных экспериментах размер моделей, скорости потока, тепловые нагрузки и пр. могут сильно отличаться от режимов реального полёта, в то же время, параметры подобия (числа Маха, Рейнольдса, Стантона и пр.) соответствуют полётным.

Для транс- и сверхзвукового или сжимаемого потока, в большинстве случаев таких параметров как число Маха (отношение скорости потока к местной скорости звука) и Рейнольдса достаточно для полного описания потоков. Для гиперзвукового потока данных параметров часто бывает недостаточно. Во-первых, описывающие форму ударной волны уравнения становятся практически независимыми на скоростях от 10 М. Во-вторых, увеличенная температура гиперзвукового потока означает, что эффекты, относящиеся к неидеальным газам становятся заметными.

Учет эффектов в реальном газе означает бо́льшее количество переменных, которые требуются для полного описания состояния газа. Если стационарный газ полностью описывается тремя величинами: давлением, температурой, теплоёмкостью (адиабатическим индексом), а движущийся газ описывается четырьмя переменными, которая включает еще скорость, то горячий газ в химическом равновесии также требует уравнений состояния для составляющих его химических компонентов, а газ с процессами диссоциации и ионизации должен еще включать в себя время как одну из переменных своего состояния. В целом это означает, что в любое выбранное время для неравновесного потока требуется от 10 до 100 переменных для описания состояния газа. Вдобавок, разреженный гиперзвуковой поток (ГП), обычно описываемый в терминах чисел Кнудсена, не подчиняются уравнениям Навье-Стокса и требуют их модификации. ГП обычно категоризируется (или классифицируется) с использованием общей энергии, выраженной с использованием общей энтальпии (мДж/кг), полного давления (кПа) и температуры торможения потока (К) или скорости (км/с).

Для инженерных приложений У. Д. Хэйес развил параметр подобия, близкий к правилу площадей Виткомба, который позволяет инженерам применять результаты одной серии испытаний или расчетов, выполненных для одной модели, к разработке целого семейства подобных конфигураций моделей, при этом не проводя дополнительных испытаний или подробных расчетов.

Список режимов

Гиперзвуковой поток подразделяется на множество частных случаев. Отнесение ГП к одному или другому режиму потока представляется сложной задачей по причине «размытия» границ состояний, при которых это явление в газе обнаруживается или становится заметным с точки зрения используемого математического моделирования.

Идеальный газ

В данном случае, проходящий воздушный поток может рассматриваться как поток идеального газа. ГП в данном режиме все еще зависит от чисел Маха и моделирование руководствуется температурными инвариантами, а не адиабатической стенкой, что имеет место при ме́ньших скоростях. Нижняя граница этой области соответствует скоростям около 5 М, где СПВРД с дозвуковым сгоранием становятся неэффективными, и верхняя граница соответствует скоростям в районе 10—12 М.

Идеальный газ с двумя температурами

Является частью случая режима потока идеального газа с большими значениями скорости, в котором проходящий воздушный поток может рассматриваться химически идеальным, но вибрационная температура и вращательная температура газа должны рассматриваться отдельно, что приводит к двум отдельным температурным моделям. Это имеет особое значение при проектировании сверхзвуковых сопел, где вибрационное охлаждение из-за возбуждения молекул становится важным.

Диссоциированный газ

В данном случае молекулы газа начинают диссоциировать по мере того, как они вступают в контакт с генерируемой движущимся телом ударной волной. Поток начинает различаться для каждого конкретного рассматриваемого газа со своими химическими свойствами. Способность материала корпуса аппарата служить катализатором в этих реакциях играет роль в расчете нагрева поверхности, что означает появление зависимости гиперзвукового потока от химических свойств движущегося тела. Нижняя граница режима определяется первым компонентом газа, который начинает диссоциировать при данной температуре торможения потока, что соответствует азоту при 2000 К. Верхняя граница этого режима определяется началом процессов ионизации атомов газа в ГП.

Ионизированный газ

В данном случае, количество потерянных атомами электронов становится существенным и электроны должны моделироваться отдельно. Часто температура электронного газа рассматривается изолировано от других газовых компонентов. Этот режим соответствует диапазону скоростей ГП 10—12 км/с (> 25 М) и состояние газа в данном случае описывается с помощью моделей безизлучательной или неизлучающей плазмы.

Режим доминирования лучевого переноса

На скоростях выше 12 км/с передача тепла аппарату начинает происходить в основном через лучевой перенос, который начинает доминировать над термодинамическим переносом вместе с ростом скорости. Моделирование газа в данном случае подразделяется на два случая:

  • оптически тонкий — в данном случае предполагается, что газ не перепоглощает излучение, которое приходит от других его частей или выбранных единиц объема;
  • оптически толстый — где учитывается поглощение излучения плазмой, которое потом переизлучается в том числе и на тело аппарата.

Моделирование оптически толстых газов является сложной задачей, так как из-за вычисления радиационного переноса в каждой точке потока объем вычислений растет экспоненциально вместе с ростом количества рассматриваемых точек.

> См. также

  • Сверхзвуковая скорость
  • Гиперзвуковой двигатель
  • Гиперзвуковой летательный аппарат
  1. 1 2 Alexander Fedorov, Transition and Stability of High-Speed Boundary Layers, Annual Reviews of Fluid Mechanics. 2011. V. 43. P. 79–95.
  2. 1 2 Л. В. Овсянников ЛЕКЦИИ ПО ОСНОВАМ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ, Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003
  3. Гиперзвуковая аэродинамика (англ.)

Даёшь «гиперзвук» — или нет?

Что такое гиперзвук? Для начала определимся: правильно было бы сказать «гиперзвуковая скорость». Проблема в том, что слово «гиперзвук» обозначает также упругие волны, подобные просто звуковым и ультразвуковым. Но мы ведь имеем в виду аэродинамику и, чтобы не путаться в терминах, будем говорить «гиперзвуковая скорость».

В аэродинамике «гиперзвуковая скорость» значительно превосходит скорость звука — по аналогии со сверхзвуком, только ещё быстрее.

Где-то с семидесятых годов прошлого века устоялась следующая градация: до одного Маха — дозвуковая скорость, от одного до пяти Махов — сверхзвуковая, более пяти Махов — гиперзвук.

Число Маха (М) в нашем контексте проще всего определить как отношение скорости тела к скорости звука в окружающей среде. Когда скорость летательного аппарата достигает М=1, это означает, что его скорость сравнялась со скоростью звука.

Первыми, посредством ракеты «Фау-2», достигли гиперзвуковых скоростей немцы в сороковых годах прошлого века . Их «оружие возмездия» развивало скорость в 5760 километров час, а это больше, чем пять чисел Маха (М 5) на высоте выше 10 000 метров.

«Фау-2»

«Так в чём тогда соль?» — спросит внимательный читатель. Раз гиперзвука достигли в сороковых годах, и все баллистические ракеты его достигают — в чём тут интерес и новшество? Проблема в том, что ракеты пусть и развивают гиперзвуковую скорость, но летят в этот момент по баллистической траектории, активно не маневрируют и вообще лишний раз стараются не шелохнуться… это чревато катастрофой.

А вот создание крылатой ракеты или летательного аппарата, способного перемещаться на гиперзвуковых скоростях и маневрировать, стало серьёзнейшей задачей, над решением которой до сих пор бьются конструкторы и инженеры.

Гиперзвуковой летательный аппарат

Начнём с управляемости и создания пилотируемого летательного аппарата, способного двигаться на гиперзвуковой скорости, тормозить и осуществлять посадку.

Первыми этого добились американцы, создав в 1959 году самолёт-ракетоплан X-15. Само слово ракетоплан прозрачно намекает, что речь идёт о ракете с крылышками. Так и есть, X-15 — это глубокая переработка идей и чертежей немецких ракетчиков 1940-х годов. Многие параметры весьма схожи с ракетой «Фау-2». Зато у американцев внутри сидел пилот, а не банальная боеголовка.

X-15 под крылом B-52

X-15 стартовала из-под крыла стратегического бомбардировщика B-52 на высоте порядка 15 километров, затем запускался ракетный двигатель, поднимавший ракетоплан до практического потолка, после чего следовали баллистический спуск, торможение и посадка на аэродроме. Всего прошло чуть меньше двухсот полётов.

X-15

Так что гиперзвуковые скорости покорились человечеству почти шестьдесят лет назад.

Гиперзвуковой двигатель

Когда в настоящее время говорят о современных гиперзвуковых аппаратах, имеют в виду летательные аппараты, оснащённые гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем.

Тут всё просто. Есть классический жидкостный ракетный двигатель, в котором топливо и окислитель «везутся с собой» в двух разных баках. Летательный аппарат может достигать гиперзвуковой скорости, но он, увы, дорогой, сложный и ОЧЕНЬ неэкономичный. На современных самолётах стоят турбореактивные двигатели. В них в качестве окислителя в процессе горения используется атмосферный воздух, за счёт чего они гораздо легче и экономичней (по сравнению с ракетным двигателем, конечно). К сожалению, эти двигатели теряют эффективность на скоростях более М 3.

Турбореактивный двигатель J58 на форсаже, видны Кольца Маха

Для достижения максимальных сверхзвуковых скоростей используют прямоточный воздушно-реактивный двигатель. В нём нет турбины, и он малоэффективен на низких скоростях полёта, зато может достигать больших максимальных скоростей. Но даже с его помощью добраться до гиперзвуковой скорости нереально. Знаменитый Lockheed SR-71 имел именно такую схему: турбореактивный двигатель, способный на больших скоростях работать как прямоточный, однако и он достиг максимальной скорости лишь около 3,4 чисел Маха.

Для совершения дальних и экономичных атмосферных полётов на гиперзвуковой скорости создали гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Он также использует в качестве окислителя атмосферный воздух. При этом воздух, поступающий в воздухозаборник, тормозится до сверхзвуковой скорости, участвует в процессе сгорания топлива и выходит через сопло, создавая реактивную тягу.

Проблема гиперзвука

Всё прекрасно, кроме одного: работает такой двигатель на скоростях выше шести-восьми чисел Маха. При меньшей скорости он просто не запустится, или двигатель сдетонирует. Узнать его можно по воздухозаборнику, больше похожему на модный ручной пылесос.

В настоящее время основная проблема конструкторов — преодоление «разрыва» между максимальной скоростью прямоточного воздушно-реактивного двигателя и минимальной скоростью работы гиперзвукового.

Есть различные разработки, в том числе и установка третьего «промежуточного» двигателя, который может обеспечить нужный разгон во время «разрыва». Впрочем, пока широкой публике сообщают только об испытаниях подобных двигателей.

В 1950–60-е годы существовали проекты ядерных прямоточных воздушно-реактивных двигателей, также обещавшие достижение скоростей в районе М 3 — М 4. Наиболее известен проект двигателя «Плутон» для сверхзвуковой крылатой ракеты неограниченной дальности SLAM.

Противокорабельная ракета «Циркон»

До настоящего времени самой известной гиперзвуковой российской разработкой была противокорабельная ракета «Циркон». Точных данных нет, но скорее всего, она имеет гибридную силовую установку — ракетный двигатель, выводящий ракету на скорости работы гиперзвукового двигателя, — и ГПРВД (гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель), работающий большую часть времени полёта ракеты. В пользу этой версии говорит её шахтное размещение. Предполагается использовать «Циркон» на российских боевых кораблях и подлодках нового поколения.

X-51

Что характерно, несмотря на сообщения об удачных испытаниях, российскую ракету широкой публике так и не показали. Чаще всего для её иллюстрации использовали картинку с изображением американской разработки Boeing Х-51 (да-да, тот самый автомобильный пылесос).

Подведение итогов

Противокорабельную ракету «Кинжал», созданную на базе ракеты «Искандер», бессмысленно называть гиперзвуковой. Да, во время полёта она достигает скорости более пяти чисел Маха, но при этом летит по аэробаллистической траектории. Также нет смысла говорить о гиперзвуковой скорости, описывая стратегический ракетный комплекс «Сармат». Как и большинство баллистических ракет, он развивает гиперзвуковую скорость — и это нормально.

А вот боевое оснащение — планирующий боевой блок «Авангард» — это именно то, о чём можно говорить, как об образце современных гиперзвуковых технологий. После отделения от баллистической ракеты он может двигаться в плотных слоях атмосферы с гиперзвуковой скоростью свыше 20 Махов, при этом осуществляя глубокое маневрирование.

Такие нынче пошли времена: чтобы считаться современным гиперзвуковым оружием, нужно либо активно маневрировать после достижения гиперзвуковой скорости, либо нести на себе гиперзвуковой прямоточный воздушно-ракетный двигатель. А иначе извини… ты не в тренде, подвинься и дай дорогу молодым и перспективным.

Обидно, ей‑ей.

Сверхзвук оснащается гиперзвуком

Новые ракеты, развивающие скорость в 5-6 раз больше скорости звука, начали проходить испытания в России. Эти гиперзвуковые ударные средства предназначены для Дальней авиации России и прошли запуски со сверхзвуковых бомбардировщиков Ту-22М. Об этом «Ленте.ру» сообщил источник в военном ведомстве.

Гиперзвук в объёме

По словам источника, испытания перспективного вооружения продлятся еще несколько лет, а принятия новых ракет на вооружение Дальней авиации стоит ждать в районе 2020-2021 года. «Эта разработка идет в рамках большой программы создания гиперзвуковых аппаратов для воздушно-космических сил, флота и стратегических ядерных сил. Некоторые образцы уже доведены до серии, что-то еще только на стадии исследований», — сказал он.

Этому направлению в России «уделяется должное внимание», заявлял несколько ранее генеральный директор корпорации «Тактическое ракетное вооружение» Борис Обносов. По его словам, «ведётся ряд проектов с Фондом перспективных исследований при Военно-промышленной комиссии». «У нас уже есть интересные результаты по этому направлению», — отметил гендиректор, добавив, что гиперзвуковое вооружение может появиться в России в начале следующего десятилетия.

Это действительно так, насколько можно судить по увеличивающемуся объёму сообщений на эту тему, отмечают военные эксперты, оговариваясь, что они не знают того, что держится в секрете. Так, близки к производству противокорабельные гиперзвуковые ракеты «Циркон-С» (проект 3М22), которые разрабатываются с 2011 года. Предполагается, что они будут приняты на вооружение к концу 2010-х годов и войдут в арсенал модернизированных ракетоносцев проекта 949АМ, новых многоцелевых субмарин проекта 885 и 885М, тяжёлых атомных ракетных крейсеров проекта 1144 и надводных кораблей перспективного типа «Лидер».

Об успешных испытаниях гиперзвуковых боеголовок для Стратегических ядерных сил Царьград также сообщал. Они предназначены для использования на новейших типах ракет, прежде всего «Сарматах».

Между тем некоторые образцы подобных вооружений уже производятся серийно.

Ту-22М

Американскую ПРО можно сдавать в утиль

Напомним, что о проведении успешных испытаний гиперзвукового блока для межконтинентальной ракеты «Сармат» Царьград сообщал в октябре, достаточно подробно для подобного рода засекреченных разработок рассказав об этом изделии. Этот аппарат, он же объект 4202, просто не может быть перехвачен современными средствами ПРО даже теоретически.

Так, гиперзвуковой летательный аппарат 4202 отходит от ракеты-носителя на высоте порядка 100 км и летит к цели на скорости 5–7 км/с. Перед входом в плотные слои атмосферы непосредственно над целью аппарат совершает сложный манёвр, затрудняющий его перехват средствами противоракетной обороны.

По мере развития технологии такие аппараты могут собираться во временные комплексы на управляемом носителе, что превращает такой вид вооружений в суборбитальный ядерный бомбардировщик. Впрочем, неизбежный прогресс в повышении точности этого оружия может сделать его и не ядерным, но — высокоточным инструментом мгновенного глобального удара неядерными средствами. Об этом, как писал Царьград, усиленно думают американцы. У них, кстати, тоже идут подобные разработки: одно по линии DARPA и ВВС — FALCON, другое по линии армии — AHW.

В проекте FALCON разрабатываются технологии создания маневрирующего суборбитального аппарата с полезной нагрузкой до полутонны. AHW — более простой аппарат, который нередко называют просто планирующей гиперзвуковой бомбой. Во время испытаний он уже успешно прошёл 3700 километров на скоростях до 8 Махов и на высоте до 100 километров.

Вторая попытка – за лазером. Впрочем, сомнительно

Успешные испытания гиперзвуковых ракет России и Китая заставили США задуматься о модернизации системы ПВО, сообщает Washington Free Beacon. Комитет по вооружённым силам Конгресса США проводит законопроект о модернизации американского противоракетного комплекса и создании лазерного оружия для противостояния этой новой стратегической угрозе. Комитет уже принял поправку к законопроекту об ассигнованиях на национальную оборону, согласно которой Агентству по противоракетной обороне США предстоит разработать программу борьбы с растущей угрозой высокоскоростных, маневрирующих ракет.

Чтобы противостоять российским гиперзвуковым ракетам, Вашингтон собирается усовершенствовать свой комплекс для высотного заатмосферного перехвата ракет средней дальности THAAD. Но в то же время есть осознание, что слишком большие надежды на него возлагать не приходится. Проблема в том, что гиперзвуковые маневрирующие летательные аппараты за пределы атмосферы и не выходят. Они летят в её верхних слоях, в стратосфере, маневрируя, как сказано выше, непредсказуемым образом на скорости 12 тысяч километров в час или выше, откуда по той же непредсказуемой траектории устремляются к наземной цели.

THAAD

Поэтому США сейчас ускоренно развивают разработки лазерного оружия, которое, теоретически, способно пресечь такие фокусы гиперзвуковых глайдеров: всё же скорость света повыше будет. По словам главы Агентства по противоракетной обороне Джеймса Сайринга, Вашингтон намерен вложить 23 миллиона долларов в разработку лазерного оружия, которое призвано обезопасить Соединённые Штаты от гиперзвуковых ракет. Правда, как отметил Сайринг, испытания нового оружия пройдут не раньше 2021 года.

Бывший офицер военной разведки Ларри Уортзел заявил по этому поводу: «Гиперзвуковое оружие – одна из областей, где Китай и Россия, как видим, опережают США. Между тем прогресс, который США достигли в сфере оружия направленной энергии, незначителен. Если Министерство обороны будет работать над “третьим противовесом”, кто знает, где еще Китай сможет добиться преимущества?»

На сомнительность оборонных возможностей лазера в этом смысле Царьграду указывал видный военный аналитик Виктор Литовкин. Проблема в том, что луч лазера – это, по сути, луч света, рассказал он. То есть для него имеются те же ограничения: ослабление энергии в атмосфере, рассеяние во взвесях, капитуляция перед препятствиями – например, при задаче пробиться сквозь слой тяжёлой облачности. Для лазера подходящая среда – космос, но там вступают в силу ограничения по энергетике – не всегда возможно на орбиту отправить пусть компактный, но ядерный реактор.

Наконец, всё ещё проще. Нынешние боевые возможности лазера – это вывести из строя электронику или прицелы на вражеских летательных аппаратах. Гиперболоида инженера Гарина, способного взрезать броневую защиту, из них пока не получается. Следовательно, более или менее непрозрачная защитная оболочка на любом устройстве достаточно сильно ослабит боевые возможности лазерного оружия.

А уж гиперзвуковой аппарат и вовсе движется в плазменном облаке. Что представляет собою против неё лазерный луч? Практически ничего…

Всемирный забег на гиперзвуковую скорость

Ведущие западные политики начали глобальную дискуссию о рисках, возникающих в связи с появлением в арсенале Российской Федерации гиперзвуковых вооружений. Эксперты в сфере контроля над вооружениями пытаются оценить потенциал нового вида оружия, однако на этом этапе обсуждение упирается в отсутствие важных технических данных и недостаток профильной терминологии. Статья публикуется в рамках партнерства с Российским советом по международным делам (РСМД)

Импульс обсуждению угроз, связанных с гиперзвуковым оружием, придал президент России Владимир Путин 1 марта 2018 года, рассказав о российских системах «Авангард» и «Кинжал». В обращении к Федеральному собранию он рассказал о некоторых впечатляющих особенностях нового стратегического ракетного комплекса: «Он идет к цели как метеорит, как огненный шар, температура на поверхности изделия — 1600-2000 градусов по Цельсию. Крылатый блок при этом надежно управляется».

Попытку взять инициативу в обсуждении темы дестабилизирующих технологий в свои руки сделал министр иностранных дел Германии Хейко Маас. В марте 2019 года он спешно организовал в Берлине международную конференцию «2019. Capturing Technology. Rethinking Arms Control». Открывая мероприятие, он сказал: «Маневрирующие ракеты, летящие со скоростью, многократно превышающей скорость звука, просто не оставляют времени для обдуманной человеческой реакции. Заявление России о том, что первые системы «Авангард» поступят на вооружение в этом году, свидетельствует, что речь идет не просто о научной фантастике. Поэтому я хотел бы воспользоваться этой конференцией как возможностью для налаживания международного диалога по ракетам, который бы учитывал как вызовы, создаваемые новыми технологиями, так и опасность их распространения. Эксперты, собравшиеся здесь сегодня, могли бы стать ядром такого рода инициативы по глобальному ракетному диалогу».

Однако дискуссия на мероприятии показала, что для многих участников тема гиперзвука оказалась малознакомой. Признанные эксперты в сфере контроля над ракетными вооружениями оказались не готовы к предметному разговору о гиперзвуковых технологиях. В результате дискуссия свелась к разговору о ДРСМД.

По итогам конференции министры иностранных дел Германии, Нидерландов и Швеции подписали политическую декларацию, в которой призвали «выработать общее понимание того, как технологически усовершенствованный военный потенциал может изменить характер военных действий, и как это повлияет на глобальную безопасность».

В Соединенных Штатах, где собственные гиперзвуковые проекты и до этого развивались динамично, в частности в рамках программы «Первого глобального удара», использовали заявление российского президента как повод подстегнуть инвестиции в проекты Пентагона. «Мы упустили техническое превосходство в гиперсонике, но мы не проиграли схватку за гиперзвук», — заявил заместитель председателя Объединенного комитета начальников штабов генерал Пол Селва. А заместитель министра обороны по исследованиям и разработкам Майк Гриффин назвал «гиперзвук» своим главным приоритетом и призвал развернуть производственную базу на тысячи гиперзвуковых ракет для сдерживания потенциальных врагов.

Помощник главы Минобороны США по гиперзвуковым проектам Майк Уайт сообщил, что Пентагон будет овладевать гиперзвуковым оружием в три этапа: в первую очередь крупные инвестиции планируются в разработку ударных вооружений, затем — в гиперзвуковые оборонительные системы, и примерно через 10 лет — в многоразовые гиперзвуковые аппараты. Статья расходов на гиперзвуковые проекты в бюджете Пентагона увеличилась с 201 млн долл. в 2018 г. до 278 млн долл. в 2019 г., а вся программа оценивается в 2 млрд долл.

Пекин не остался в стороне от «войны слов». Китай выдал несколько фантастических сообщений: о «серии успешных испытаний гиперзвуковых аппаратов»; о создании материала, способного выдерживать температуры в 3000 градусов; и даже о создании универсального двигателя, способного развивать скорость от ноля до гиперзвуковых величин. Япония заявила о решимости создать аналог российской системы «Авангард» — High-speed Gliding Missile.

Министр обороны Франции Флоренс Парли сообщила о намерении создать на основе перспективной сверхзвуковой крылатой ракеты системы «воздух — воздух» ASN4G гиперзвуковой глайдер V-Max, который сможет летать на скорости более 6000 километров в час. Разработкой занимается компания «ArianeGroup», совместное предприятие Airbus и Safran. Испытательный полет аппарата ожидается в конце 2021 года.

Между тем мировое экспертное сообщество еще не выработало твердого научного определения понятию «гиперзвуковой аппарат». Гиперзвуковым принято считать полет в атмосфере на скорости выше пяти Махов, то есть в пять раз быстрее скорости звука. Вторая важная особенность гиперзвукового летательного аппарата — его способность маневрировать с использованием аэродинамических сил, а не просто корректировать точность попадания в цель. Это подразумевает более длительное пребывание аппарата в атмосфере и большую подверженность разрушительным факторам, связанным с атмосферным полетом.

Пока только очень немногие государства приближаются к созданию эффективного гиперзвукового оружия. Разработчикам-гиперзвуковикам приходится решать ряд технических проблем, как правило, свойственных только этой области. Речь идет, прежде всего, об обеспечении управляемого, устойчивого полета в разряженном воздухе, плотность которого меняется в зависимости от высоты. Среди прочего это создает сложности для двигателей, потребляющих атмосферный кислород.

Кроме того, на гиперзвуковых скоростях поток воздуха, обтекающий аппарат, превращается в светящуюся плазму, из-за поверхностного трения температура на носовом обтекателе может приближаться к 3000 градусов. Даже изготовленные из сверхтермостойких сплавов или композитов аппараты в результате нагрева и абляции теряют форму и изначальные аэродинамические качества. Например, американский сверхзвуковой высотный разведчик Lockheed SR-71 Blackbird от нагрева в полете удлинялся на 10 см, а после приземления из его сочленений сочилось топливо.

Стоит отметить, что отдельную проблему представляет задача управления аппаратом от старта до «момента приземления». Кокон плазмы вокруг аппарата блокирует радиосвязь. Для поиска решения этой задачи необходимы сложные и дорогостоящие исследования. Даже американские инженеры пока не нашли ключ к решению этого вопроса.

Еще одна сложность состоит в том, что облако плазмы чрезвычайно усложняет навигацию, которая должна быть автономной, быстрой и с малым пределом погрешности. При этом плазменный кокон делает невозможным использование электрооптических и радиочастотных головок самонаведения. Инерциальные системы не могут обеспечить необходимой точности на больших расстояниях. Разработчикам необходимо находить решение и для этой проблемы.

Что касается топлива, то его традиционные виды — авиационный керосин и метан — непригодны на гиперзвуковых скоростях. Гиперзвуковой аппарат требует специального горючего. Наконец, универсальный двигатель, способный разогнать аппарат от нуля до гиперзвуковых скоростей, еще не создан. И пока военным приходится использовать ракетные ускорители или сверхзвуковые самолеты для разгона аппаратов до скоростей, на которых способен включиться гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПРВД).

Среди гиперзвуковых летательных аппаратов можно выделить три типа, различающихся режимом полета. Первый — планирующий летательный аппарат или глайдер; бездвигательный летательный аппарат, который отделяется от баллистической ракеты на высоте примерно 100 км — скользит по верхней части атмосферы и маневрирует со скоростью 8-28 Махов. «Отталкиваясь» от атмосферы, подобно плоскому камню, пущенному по водной глади, такой планер может увеличить дальность полета в несколько раз. Второй — летательный аппарат с гиперзвуковым воздушно-реактивным двигателем, в котором горение происходит в гиперзвуковом воздушном потоке. Такой аппарат может летать только в атмосфере, поскольку нуждается в кислороде. Третий — квази-баллистическая или полубаллистическая ракета; это категория ракет, которые имеют низкую, в основном баллистическую траекторию, но при этом обладают способностью маневрировать в полете, чтобы уклониться от противоракетной обороны. Пример такой ракеты — российский Искандер-М, который летит с гиперзвуковой скоростью 2 100-2 600 м/с (6-7 Махов) на высоте 50 км.

В экспертном обороте встречается термин «аэробаллистический» аппарат. Однако это определение касается не скорости, а способа перемещения в пространстве: а именно — в смешанном режиме, частично по баллистической траектории, а частично — с использованием аэродинамических и газодинамических рулей. Аэробаллистическими могут быть не только гиперзвуковые, но и более медленные аппараты, хотя это определение закрепилось за гиперзвуковыми ракетами «Кинжал» и «Искандер-М».

От классических внеатмосферных баллистических ракет гиперзвуковые летательные аппараты отличает одна особенность. Хотя большинство баллистических ракет развивают скорость в десятки Махов, то есть тоже работают в гиперзвуковом скоростном режиме, их не относят к гиперзвуковым летательным аппаратам, если только они или их головные блоки не способны маневрировать в атмосфере с использованием аэродинамических сил.

Некоторые головные блоки баллистических ракет имеют возможность коррекции траектории на конечном участке полета. Но все же их не включают в разряд гиперзвуковых, поскольку целью их маневрирования является не увеличение дальности или уклонение от противоракетного удара, а только уменьшение кругового вероятного отклонения (КВО).

По назначению все гиперзвуковые аппараты можно разделить на пять категорий:

  1. Пилотируемые самолеты (первый и пока единственный в мире — North American X-15, установивший рекорд скорости в 6,72 Маха в 1967 г.)
  2. Беспилотные летательные аппараты (главным образом экспериментальные проекты, например, Boeing X-43, который в 2004 г. развил скорость в 9,6 Махов)
  3. Гиперзвуковые ракеты с ГПРВД (например, российская ракета 3M22 «Циркон»)
  4. Планирующие боевые блоки ракет (российский гиперзвуковой ракетный комплекс «Авангард» или американский Advanced Hypersonic Weapon)
  5. Космопланы и космолеты (советский космоплан «Буран» и американский Space Shuttle, достигшие скорости 25 Махов при возвращении).

Военные гиперзвуковые аппараты можно разделить на три категории:

1. Разведывательные аппараты

Сегодня известно о разработке лишь одного гиперзвукового чисто разведывательного самолета SR-72 компании «Lockheed Martin» (ожидаемая скорость до 7400 км/ч). Предполагается, что такой аппарат будет эффективнее космических спутников-разведчиков в процессе слежения за мобильными ракетными комплексами. Кроме того, в перспективе он может использоваться для доставки боеприпаса для молниеносного точечного удара.

Другой экспериментальный орбитальный гиперзвуковой аппарат «Boeing X-37B», о назначении которого мало известно, также может выполнять разведывательные задачи.

2. Ударные гиперзвуковые аппараты

Гиперзвуковые крылатые ракеты с ГПРВД, предназначенные для запуска с самолета, корабля или подводной лодки (российская ракета 3M22 «Циркон» или разрабатываемая американская X-51A Waverider). Они могут использоваться для уничтожения систем предупреждения о ракетном нападении, средств ПВО и ПРО, аэродромов, высокозащищенных командных пунктов и важных объектов противника.

Планирующие головные блоки ракет или глайдеры (российский «Авангард», американские Falcon, HIFiRE, HSSW/TBG (High Speed Strike Weapon/Tactical Boost Glide) производства Lockheed Martin, китайский WU-14/DF-ZF). Рассматриваются как в первую очередь средства нанесения ядерного удара.

Квази-баллистические ракеты (российские «Кинжал» и «Искандер-М», индийская тактическая ракета «Shaurya», китайская противокорабельная DF-21D). Примечательны тем, что благодаря небольшому апогею траектории остаются относительно малозаметными для радаров противника. Поскольку боеголовка способна менять курс, система ПРО противника не может точно определить объект, на который она нацелена, а маневренность существенно осложняет перехват.

3. Гиперзвуковые ракеты-перехватчики.

Зенитные управляемые ракеты, предназначенные для перехвата головных частей и боеголовок баллистических ракет, обычно на финальной части траектории полёта цели, при входе в атмосферу. Наиболее современные системы могут поражать баллистические ракеты на заатмосферных высотах, и даже сбивать спутники на низкой орбите.

Чтобы иметь шансы перехватить баллистическую цель, противоракеты должны обладать не только высокой скоростью, но и иметь способность быстрого старта и активного маневрирования. Ракеты американской ПРО Aegis RIM-161 SM-3 Block IIA могут развивать скорость до 15,25 Махов, противоракеты 48Н6ДМ системы С-400 — 7,5 Махов, а ракеты 77Н6-Н1 перспективной российской системы С-500 — 21 Мах.

Преимущества гиперзвуковых ракет

В сравнении с баллистическими гиперзвуковые ракеты обладают очевидными преимуществами. Во-первых, траектория полета гиперзвуковых ракет значительно ниже, чем у баллистических. За счет этого наземные радарные станции обнаруживают их позже, что делает гиперзвуковые ракеты более эффективным средством нападения. Во-вторых, благодаря маневрированию, скорости и непредсказуемой траектории гиперзвукового аппарата противник не может уверенно просчитать, куда нацелена ракета. Траектория баллистической ракеты сегодня просчитывается сравнительно легко. В-третьих, опыты по перехвату баллистических ракет проводились с 1960-х гг. С тех пор сообщения об успешных тестовых перехватах баллистических ракет появляются довольно часто. Однако задача перехвата маневрирующей в атмосфере на высокой скорости цели настолько сложна, что пока признается невыполнимой. Кроме того, предположительно, гиперзвуковые аппараты более экономичны в серийном производстве. При всей сложности разработки ГПРВД в нем практически нет движущихся частей, в разрезе он представляет трубу особой конфигурации. По мнению аналитиков американской компании «Capital Alpha Partners», «если гиперзвуковое оружие можно делать по цене 2 млн долл. или меньше, то это повлияет на планы по закупкам. Оружие, которое летает быстрее 5 Махов и может маневрировать, в конце этого десятилетия будет пользоваться большим спросом в США». Наконец, на гиперзвуковой скорости кинетическая энергия ракеты настолько высока, что ее будет достаточно, чтобы уничтожить определенные классы целей даже без использования заряда. Это дает экспертам повод говорить о том, что гиперзвуковые ракеты могут служить определенной альтернативой ядерному оружию.

Недостатки гиперзвуковых ракет

Что касается недостатков гиперзвуковых ракет, эксперты полагают, что ракеты не могут обеспечить высокой точности, поскольку установить головку неведения на такую ракету практически невозможно, а высокая скорость ведет к увеличению погрешности. Считается, что гиперзвуковой аппарат может обеспечить КВО 30-50 метров. Более того, высокоскоростные ракеты будут иметь большую инфракрасную сигнатуру в результате нагрева обшивки трением, что облегчит их обнаружение инфракрасным датчиком. Для конструкторов возникает потребность найти компромисс между скоростью удара и высокой вероятностью обнаружения на большей дальности. Стоит также отметить, что ракета с ГПВРД требует предварительного разгона до скорости около 3 Махов, что усложняет применение, поскольку требует использования ракетного ускорителя или высокоскоростного воздушного носителя. По мнению экспертов, в силу целого комплекса технических проблем у этого вида оружия пока относительно небольшая дальность действия (для ракет с ГПВРД — примерно до 1 000 км). В конце концов, секретность, окружающая этот вид оружия, провоцирует слухи и избыточные опасения, что может рассматриваться, как дестабилизирующий фактор, способный вызвать противника на упреждающий удар.

Вызовы для международной безопасности и стабильности

Американское экспертное сообщество внимательно изучило потенциал российских гиперзвуковых вооружений в плане нарушения баланса сил и в целом пришло к заключению, что этот арсенал не представляет экзистенциональной угрозы для крупных ядерных держав. Так, снаряжение ракетного комплекса «Авангард» планирующими блоками не увеличивает размер ядерного арсенала РФ, не повышает дальность действия или скорость нанесения удара. У США и других ядерных государств сохраняется возможность ответа на ядерное нападение.

Американские эксперты признают, что маневрирующие блоки практически невозможно перехватить. Но с учетом того, что американская ПРО обладает и весьма ограниченными возможностями для перехвата российских баллистических ракет, гиперзвуковые ракеты «Авангард» мало что меняют в ядерном раскладе. Для Соединенных Штатов это скорее технологический вызов, который болезненно воспринимают и в Пентагоне, и в Белом доме. Доминирование в области военных технологий остается приоритетом для американцев на протяжении десятилетий после запуска первого советского спутника. Поэтому новость о российских гиперзвуковых достижениях вызвала нервную реакцию в Вашингтоне. В то же время она стала поводом для изучения возможности вывода противоракетной обороны в космос. Лазерное оружие мощностью в один мегаватт считается пригодным для уничтожения и баллистических, и гиперзвуковых ракет. Современные американские технологии уже позволяют оснащать разные виды наземного транспорта лазерными установками мощностью более 50 кВт, а морские — более 150 кВт. Прослеживается тенденция, согласно которой мощность лазерных устройств увеличивается десятикратно каждые три года. В этой связи можно ожидать, что в течение пяти лет американские лазерные технологии достигнут уровня, который даст Пентагону надежду на досягаемую способность сбивать гиперзвуковые аппараты. Тогда на повестку дня встанет вопрос о размещении лазерного оружия на земной орбите.

Таким образом, появление гиперзвуковых вооружений в мировых арсеналах привнесет ряд дестабилизирующих факторов для международной безопасности. Во-первых, принятие на вооружение гиперзвуковых систем вооружения даст обладателю асимметричное преимущество перед другими развивающимися государствами. Во-вторых, оно подтолкнет развертывание лазерного компонента системы ПРО в космосе. В-третьих, оно будет провоцировать гонку новейших вооружений в мире, в том числе в смежных областях: лазерное оружие, гиперзвуковые противоракетные системы, кибер-оружие, рейлганы и беспилотные аппараты, как средства доставки ударных систем. Более того, для неядерных держав гиперзвуковые ракеты могут служить серьезным инструментом сдерживания или проекции силы. Стоит добавить, что гиперзвуковые ракеты могут стать средством нанесения обезоруживающего удара по противнику, чьи основные вооружения находятся в пределах досягаемости (пока в радиусе до 1 000 км). То есть развертывание гиперзвуковых вооружений может рассматриваться, как критическая угроза для близко расположенных соседних государств. Наконец, в мире возникают риски для режима контроля за ракетными технологиями (РКРТ). Тайная охота на ракетные компоненты — топливо, сплавы, электронные компоненты, чертежи корпусов — никогда не прекращалась. В новых условиях даже государства – члены РКРТ заинтересованы в приобретении технологий быстрого глобального удара.

Лидерами в создании гиперзвуковых вооружений, помимо России, являются Соединенные Штаты и Китай.

Китай

Несмотря на громкие заявления, Китай пока не представил миру надежный прототип гиперзвукового аппарата. Инженеры Поднебесной разработали сверхзвуковую противокорабельную крылатую ракету YJ-12, но на вооружении НОАК находятся лишь дозвуковые крылатые ракеты наземного базирования. Возможно, Пекин надеется перескочить через сверхзвуковой рубеж и сразу выйти на производство гиперзвуковых ракет.

Считается, что Китай ведет как минимум две программы по разработке гиперзвуковых аппаратов. С 2014 г. Пекин проводит испытания гиперзвукового аппарата DF-ZF (американское название — Wu-14) с баллистической ракетой средней дальности DF-17 (в перспективе — DF-31) в качестве носителя. Второй проект — ракета воздушного базирования CH-AS-X-13, прежде всего предназначенная для поражения авианосцев. По заявлению представителя Китайской инженерной академии, разработчикам из института механики удалось создать гиперзвуковой турбинно-прямоточный двигатель комбинированного цикла, который способен разогнать воздушный аппарат до 6 Махов.

США

В рамках программы HSSW (High Speed Strike Weapon) DARPA совместно с ВВС США работают над тремя гиперзвуковыми концептами. Первый — Tactical Boost Glide (TBG); планирующий боевой блок с твердотопливным ракетным ускорителем (совместный проект Lockheed Martin и Raytheon по созданию аналога российского «Авангарда»). Второй — гиперзвуковой аппарат HAWC (Hypersonic Air-breathing Weapon Concept производства компании «Boeing») с двигателем комбинированного цикла (турбинный блок будет разгонять аппарат до 2 Махов, затем двигатель перейдет на прямоточный режим с разгоном до гиперзвуковых скоростей). По некоторой информации, аппарат может быть возвращаемым. Созданием комбинированного двигателя Advanced Full Range Engine (AFRE) по контракту с DARPA занимается Northrop Grumman Corporation. Третий — беспилотный аппарат многоразового использования (в рамках проекта HyRAX и программы XS-1 Experimental Spaceplane), который будет использоваться в качестве недорогого средства выведения спутников двойного назначения на низкие околоземные орбиты.

Программа HSSW предполагает создание и испытание гиперзвукового ударного оружия до 2020 г. Среди основных требований этой программы — достижение высоких чисел М (6-10); дальность пуска гиперзвуковой ракеты более 1 000 км; точность поражения КВО < 5 м; возможность оснащения гиперзвуковой ракеты различными видами БЧ (проникающего, осколочно-фугасного или кассетного типа).

В научно-исследовательской лаборатории ВВС США изучают возможности создания комбинированной силовой установки для многоразовых аппаратов, в частности варианты интеграции гиперзвуковых воздушно-реактивных двигателей с турбореактивными двухконтурными двигателями с форсажной камерой сгорания.

Помимо DARPA, над созданием гиперзвуковой системы вооружений работает управление ракетно-космических систем американской армии совместно с лабораторией Sandia National Laboratory. Проект называется AHW (Advanced Hypersonic Weapon) с гиперзвуковым планирующим блоком HGV (hypersonic glide vehicle) и системой высокоточного наведения на конечном участке траектории.

Российское лидерство в гонке гиперзвуковых вооружений поколебало, но не изменило мировой баланс сил. Технологически Соединенные Штаты ненамного отстали, а в некоторых областях, возможно, и опережают российских разработчиков гиперзвуковых технологий; в частности — в создании комбинированной (или гибридной) силовой установки для гиперзвуковых летательных аппаратов, которая позволит создать многоразовый разведывательно-ударный аппарат. Однако это не отменяет того факта, что российские достижения стали неприятным сюрпризом для всех передовых держав.

Иначе выглядит ситуация для государств, не обладающих гигантскими ядерными арсеналами. Российский пример открыл для них окно возможностей. Обладание гиперзвуковыми вооружениями может показаться прекрасным средством для обеспечения решающего военного превосходства над технически запоздавшим соперником. Для отстающих в гонке вооружений стран гиперзвуковая угроза от недружественного соседа может выглядеть критической, потенциально обезоруживающей.

В военном деле неизвестность часто служит двигателем прогресса. Пока ведущие аналитические институты мира пытаются собрать доступную информацию и осмыслить масштабы возможных угроз, политики и военные дают зеленый свет инвестициям в новые военные программы. Мир открывает новую статью в военных бюджетах.

В апреле 2017 года согласно сообщениям российских информационных агентств и со ссылкой на источники в российском оборонном ведомстве стало известно, что в Российской Федерации проведены первые успешные испытания гиперзвуковой крылатой ракеты «Циркон». Утверждается, что в 2017 году «Циркон» проходит государственные испытания и, возможно, будет принят на вооружение уже в ближайшее время.

Как поменяется картина глобального военного противостояния после появления у противоборствующих сторон гиперзвуковых ракет и в чём состоит их принципиальная разница от предыдущего, сверхзвукового поколения крылатых ракет?

Необходимый экскурс в физику: гиперзвуковой барьер

Греческая приставка «гипер-» обозначает то же, что и русская приставка «сверх-» и обычно переводится «над», «чрезмерно» или «сверху». Получившееся со сверхзвуковой и гиперзвуковой скоростью «масло масляное» никого не смущает (в английском языке, кстати, присутствует та же ситуация с терминами supersonic и hypersonic) — все находящиеся «в теме» специалисты знают, что под сверхзвуковой скоростью подразумевается диапазон скоростей в 1-5 Махов, в то время как гиперзвуком называют скорости в 5-17 Махов. 1 Мах — это скорость звука в воздухе, она и определяет условные границы дозвукового, сверхзвукового и гиперзвукового движения.

Таким образом, сверхзвуковое движение — это перемещение тела со скоростью, превышающей скорость звука в среде, а гиперзвуковое движение — это перемещение тела со скоростью, превышающей пятикратную скорость звука в той же среде.

Упоминание «воздуха» или, если говорить шире, «среды» в определении сверхзвукового и гиперзвукового движения, как и использование безразмерных единиц Маха, — неслучайно. Связано это с тем, что при описании движения самолёта или ракеты в плотной внешней среде вы просто обязаны учитывать всё многообразие взаимодействий вашего летательного аппарата и среды — лобовое сопротивление, трение, подъёмную силу или аэродинамическое качество, в то время как при движении в относительном вакууме по околоземной орбите вы можете этими эффектами просто пренебречь.

Именно в силу наличия среды (атмосферного воздуха) при возвращении с орбиты скорость в 7,9 км/секунду неизбежно превращается в 23 Маха, как только космический корабль сталкивается с земной атмосферой. После этого он уже не может двигаться по инерции и пребывать на околоземной орбите, так как тут же начинается процесс его торможения о земную атмосферу, тут же вызывающий сход спутника, головной части ракеты или же спускаемого аппарата космического корабля с околоземной орбиты.

Гиперзвуковое движение и гиперзвуковой полёт

Однако отнюдь не всякое гиперзвуковое движение можно назвать гиперзвуковым полётом. В конце концов, в бытовом плане «летит» и брошенный вами камень, только вот никто его не рассматривает как «летательный аппарат».

Необходимым условием для того, чтобы назвать движущееся в атмосфере тело «летательным аппаратом», является так называемое аэродинамическое качество — отношение подъёмной силы аппарата к его лобовому сопротивлению. Обычно лобовое сопротивление рассматривается как вредное воздействие, в то время как подъёмная сила расценивается как полезная, так как позволяет, например, осуществлять горизонтальный или вертикальный манёвр. С этой точки зрения спускаемые аппараты советского космического корабля «Союз» и американского «Аполлона» не были гиперзвуковыми летательными аппаратами, хотя и двигались в земной атмосфере с гиперзвуковыми скоростями, так как имели аэродинамическое качество в диапазоне 0,25-0,368. Однако даже такой скромный коэффициент позволил этим спускаемым аппаратам осуществлять так называемый «спуск по аэродинамической траектории» с перегрузками в 4-6 g, в то время как первые советские космические корабли «Восток», у которых аэродинамическое качество было в районе 0,05–0,1, падали по «баллистической траектории» и мучили первых советских космонавтов запредельными перегрузками в 9 g.

Баллистическая траектория — это стандартная траектория ядерных боеголовок первых поколений баллистических ракет, которые стояли в 1960–1980-е годы на вооружении СССР, США и КНР. Такие ракеты и их головные части, хоть и двигались с гиперзвуковыми скоростями на конечном участке выведения и на участке входа в атмосферу, не могли маневрировать и менять свою траекторию, в силу чего становились лёгкой добычей для ракет системы ПРО.

Вверху «Газель», внизу «Спринт» в моменты загрузки ракет.

После разработки в СССР и в США сверхскоростных ракет-перехватчиков (в СССР — система 53Т6 «Газель», в США — система «Спринт»), которые в течение нескольких секунд достигали скорости в 17 Махов, стало ясно, что такие ракеты ПРО могут перехватить даже боеголовку, которая заходит по баллистической траектории на свою цель, для этого лишь было необходимо её обнаружить и вовремя запустить ракету-перехватчик в выбранную точку встречи.

Логичным ответом на такого рода противоядие стала разработка управляемых гиперзвуковых боевых блоков. Первыми в этом направлении добились успеха в СССР — для знаменитой МБР Р-36М2 «Воевода» (SS-18 Satan в западной классификации) в днепропетровском ОКБ «Южное» в конце 1970-х годов разработали управляемый боевой блок 15Ф178. Блок был оснащён достаточно простой системой маневрирования, которая представляла из себя отклоняемый конус на носу блока. Такой конус позволял на гиперзвуковых скоростях управлять блоком без применения двигателей. В 1980-х годах было проведено шесть испытаний управляемого гиперзвукового блока, а после распада СССР работы были продолжены на подмосковном «НПО Машиностроение». Проект получил название МБР «Альбатрос» и предполагал создание ракеты с маневрирующим и планирующим гиперзвуковыми блоками, которая могла бы осуществлять неожиданный гиперзвуковой манёвр до 1000 километров по горизонтали и поражать цели в непредсказуемых местах и с неожиданных направлений, полностью обесценивая усилия системы ПРО по перехвату блоков. С другой стороны, стало понятно, что управляемые гиперзвуковые блоки всё-таки имеют свои ограничения — их аэродинамическое качество хоть и позволяло изменять траекторию падения, всё же было недостаточным для настоящего управляемого гиперзвукового полёта, так как любой их манёвр сопровождался неизбежной потерей скорости и высоты. Для управляемого боевого блока, летящего «один раз», это было несущественно, но всё-таки гиперзвуковыми летательными аппаратами их можно было назвать чисто условно.

В середине 1990-х годов работы над МБР «Альбатрос» и гиперзвуковыми блоками для неё были прекращены, но уже через несколько лет на месте закрытой темы «Альбатроса» были развёрнуты работы над новыми гиперзвуковыми маневрирующими блоками для ракеты «Тополь-М» и её развития — МБР «Ярс», а также созданы гиперзвуковые блоки для других ракет нового поколения — «Сармата» и «Булавы».

На сегодняшний день, по неофициальным данным, все вновь принимаемые в России на боевое дежурство баллистические ракеты оснащаются управляемыми гиперзвуковыми боевыми блоками, что кратно повышает их живучесть и способность проникать даже через эшелонированные системы глобального ПРО.

США и Китай — мы тоже в деле!

Понятно, что создание в России гиперзвукового управляемого боевого блока и массовое разворачивание его на серийных МБР, вызвало симметричный ответ со стороны США и Китая.

Advanced Hypersonic Wheapon

В США основная программа разработки управляемых гиперзвуковых блоков получила название Advanced Hypersonic Wheapon (AHW) и включала в себя два испытания (в 2011 и в 2014 году), второе из которых закончилось неудачно. Как оказалось, даже планирование на гиперзвуковых скоростях сопряжено с целым рядом неприятных аэродинамических эффектов, которые делают задачу создания управляемого блока отнюдь не столь тривиальной задачей.

DH-17 или же DF-ZF

С похожими проблемами по разработке гиперзвуковых блоков столкнулся и Китай, в планы которого входит создание управляемого блока DH-17 (иногда называемого DF-ZF). Этот блок уже семь раз испытывался в КНР (в 2014–2017 годах), и, хотя результаты испытаний не оглашаются, со стороны Китая прозвучало заявление, что система будет готова не ранее 2020 года. Формально DH-17 объявлен «научным гиперзвуковым планером», однако и американские, и российские военные эксперты уверены в его военном назначении. Впрочем, задержка в создании DF-ZF может быть связана и с тем, что китайские военные замахнулись на создание не просто управляемого баллистического блока (боеголовки с управляющим отклоняемым конусом), но полноразмерного гиперзвукового планера, который может осуществлять сложный атмосферный манёвр. В таком случае китайский аппарат должен обладать уже гораздо более серьёзным аэродинамическим качеством, сравнимым с параметрами космических «челноков» (у «Спейс Шаттла» оно составляло 1, а у «Бурана» — 1,3). Конечно, это по-прежнему напоминает «полёт топора», для сравнения: у первого планера братьев Райт аэродинамическое качество составляло 6,5, а у серийного сверхзвукового бомбардировщика Ту-160 аэродинамическое качество больше 19. Однако такой аппарат может лететь по гораздо более сложным траекториям, нежели простой управляемый гиперзвуковой блок, что делает процесс его перехвата системой ПРО ещё более нетривиальной задачей.

Falcon HTV-2

Схожую концепцию «хорошего гиперзвукового летательного аппарата» начали разрабатывать и в США, где в 2010 и в 2011 годах было проведено два испытания гиперзвукового аппарата Falcon HTV-2 по секретной программе правительственного агентства DARPA. Оба испытания закончились неудачно, хотя аппарат и развил, согласно сообщениям при планировании, скорость в 20 Махов, в испытании 2010 года связь с ним была утрачена на 9-й минуте полёта, а в испытании 2011 года HTV-2 смог продержаться чуть дольше, просуществовав целых 26 минут. Впрочем, даже это не спасло программу Falcon HTV-2 от фактического закрытия — результаты испытаний были признаны неудовлетворительными.

И всё-таки нам нужен двигатель…

Надо сказать, что все до сих пор перечисленные системы используют всё-таки пассивный гиперзвуковой полёт — у них нет своего гиперзвукового двигателя.

Связано это с тем, что процесс гиперзвукового горения топлива схож с попытками удержать пламя свечи, стоя посреди бушующего шторма. Даже специальное керосиновое топливо горит при гиперзвуковых скоростях крайне неохотно, всё время пытаясь погаснуть в набегающем ураганном потоке встречного воздуха, используемого как окислитель.

В обычных ракетах на жидком или твёрдом ракетном топливе это решается тем, что гиперзвуковой поток воздуха просто отсекается от камер сгорания, а ракета использует в качестве компонента топлива или жидкий окислитель из баков (ЖРД — жидкостной ракетный двигатель), или же составную часть твёрдого топлива (РДТТ — ракетный двигатель твёрдого топлива). Платой за такую роскошь «возить с собой» оба компонента топлива является низкая эффективность ЖРД и РДТТ, которая характеризуется их низким удельным импульсом — мерой эффективности реактивного двигателя.

Удельный импульс измеряется в секундах и соответствует времени, на протяжении которого двигатель может развивать тягу в 1 килограмм-силу (10 ньютонов в системе СИ) при использовании топлива массой в 1 килограмм (весом в 10 ньютонов). В простом запоминании — «сколько секунд можно пролететь на одном килограмме топлива, поднимая ракету в 1 килограмм».

Для хорошего РДТТ этот параметр составляет около 270 секунд. Хороший ЖРД чуть более эффективен — его при таких модельных условиях хватит на 450 секунд полёта. А вот гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) где-то в 3 раза эффективнее ЖРД, показывая удельный импульс в 1200 секунд при 5 Махах и медленно снижая свою эффективность до тех же самых 450 секунд при 17 Махах. При более высоких скоростях лучше уже лететь на низкоэффективных ЖРД, тем более что при таких скоростях обычно требуется и большая высота полёта (40–50 километров), на которой просто трудно обеспечить двигателю достаточное количество кислорода из окружающего воздуха.

Первые работающие ГПВРД были созданы в конце существования СССР в рамках экспериментальной программы «Холод». Такое название программа получила неслучайно — в качестве горючего для двигателя экспериментальных ракет использовался жидкий водород. Водород является самым эффективным жидким топливом (теоретически на нём можно обеспечить удельный импульс в 8000 секунд на скорости в 5 Махов), однако он очень неудобен для боевой ракеты — её надо заправлять прямо перед стартом, а для заправки ракеты приходится использовать сложное криогенное оборудование.

В силу этого момента «Холод» так и остался в СССР, а потом и в России экспериментальной разработкой, хотя и позволил получить массу уникальных научных данных об условиях управляемого гиперзвукового полёта и гиперзвуковых двигателях. С другой стороны, полученные при разработке «Холода» заделы впоследствии были использованы в создании серийной гиперзвуковой ракеты, которая и получила уже упоминавшееся название «Циркон».

«Циркон»

Судя по всему, «Циркон» использует в качестве топлива уже не водород, а обычный (хотя и высокотехнологичный, со специальными присадками) керосин. Это очевидно не только исходя из требований к боевой ракете, но и учитывая тот факт, что «Цирконы» используют те же пусковые установки (ЗС14), что и предыдущее поколение противокорабельных крылатых ракет — сверхзвуковые «Ониксы». Использование жидкого водорода сразу бы подняло габаритные размеры ракеты — даже в жидком виде этот химический элемент занимает очень большой объём. Дальность стрельбы «Цирконом», согласно открытым данным, составляет около 400 километров; максимальная скорость ракеты указывается в районе 4-6 Махов. Практически это означает, что цель будет поражена «Цирконом» менее, чем через 4 минуты после запуска даже на предельном расстоянии в 400 километров, а его скорость около 2 км/секунду и возможность резкого манёвра на гиперзвуковой скорости делают его максимально сложной целью для любой системы ПВО. Таким образом, уже в ближайшее время в распоряжении российской армии может появиться новый «убийца авианосцев», который сможет по весьма «умеренной цене» отправить на дно любую гордость американского ВМФ.

Х-51, наследница «Холода»

Впрочем, и у США всё-таки есть свои успешные проекты в области гиперзвукового полёта. После массы деклараций и красивых проектов 1980-х годов, когда в США даже всерьёз рассматривали создание гиперзвукового пассажирского самолёта Х-30, выяснилось, что реальных результатов по разработке ГПВРД — с гулькин нос.

В итоге, конечно, никакого 150-местного Х-30 у американцев не вышло — для него не оказалось не только двигателя, но и нужных конструкционных материалов, а вопросы безопасности для пассажирского гиперзвукового самолёта даже не ставились. В реальности же в США был создан крошечный гиперзвуковой самолётик Х-43 (длина 3,66 м, размах крыльев 1,52 м, масса 1400 кг), при создании которого были использованы результаты исследований, полученные в СССР на гиперзвуковом летательном аппарате «Холод».

Дошло до смешного: последние эксперименты по программе «Холод», проходившие в ельцинской России, шли практически полностью по заказу NASA, которое и воспользовалось результатами испытаний советского, а теперь российского ГПВРД в своих разработках.

В итоге американцы уже к середине 2000-х годов добились устойчивых результатов на своём Х-43: после неудачи первого пуска второй полёт гиперзвукового аппарата прошёл уже в устойчивом режиме, а в третьем полёте, который случился 16 ноября 2004 года, гиперзвуковая лаборатория Х-43 показала рекордную скорость в 9,6 Маха.

Впоследствии результаты испытаний Х-43 были использованы американцами в следующей разработке — крылатой ракете Х-51, которая, как и российский «Циркон», перешла на керосин в качестве горючего. Разработка Х-51 идёт в рамках концепции «быстрого глобального удара», основная цель которого — сократить подлётное время высокоточных крылатых ракет и обеспечить обезоруживающий удар по штабам вероятного противника США. Испытания ракеты Х-51 были проведены в 2009–2013 годах, а принятие на вооружение планируется в середине 2020-х годов, после того как экспериментальная по сути Х-51 будет переработана в серийную ракету High Speed Strike Weapon (HSSW), которая сможет устанавливаться на истребители F-35 и бомбардировщики В-2.

Прототип X-51A

Параметры будущего HSSW уже ясны — как и «Циркон», эта ракета будет иметь крейсерскую гиперзвуковую скорость. Однако для HSSW она составит 5-8 Махов против 4-6 Махов у «Циркона», что определит и больший радиус поражения, который заявлен в пределе 920-1100 километров (500-600 морских миль).

Это означает, что расстояние в 1000 километров (например, как от акватории Балтийского моря возле польского Гданьска до Москвы) такая ракета может преодолеть за неполных 6 минут, при этом не попадая под договоры об ограничении ракет средней и малой дальности и крылатых ракет. Такие возможности делают HSSW достаточно грозным оружием и заставляют всерьёз расценивать гиперзвуковое оружие как серьёзную угрозу.

Тем не менее у России как минимум уже есть «Циркон» и ещё около десяти лет в запасе, чтобы найти адекватный ответ на угрозу HSSW, которая, к сожалению, тоже создана на основе достижений советского и российского гения, проложившего дорогу к гиперзвуковому движению.