Сверхзвуковые крылатые ракеты
Обсудить 0
Когда 21 июля 2011 года была официально закрыта программа Space Shuttle, закончилась не только эра пилотируемых орбитальных челноков, но и в каком-то смысле вся эпоха «крылатой романтики», известной множеством попыток сделать из самолета нечто большее, чем просто самолет. Ранние эксперименты с установкой на крылатую машину ракетного двигателя относятся к концу 20-х годов прошлого века. Ракетопланом был и X-1 (1947 год) — первый в истории пилотируемый летательный аппарат, преодолевший скорость звука. Его фюзеляж имел форму увеличенной в масштабе пулеметной пули калибра 12,7 мм, а ракетный двигатель сжигал в своей камере обычный спирт с помощью жидкого кислорода.
MBDA CVS Perseus (Франция). Перспективная сверхзвуковая крылатая ракета. Скорость 3 Маха. Длина 5 м. Вес боевой части — 200 кг. Запуск с морских и воздушных платформ. Обладает отделяемыми БЧ. Дальность 300 км.
Инженеры нацистской Германии работали не только над баллистической V-2, но и над «праматерью» всех крылатых ракет — V-1 с пульсирующим воздушно--реактивным двигателем. Ойген Зенгер мечтал о сверхдальнем «антиподном» ракетоплане-бомбардировщике «Зильберфогель», а Вольф Троммсдорфф — о стратегической крылатой ракете с прямоточным двигателем (см. статью). По окончании войны бывшие союзники — СССР и США — принялись активно изучать немецкое наследие, чтобы на его основе создать оружие, на этот раз друг против друга. И хотя по обе стороны «железного занавеса» были скопированы и V-1 и V-2, американцам всегда был ближе «авиационный» подход, что в конечном итоге и стало одной из причин первоначального отставания Америки в области баллистических технологий (несмотря на обладание самим Вернером фон Брауном).
Гиперзвуковой аппарат Х-43. Предтеча крылатой ракеты X-51. Являлся третьей ступенью системы: бомбардировщик B-52 — разгонная крылатая ракета — Х-43. Оснащен ГПВРД. Установил рекорд скорости — 9, 8 Маха.
С бомбой на «Снарке»
И потому именно в США была построена фактически первая и единственная из когда-либо принятых на вооружение крылатых ракет с межконтинентальным (более 10000 км) радиусом действия — SM-62 Snark. Создавали ее в стенах корпорации Northrop, и фактически она была беспилотным самолетом, выполненным (что весьма характерно для Northrop) по схеме «бесхвостка», так что в качестве рулей высоты у этого снаряда использовались элевоны на крыльях. Этот «самолет» можно было даже при необходимости вернуть с задания (если еще не произошел отстрел БЧ) и посадить на аэродром, а затем использовать повторно. Snark стартовал с помощью ракетных ускорителей, затем включался авиационный турбореактивный двигатель Pratt & Whitney J57, и ракета начинала свой путь к цели. За 80 км до нее на высоте 18 км от снаряда с помощью пиропатронов отстреливалась БЧ (штатно содержавшая 4-мегатонный термоядерный боеприпас). Далее боеголовка следовала к цели по баллистической траектории, а оставшаяся часть ракеты разрушалась и превращалась в облако обломков, которые, по крайней мере теоретически, могли выполнять роль ложных целей для ПВО.
Гиперзвук в России
О планах создания гиперзвуковых крылатых ракет в последнее время объявляли представители отечественной «оборонки». В частности такими планами делился Генеральный директор реутовского НПО «Машиностроения» Александр Леонов. Как известно, именно это предприятие совместно с индийскими специалистами разработало противокорабельную сверхзвуковую ракету Brahmos, которая считается самой быстрой на сегодняшний день крылатой ракетой, из числа принятых на вооружение. Также о намерении начать работы по созданию гиперзвуковой ракеты на предприятии заявлял глава корпорации «Тактическое ракетное вооружение» Борис Обносов. Эти работы поручены ГосМКБ «Радуга» в Дубне.
Самостоятельный полет снаряда обеспечивала новаторская для того времени, но очень несовершенная система астрокоррекции, основанная на трех телескопах, нацеленных на разные звезды. Когда в 1961 году президент США Кеннеди приказал снять с вооружения едва заступившие на боевое дежурство «Снарки», это оружие уже было морально устаревшим. Военных не устраивал ни досягаемый советской ПВО потолок в 17 000 м, ни, разумеется, скорость, которая не превышала среднюю скорость современного лайнера, так что путь к далекой цели занимал бы долгие часы. Несколько раньше был похоронен другой проект, до постановки на вооружение не доживший. Речь идет о North American SM-64 Navaho — сверхзвуковой крылатой ракете, также межконтинентальной дальности (до 6500 км), которая использовала стартовые ракетные ускорители и прямоточный воздушно-реактивный двигатель для достижения скорости 3700 км/ч. Снаряд проектировался под термоядерную БЧ.
Ракета X-51 использует в своем ГПВРД топливо JP-7, отличающееся высокой температурой воспламенения и термической устойчивостью. Оно создано специально для сверхзвуковой авиации и использовалось в двигателях Lockheed SR-71.
Жизнь после МБР
Советским ответом на Navaho стали разрабатывавшиеся также в 1950-е годы проекты «Буря» (КБ Лавочкина) и «Буран» (КБ Мясищева). Основанные на той же идеологии (ракетный ускоритель плюс ПВРД), эти проекты отличались весом БЧ («Буран» создавался как более тяжелый носитель), а еще тем, что у«Бури» были успешные пуски, а «Буран» так ни разу и не полетел.
И советские, и американские межконтинентальные «крылатые» проекты канули в Лету по одной и той же причине — во второй половине 1950-х семена, посеянные фон Брауном, дали свои плоды, и обозначился серьезный прогресс в баллистических технологиях. Стало понятно, что и в качестве межконтинентального носителя ядерных зарядов, и для освоения космоса проще, эффективнее и дешевле использовать баллистические ракеты. Постепенно сошла на нет тема пилотируемых орбитальных и суборбитальных ракетопланов, представленных у американцев проектами Dyna Soar, который отчасти воплощал в жизнь мечту Ойгена Зенгера, и X-15, а в СССР — аналогичными разработками конструкторских бюро Мясищева, Челомея и Туполева, включая знаменитую «Спираль».
Огневой подогреватель воздуха, разработанный научно-исследовательской группой «Экспериментальные исследования горения» в МАИ в рамках проекта LEA. Огневой подогреватель воздуха, который позволяет в лабораторных условиях моделировать параметры воздушного потока на выходе воздухозаборника ГПРВД. Такой подогреватель сконструирован в МАИ в рамках проекта подготовки тестового полета гиперзвукового летательного аппарата. Проект получил название LEA, и был инициирован французскими фирмами Onera и MBDA, в нем также приняли участие российские ученые и конструкторы.
Но все однажды возвращается. И если идеи и наработки по ранним ракетопланам отчасти воплотились в Space Shuttle и его аналоге «Буране» (век которых, впрочем, тоже прошел), то возвращение интереса к небаллистическому ракетному оружию межконтинентального радиуса действия мы продолжаем наблюдать в наши дни.
Недостаток МБР не только в том, что их траектория легко вычислима (для чего приходится хитрить с маневрируемыми боеголовками), но и в том, что их применение при существующем миропорядке и действующем режиме контроля за стратегическими вооружениями практически невозможно, даже если они несут неядерный боеприпас. Аппараты типа крылатых ракет способны выполнять сложные маневры в атмосфере, не подвержены столь жестким ограничениям, но, к сожалению, летают слишком медленно и не очень далеко. Если создать управляемый снаряд, который может преодолеть межконтинентальную дистанцию хотя бы за час-полтора, это был бы идеальный инструмент современных глобальных военных операций. О таком оружии в последнее время часто говорят в связи с американской концепцией Global Prompt Strike. Суть ее хорошо известна: американские военные и политики рассчитывают получить в свои руки средства нанесения удара неядерной боеголовкой по любой точке мира, причем от принятия решения об ударе до поражения цели должно пройти не больше часа. Обсуждалось, в частности, использование размещенных на подводных лодках ракет Trident II с неядерным оснащением, однако сам факт пуска такой ракеты может привести к крайне неприятным последствиям — например, в виде ответного удара, но уже ядерного. Поэтому использование конвенциональных «Трайдентов» может представлять собой серьезную политическую проблему.
Маскировка под ПРО
Зато все новые виды неядерного оружия, даже со стратегическими задачами, американцы ни под какие ограничения подводить не собираются и активно ведут работы по созданию арсенала Global Prompt Strike. В качестве альтернативы баллистическим ракетам рассматриваются гиперзвуковые летательные аппараты (ГЗЛА), которые могут иметь конструкцию крылатой ракеты, то есть обладать собственным двигателем (обычно имеется в виду гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель, ГПВРД), или планирующего снаряда, гиперзвуковую скорость которому сообщают маршевые ступени обычных баллистических ракет.
Разрабатываемая ныне в США противоракета SM-3 Block IIA чаще всего упоминается в связи с модернизацией американской ПРО. Она, подобно предыдущим модификациям SM-3, встанет на вооружение системы ПРО морского базирования Aegis. Особенность BlockII — заявленная способность перехватывать на определенном участке траектории МБР, что позволит включить систему Aegis в состав стратегической противоракетной обороны США. Однако в 2010 году американские военные объявили, что на базе SM-3 Block IIA будет также создана ударная система большой дальности под кодовым названием ArcLight. Как планируется, маршевые ступени противоракеты выведут на гиперзвуковую скорость планирующий аппарат, который будет способен пролететь до 600 км и доставить к цели боеголовку массой 50−100 кг. Общая дальность полета всей системы составит до 3800 км, причем на этапе самостоятельного полета гиперзвуковой планер полетит не по баллистической траектории и получит возможность маневрировать для высокоточного наведения на цель. Настоящей изюминкой этого проекта можно назвать тот факт, что благодаря унификации с SM-3 ракетная система ArcLight сможет быть размещена в тех же самых вертикальных пусковых установках, которые предназначены для противоракет. Таких «гнезд» в распоряжении ВМС США 8500, причем никто, кроме американских военных, не будет знать, размещены ли на данном корабле противоракеты или оружие «глобального мгновенного удара».
North American XB-70 Valkyrie — один из самых экзотических проектов американского авиапрома. Этот высотный бомбардировщик, рассчитанный на полет со скоростью 3 Маха, впервые поднялся в воздух в 1964 г. Считается, что помимо экспериментальной крылатой ракеты X-51, «Валькирия» является летательным аппаратом, имевшим характеристики волнолета. Благодаря опускаемым вниз законцовкам крыла, бомбардировщик использовал компрессионную подъемную силу, производимую ударными волнами.
Разящий «сокол»
Помимо разработки «продвинутых» разгонных ступеней, отдельную инженерную проблему являет собой конструкция самого планера, ввиду специфичности аэродинамических процессов, протекающих в ходе гиперзвукового полета. Однако, похоже, и в этом направлении определенные успехи достигнуты.
Первое испытание
Первое в мире летное испытание ГПВРД было проведено нашими учеными и состоялось в последние дни существования СССР.
Несмотря на очевидное лидерство США в области конструирования летательных аппаратов с ГПВРД не стоит забывать, что пальма первенства в создании действующей модели двигателя этого типа принадлежит нашей стране. В 1979 году Комиссия Президиума Совета министров СССР утвердила комплексный план научно-исследовательских работ по применению криогенного топлива для авиадвигателей. Отдельное место в этом плане было отведено и созданию ГПВРД. Основную часть работ в этой области провел ЦИАМ им. Л.И. Баранова. Летающая лаборатория для испытаний ГПВРД была создана на основе зенитной ракеты 5В28 ЗРК С-200 и получила название «Холод». Вместо боевой части в ракету встраивались емкость для жидкого водорода, системы управления и сам двигатель Э-57. Первое испытание состоялось 28 ноября 1991 г на полигоне Сары-Шаган в Казахстане. В ходе испытаний максимальное время работы ГПВРД составило 77 с., была достигнута скорость 1855 м/с. В 1998 г. испытания летной лаборатории проходили по контракту c NASA.
Еще в 2003 году главный «мозговой трест» американской оборонной промышленности — агентство DARPA — в сотрудничестве с ВВС США объявил программу FALCON. Это слово, переводимое с английского как «сокол», является к тому же и аббревиатурой, расшифровывающейся как «Приложение силы при запуске из континентальной части США». Программа предусматривала разработку как разгонных ступеней, так и гиперзвукового планера в интересах Global Prompt Strike. Частью этой программы было также создание беспилотного самолета HTV-3X на гиперзвуковых прямоточных двигателях, однако финансирование впоследствии было прекращено. А вот планер, получивший обозначение Hypersonic Technology Vehicle-2 (HTV-2), был воплощен в металле и имел вид рассеченного пополам (по вертикали) конуса. В апреле 2010 и в августе 2011 года состоялись испытания планера, и оба полета принесли определенное разочарование. Во время первого пуска HTV-2 отправился в полет с помощью легкого носителя Minotaur IV с базы ВВС Ванденберг. Ему предстояло пролететь 7700 км до атолла Кваджелейн в районе Маршалловых островов в Тихом океане. Однако через девять минут связь с ним была потеряна. Сработала система автоматического прекращения полета, как полагают, в результате того, что аппарат «закувыркался». Очевидно, конструкторы на тот момент не смогли решить задачу сохранения стабильности полета при изменении положения рулящих аэродинамических поверхностей. Второй полет также прервался на девятой минуте (из 30). При этом, как сообщается, HTV-2 удалось развить вполне «баллистическую» скорость в 20 Махов. Однако уроки неудач были, по всей видимости, быстро усвоены. 17 ноября 2011 года другой аппарат под названием Advanced Hypersonic Weapon (AHW) прошел испытание успешно. AHW не был полным аналогом HTV-2 и рассчитывался на более короткую дистанцию, однако имел схожую конструкцию. Он стартовал в составе трехступенчатой разгонной системы с пусковой площадки на острове Кауаи Гавайского архипелага и достиг испытательного полигона им. Рейгана на атолле Кваджелейн.
Тяжелое дыхание
Параллельно теме гиперзвукового планера американские конструкторы ведут разработку самодвижущихся аппаратов для Global Prompt Strike или, попросту говоря, гиперзвуковых крылатых ракет. Разработанная корпорацией Boeing ракета X-51известна также под названием Waverider («оседлавший волну»). Благодаря своей конструкции аппарат использует для получения дополнительной подъемной силы энергию ударных волн, возникающих в воздухе при гиперзвуковом полете. Несмотря на то что принятие этой ракеты на вооружение планировалось как раз на 2017 год, сегодня это по‑прежнему экспериментальный аппарат, совершивший всего несколько полётов с включенным ГПВРД. 26 мая 2010 года Х-51 разогнался до 5 Махов, но двигатель проработал всего 200 секунд из 300. Второй пуск состоялся 13 июня 2011 года и закончился неудачей в результате помпажа прямоточного двигателя на гиперзвуковой скорости. Как бы то ни было, очевидно, что эксперименты с ГПВРД будут продолжаться как в Соединенных Штатах, так и в других странах, и, по‑видимому, надежные работающие технологии все-таки будут созданы в обозримом будущем.
