Zračne snage Sjedinjenih Država testirale su X-51A Waverider, koji je uspio postići brzinu 5 puta veću od brzine zvuka, te je mogao letjeti više od 3 minute, čime je postavljen svjetski rekord koji su ranije držali ruski programeri. Test je u cjelini dobro prošao, hipersonično oružje je spremno za utrku.
27. maja 2010. godine X-51A Waverider (labavo preveden kao talasni let, a u "nehotičnom" kao surfer) je pao sa bombardera B-52 iznad Tihog okeana. Pojasni stepen X-51A, posuđen od poznate rakete ATCAMS, doveo je Waverider na nadmorsku visinu od 19,8 hiljada metara, gdje je uključen hiperzvučni ramjetni motor (GPRVD ili scrumjet). Nakon toga, raketa se podigla na visinu od 21, 3 hiljade metara i pokupila brzinu od 5 maha (5 M - pet brzina zvuka). Ukupno je raketni motor radio oko 200 sekundi, nakon čega je X-51A poslao signal za samouništenje u vezi s izbijanjem telemetrijskih prekida. Prema planu, raketa je trebala razvijati brzinu od 6 M (prema projektu, brzina X-51 je bila 7 M, odnosno preko 8000 km / h), a motor je morao raditi za 300 sekundi.
Testovi nisu bili savršeni, ali to ih nije spriječilo da postanu izvanredno postignuće. Vrijeme rada motora je tri puta premašilo prethodni rekord (77 s), koji je držala sovjetska (kasnije ruska) leteća laboratorija "Kholod". Brzina od 5 M prvo je postignuta konvencionalnim ugljikovodičnim gorivom, a ne nekim "ekskluzivnim" poput vodika. Waverider je koristio JP-7, kerozin niske pare koji se koristi na poznatom izviđačkom zrakoplovu SR-71.
Šta je Scrumjet i šta je suština trenutnih dostignuća? U principu, ramjet motori (ramjet motori) su mnogo jednostavniji od turbo -mlaznih motora (turbo -mlaznih motora) koji su svima poznati. Ramjet motor je jednostavno usisnik zraka (jedini pokretni dio), komora za izgaranje i mlaznica. U ovom slučaju on je povoljniji u poređenju sa mlaznim turbinama, gdje se ventilator, kompresor i sama turbina dodaju ovoj elementarnoj shemi, izmišljenoj daleke 1913. godine, udruženim naporima za ubacivanje zraka u komoru za sagorijevanje. U ramjet motorima ovu funkciju obavlja sam nadolazeći protok zraka, što odmah eliminira potrebu za sofisticiranim dizajnom koji radi u struji vrućih plinova i drugim skupim radostima turboreaktivnog vijeka. Kao rezultat toga, ramjetni motori su lakši, jeftiniji i manje osjetljivi na visoke temperature.
Međutim, jednostavnost ima svoju cijenu. Motori s direktnim protokom nisu učinkoviti pri podzvučnim brzinama (do 500-600 km / h uopće ne rade)-jednostavno nemaju dovoljno kisika, pa su im potrebni dodatni motori koji ubrzavaju aparat do efektivnih brzina. Zbog činjenice da su volumen i pritisak zraka koji ulazi u motor ograničeni samo promjerom usisnika zraka, izuzetno je teško učinkovito kontrolirati potisak motora. Ramjet motori se obično "izoštravaju" za uski raspon radnih brzina, a izvan njega se počinju ponašati neadekvatno. Zbog ovih svojstvenih nedostataka pri podzvučnim brzinama i umjerenog nadzvučnog, turboreaktivni motori radikalno nadmašuju konkurente s direktnim protokom.
Situacija se mijenja kada agilnost aviona za tri zamaha pređe skalu. Pri velikim brzinama leta zrak se toliko komprimira na ulazu u motor da potreba za kompresorom i drugom opremom nestaje - točnije, postaju smetnja. Ali pri tim brzinama supersonični ramjetni motori SPRVD ("ramjet") osjećaju se odlično. Međutim, kako se brzina povećava, prednosti besplatnog "kompresora" (nadzvučni protok zraka) pretvaraju se u moru za dizajnere motora.
U turbo -mlaznim i SPVRD gorivima kerozin sa relativno niskim protokom - 0,2 M. To vam omogućava da postignete dobro miješanje zraka i ubrizganog kerozina i, shodno tome, visoku efikasnost. No, što je veća brzina dolaznog toka, teže ga je kočiti i veći su gubici povezani s ovom vježbom. Počevši od 6 M, protok se mora usporiti 25-30 puta. Ostaje samo sagorijevanje goriva u nadzvučnom toku. Tu počinju prave poteškoće. Kada zrak uđe u komoru za izgaranje brzinom od 2,5-3 tisuće km / h, proces održavanja izgaranja postaje sličan, prema riječima jednog od programera, "pokušavajući držati šibicu upaljenu usred tajfuna. " Ne tako davno vjerovalo se da je to u slučaju kerozina nemoguće.
Problemi programera hipersoničnih vozila nikako nisu ograničeni na stvaranje funkcionalnog SCRVD -a. Također moraju prevladati takozvanu toplinsku barijeru. Avion se zagrijava od trenja o zrak, a intenzitet zagrijavanja je direktno proporcionalan kvadratu brzine strujanja: ako se brzina udvostruči, zagrijavanje se povećava četiri puta. Zagrijavanje zrakoplova u letu supersoničnim brzinama (posebno na malim visinama) ponekad je toliko veliko da dovodi do uništenja strukture i opreme.
Pri letenju brzinom od 3 M, čak i u stratosferi, temperatura ulaznih rubova usisnika zraka i prednjih rubova krila je veća od 300 stupnjeva, a ostatka kože - više od 200. Uređaj sa brzina 2-2,5 puta veća zagrijat će se 4-6 puta više. U isto vrijeme, čak i na temperaturama od oko 100 stupnjeva, organsko staklo omekšava, na 150 - čvrstoća duralumin -a se značajno smanjuje, na 550 - legure titana gube potrebna mehanička svojstva, a na temperaturama iznad 650 stupnjeva, aluminij i magnezij se tope, čelik omekšava.
Visok nivo zagrijavanja može se riješiti ili pasivnom toplinskom zaštitom, ili aktivnim uklanjanjem topline korištenjem rezervi goriva na brodu kao hladnjaka. Problem je u tome što s vrlo pristojnom sposobnošću kerozina da "hladi" - toplinski kapacitet ovog goriva je samo upola manji od vode - ne podnosi dobro visoke temperature, a količine topline koje je potrebno "probaviti" jednostavno su monstruozno.
Najjednostavniji način rješavanja oba problema (nadzvučno sagorijevanje i hlađenje) je napuštanje kerozina u korist vodika. Potonji relativno lako - u usporedbi s kerozinom - naravno - gori čak i u nadzvučnom toku. U isto vrijeme, tekući vodik je, iz očiglednih razloga, i odličan hladnjak, što omogućava da se ne koristi masivna toplinska zaštita i istovremeno osigura prihvatljiva temperatura na brodu. Osim toga, vodik ima tri puta više kalorične vrijednosti od kerozina. Ovo omogućava povećanje granice dostižnih brzina do 17 M (maksimalno na ugljikovodičnom gorivu - 8 M) i istovremeno čini motor kompaktnijim.
Nije iznenađujuće da je većina prethodnih rekordnih hiperzvučnih aviona letjela upravo na vodiku. Vodikovo gorivo koristila je naša leteća laboratorija "Kholod", koja do sada zauzima drugo mjesto po trajanju scramjet motora (77 s). Njemu NASA duguje rekordnu brzinu za mlazna vozila: 2004. NASA-ina bespilotna letjelica bez posade X-43A postigla je brzinu od 11,265 km / h (ili 9,8 M) na visini leta od 33,5 km.
Upotreba vodika, međutim, dovodi do drugih problema. Jedna litra tekućeg vodika teži samo 0,07 kg. Čak i uzimajući u obzir tri puta veći "energetski kapacitet" vodika, to znači četverostruko povećanje volumena spremnika goriva s konstantnom količinom uskladištene energije. To dovodi do napuhavanja veličine i težine aparata u cjelini. Osim toga, tekući vodik zahtijeva vrlo specifične radne uvjete - "sve strahote kriogene tehnologije" plus specifičnost samog vodika - izuzetno je eksplozivan. Drugim riječima, vodik je odlično gorivo za eksperimentalna vozila i komadne mašine poput strateških bombardera i izviđačkih aviona. Ali kao gorivo za masovno oružje koje se može zasnivati na konvencionalnim platformama poput običnog bombardera ili razarača, ono je neprikladno.
Tim je značajnije postignuće kreatora X-51, koji su uspjeli izdržati bez vodika i istovremeno postići impresivne brzine i rekordne pokazatelje za trajanje leta s ramjetnim motorom. Dio rekorda je posljedica inovativnog aerodinamičkog dizajna - upravo tog talasnog leta. Čudan ugaoni izgled aparata, njegov divlji dizajn stvara sistem udarnih talasa, oni postaju aerodinamička površina, a ne tijelo aparata. Kao rezultat toga, sila podizanja nastaje uz minimalnu interakciju upadnog toka sa samim tijelom i, kao rezultat, intenzitet njegovog zagrijavanja naglo opada.
X-51 ima crni toplinski štit od ugljika i ugljika visoke temperature koji se nalazi samo na samom vrhu nosa i sa stražnje strane donje strane. Glavni dio tijela prekriven je bijelim toplinskim štitom niske temperature, što ukazuje na relativno blagi način zagrijavanja: a to je na 6-7 M u prilično gustim slojevima atmosfere i neizbježno zaranja u troposferu do cilja.
Umjesto vodikovog "čudovišta", američka vojska nabavila je uređaj pogonjen praktičnim zračnim gorivom, koji ga odmah izbacuje iz polja zabavnih eksperimenata u područje stvarne primjene. Pred nama više nije demonstracija tehnologije, već prototip novog oružja. Ako X-51A uspješno prođe sve testove, za nekoliko godina započet će razvoj punopravne borbene verzije X-51A +, opremljene najmodernijim elektroničkim punjenjem.
Prema preliminarnim planovima Boeinga, X-51A + bit će opremljen uređajima za brzu identifikaciju i uništavanje ciljeva u uvjetima aktivnog suprotstavljanja. Sposobnost upravljanja vozilom korištenjem modificiranog JDAM interfejsa dizajniranog za gađanje visokoprecizne municije uspješno je testirana tokom preliminarnih testova prošle godine. Novi talasni avion dobro se uklapa u standardne dimenzije američkih raketa, odnosno sigurno se uklapa u brodske vertikalne lansirne uređaje, transportno-lansirne kontejnere i bombe. Imajte na umu da je raketa ATCAMS, od koje je posuđena pojačala za Waverider, operativno-taktičko oružje koje koriste američki raketni sistemi višestrukog lansiranja MLRS.
Tako su 12. maja 2010. godine iznad Tihog okeana Sjedinjene Američke Države testirale prototip potpuno praktične hipersonične krstareće rakete, sudeći prema planiranom punjenju, dizajnirane za uništavanje visoko zaštićenih kopnenih ciljeva (procijenjeni domet je 1600 km). Možda će im se vremenom dodati površinske. Osim ogromne brzine, takvi projektili će imati i visoku sposobnost prodiranja (usput, energija tijela ubrzanog na 7 M praktično je ekvivalentna trotilskom naboju iste mase) i - važno svojstvo statički nestabilnih valova - sposobnost vrlo oštrih manevara.
Ovo daleko od jedine perspektivne profesije hipersoničnog oružja.
Krajem 1990 -ih, u izvještajima NATO -ove Savjetodavne grupe za svemirska istraživanja i razvoj (AGARD) napominje se da bi hipersonične rakete trebale imati sljedeće primjene:
- poraziti utvrđene (ili zatrpane) neprijateljske ciljeve i složene kopnene ciljeve općenito;
- PVO;
- osvajanje nadmoći u zraku (takve se rakete mogu smatrati idealnim sredstvom za presretanje visoko letećih zračnih ciljeva na velikim udaljenostima);
- protivraketna odbrana - presretanje lansiranja balističkih projektila u početnoj fazi putanje.
- koristiti kao bespilotne letjelice za višekratnu upotrebu i za gađanje kopnenih ciljeva i za izviđanje.
Konačno, jasno je da će hipersonične rakete biti najefikasniji - ako ne i jedini - protuotrov protiv hipersoničnog napadačkog oružja.
Drugi smjer u razvoju hipersoničnog naoružanja je stvaranje malih scramjet motora sa čvrstim pogonom ugrađenih u projektile namijenjene uništavanju zračnih ciljeva (kalibri 35-40 mm), kao i oklopnih vozila i utvrđenja (kinetičke ATGM). Lockheed Martin je 2007. završio testiranje prototipa kinetičke protutenkovske rakete CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Takva raketa na udaljenosti od 3400 m uspješno je uništila sovjetski tenk T-72, opremljen poboljšanim reaktivnim oklopom.
U budućnosti se mogu pojaviti još egzotičniji projekti, na primjer, transatmosferski zrakoplovi sposobni za suborbitalne letove na međukontinentalnom rasponu. Manevriranje hiperzvučnim bojevim glavama za balističke rakete također je vrlo relevantno - i to u bliskoj budućnosti. Drugim riječima, u narednih 20 godina vojna pitanja će se dramatično promijeniti i hipersonične tehnologije postat će jedan od najvažnijih faktora ove revolucije.
