Ameriško letalstvo je preizkusilo X-51A Waverider, ki mu je uspelo doseči 5-kratno hitrost zvoka in je lahko letel več kot 3 minute, s čimer je postavil svetovni rekord, ki so ga prej imeli ruski razvijalci. Na splošno je bil test uspešen, hipersonično orožje je pripravljeno za dirko.
27. maja 2010 je bil X-51A Waverider (ohlapno preveden kot val valov in v "nehotenem" kot deskar) padel z bombnika B-52 nad Tihim oceanom. Ojačevalna stopnja X-51A, izposojena iz znane rakete ATCAMS, je Waverider pripeljala na nadmorsko višino 19,8 tisoč metrov, kjer je bil vklopljen hiperzvočni motor s hitrim curkom (GPRVD ali scrumjet). Po tem se je raketa dvignila na višino 21, 3 tisoč metrov in pobrala hitrost 5 mahov (5 M - pet hitrosti zvoka). Skupaj je raketni motor deloval približno 200 sekund, nato pa je X-51A poslal signal za samouničenje v povezavi z izbruhom prekinitev telemetrije. Po načrtu naj bi raketa razvila hitrost 6 M (po projektu je bila hitrost X-51 7 M, torej več kot 8000 km / h), motor pa je moral delovati za 300 sekund.
Testi niso bili popolni, vendar jim to ni preprečilo, da bi postali izjemen dosežek. Čas delovanja motorja je trikrat presegel prejšnji rekord (77 s), ki ga je imel sovjetski (pozneje ruski) leteči laboratorij "Kholod". 5M hitrost je bila najprej dosežena s konvencionalnim ogljikovodikovim gorivom, ne pa z nekim "ekskluzivnim", kot je vodik. Waverider je uporabil JP-7, kerozin z nizko paro, ki se uporablja na znamenitem izvidniškem letalu za ultra visoke hitrosti SR-71.
Kaj je Scrumjet in kaj je bistvo trenutnih dosežkov? Načeloma so ramjetni motorji (ramjetni motorji) veliko enostavnejši od turboreaktivnih motorjev (turboreaktivnih motorjev), ki so vsem znani. Ramjetni motor je preprosto dovod zraka (edini gibljivi del), zgorevalna komora in šoba. Pri tem se ugodno primerja z mlaznimi turbinami, kjer se tej osnovni shemi, ki so jo izumili leta 1913, s skupnimi prizadevanji za potiskanje zraka v zgorevalno komoro doda ventilator, kompresor in sama turbina. V motorjih s krožnim curkom to funkcijo opravlja sam tok prihajajočega zraka, kar takoj odpravi potrebo po prefinjenih oblikah, ki delujejo v toku vročih plinov in drugih dragih užitkih v turboreaktivni dobi. Posledično so motorji ramjet lažji, cenejši in manj občutljivi na visoke temperature.
Enostavnost pa ima svojo ceno. Motorji z neposrednim tokom so pri podzvočni hitrosti neučinkoviti (do 500-600 km / h sploh ne delujejo)-preprosto nimajo dovolj kisika, zato potrebujejo dodatne motorje, ki pospešijo aparat do učinkovitih hitrosti. Ker sta volumen in tlak zraka, ki vstopa v motor, omejena le s premerom dovoda zraka, je izjemno težko učinkovito nadzorovati potisk motorja. Motorji Ramjet so običajno "izostreni" za ozek razpon obratovalnih hitrosti, zunaj njega pa se začnejo neustrezno obnašati. Zaradi teh inherentnih pomanjkljivosti pri podzvočnih hitrostih in zmernih nadzvočnih motorjih turboreaktivni motorji korenito presegajo konkurente z neposrednim tokom.
Razmere se spremenijo, ko okretnost letala za 3 zamahe preseže lestvico. Pri visokih hitrostih letenja se zrak toliko stisne na vhodu motorja, da potreba po kompresorju in drugi opremi izgine - natančneje, postanejo ovira. Toda pri teh hitrostih se nadzvočni motorji s pravokotnim curkom SPRVD ("ramjet") počutijo odlično. Ker pa se hitrost povečuje, se prednosti brezplačnega "kompresorja" (nadzvočnega pretoka zraka) za oblikovalce motorjev spremenijo v nočno moro.
Pri turboreaktivnih in SPVRD kerozinih opeklinah pri relativno nizki stopnji pretoka - 0,2 M. To vam omogoča, da dosežete dobro mešanje zraka in vbrizganega kerozina ter s tem visoko učinkovitost. Večja kot je hitrost dohodnega toka, težje ga je zavirati in večje so izgube, povezane s to vajo. Od 6 M je treba pretok upočasniti 25-30 krat. Ostaja le še zgorevanje goriva v nadzvočnem toku. Tu se začnejo resnične težave. Ko zrak vstopi v zgorevalno komoro s hitrostjo 2,5-3 tisoč km / h, postane postopek vzdrževanja zgorevanja po besedah enega od razvijalcev podoben "poskušanju prižgati vžigalico sredi tajfuna. " Ne tako dolgo nazaj je veljalo, da je v primeru kerozina to nemogoče.
Težave razvijalcev hipersoničnih vozil nikakor niso omejene na ustvarjanje uporabnega SCRVD. Premagati morajo tudi tako imenovano toplotno oviro. Letalo se zaradi trenja v zrak segreje, intenzivnost ogrevanja pa je neposredno sorazmerna s kvadratom hitrosti toka: če se hitrost podvoji, se ogrevanje poveča štirikrat. Ogrevanje letala med letom pri nadzvočnih hitrostih (zlasti na majhnih nadmorskih višinah) je včasih tako veliko, da vodi do uničenja strukture in opreme.
Pri letenju s hitrostjo 3 M, tudi v stratosferi, je temperatura vhodnih robov dovoda zraka in vodilnih robov krila več kot 300 stopinj, preostale kože pa več kot 200. Naprava z hitrost 2-2,5 krat več se bo ogrela 4-6 krat več. Hkrati se tudi pri temperaturah okoli 100 stopinj organsko steklo zmehča, pri 150 - se trdnost duralumin znatno zmanjša, pri 550 - titanove zlitine izgubijo potrebne mehanske lastnosti, pri temperaturah nad 650 stopinj pa se stalijo aluminij in magnezij, jeklo se zmehča.
Visoko stopnjo ogrevanja je mogoče rešiti s pasivno toplotno zaščito ali z aktivnim odvajanjem toplote z uporabo rezerv goriva na krovu kot hladilnika. Težava je v tem, da z zelo spodobno sposobnostjo hlajenja kerozina - toplotna zmogljivost tega goriva je le polovica vode - ne prenaša dobro visokih temperatur, količine toplote, ki jih je treba "prebaviti", pa preprosto pošastna.
Najbolj enostaven način za rešitev obeh težav (nadzvočno zgorevanje in hlajenje) je opustitev kerozina v korist vodika. Slednji relativno hitro - v primerjavi s petrolejem - seveda gori tudi v nadzvočnem toku. Hkrati je tekoči vodik iz očitnih razlogov tudi odličen hladilnik, ki omogoča, da ne uporabljate velike toplotne zaščite in hkrati zagotovite sprejemljivo temperaturo na krovu. Poleg tega ima vodik trikrat večjo kurilno vrednost kot kerozin. To omogoča dvig meje dosegljivih hitrosti do 17 M (največ pri ogljikovodikovem gorivu - 8 M) in hkrati naredi motor bolj kompakten.
Ni presenetljivo, da je večina prejšnjih rekordnih hiperzvočnih letal letela ravno na vodiku. Vodikovo gorivo je uporabil naš leteči laboratorij "Kholod", ki doslej zaseda drugo mesto po trajanju motorja scramjet (77 s). Zanj je NASA dolžna rekordno hitrost za reaktivna vozila: leta 2004 je hiperzvočno letalo NASA X-43A brez posadke doseglo hitrost 11,265 km / h (ali 9,8 M) na nadmorski višini 33,5 km.
Uporaba vodika pa povzroča druge težave. En liter tekočega vodika tehta le 0,07 kg. Tudi če upoštevamo trikrat večjo "energetsko zmogljivost" vodika, to pomeni štirikratno povečanje prostornine rezervoarjev za gorivo s konstantno količino shranjene energije. Posledica tega je povečanje velikosti in teže aparata kot celote. Poleg tega tekoči vodik zahteva zelo posebne pogoje delovanja - "vse grozote kriogenih tehnologij" in posebnost vodika samega - je zelo eksploziven. Z drugimi besedami, vodik je odlično gorivo za eksperimentalna vozila in kosilne stroje, kot so strateški bombniki in izvidniška letala. Toda kot gorivo za množično orožje, ki lahko temelji na običajnih platformah, kot je običajen bombnik ali uničevalec, je neprimerno.
Še toliko pomembnejši je dosežek ustvarjalcev X-51, ki jim je uspelo brez vodika in hkrati doseči impresivne hitrosti ter rekordne kazalnike za trajanje leta z motorjem ramjet. Del rekorda je posledica inovativne aerodinamične zasnove - prav tega valovitega leta. Nenavaden kotni videz aparata, njegova divja zasnova ustvarja sistem udarnih valov, oni in ne telo aparata postanejo aerodinamična površina. Posledično nastane dvižna sila z minimalno interakcijo vpadnega toka s samim telesom in posledično se intenzivnost njegovega segrevanja močno zmanjša.
X-51 ima črno ogljikovo-ogljikovo toplotno zaščito, ki se nahaja le na samem vrhu nosu in na zadnji strani spodnje strani. Glavni del telesa je prekrit z belim nizkotemperaturnim toplotnim ščitom, ki označuje razmeroma nežen način ogrevanja: in to pri 6-7 M v dokaj gostih plasteh ozračja in se neizogibno potopi v troposfero do cilja.
Namesto vodikove "pošasti" je ameriška vojska pridobila napravo, ki jo poganja praktično letalsko gorivo, kar jo nemudoma odpelje s polja zabavnega eksperimenta v področje resnične uporabe. Pred nami ni več demonstracija tehnologije, ampak prototip novega orožja. Če bo X-51A uspešno opravil vse teste, se bo čez nekaj let začel razvoj polnopravne bojne različice X-51A +, opremljene z najsodobnejšim elektronskim polnjenjem.
Po predhodnih načrtih Boeinga bo X-51A + opremljen z napravami za hitro identifikacijo in uničenje ciljev v pogojih aktivnega nasprotovanja. Sposobnost upravljanja vozila s spremenjenim vmesnikom JDAM, namenjenim ciljanju na visoko natančno strelivo, je bila uspešno preizkušena med lanskimi predhodnimi testi. Letalo novega vala se dobro prilega standardnim dimenzijam ameriških izstrelkov, to je, da se varno prilega ladijskim navpičnim izstrelitvenim napravam, transportno-izstrelitvenim zabojnikom in bombaškim zalivom. Upoštevajte, da je raketa ATCAMS, od katere je bila izposojena ojačevalna stopnja za Waverider, operativno-taktično orožje, ki ga uporabljajo ameriški raketni sistemi MLRS.
Tako so ZDA 12. maja 2010 nad Tihim oceanom preizkusile prototip popolnoma praktične hipersonične križarjene rakete, sodeč po načrtovanem polnjenju, namenjenem uničenju visoko zaščitenih kopenskih ciljev (predvideni doseg je 1600 km). Morda jim bodo čez čas dodali površinske. Poleg izjemne hitrosti bodo takšne rakete imele tudi visoko prodorno sposobnost (mimogrede, energija telesa, pospešenega na 7 M, je praktično enaka naboju TNT iste mase) in - pomembna lastnost statično nestabilnih valov - sposobnost zelo ostrih manevrov.
To še zdaleč ni edini obetaven poklic hipersoničnega orožja.
Konec devetdesetih let so poročila Natove svetovalne skupine za vesoljske raziskave in razvoj (AGARD) navedla, da bi morale imeti hiperzvočne rakete naslednje aplikacije:
- premagati utrjene (ali zakopane) sovražnikove cilje in kompleksne kopenske cilje na splošno;
- zračna obramba;
- osvajanje letalske prevlade (takšne rakete se lahko štejejo za idealno sredstvo za prestrezanje visoko letečih zračnih ciljev na dolge razdalje);
- protiraketna obramba - prestrezanje izstrelitve balističnih raket na začetni stopnji poti.
- uporabljati kot brezpilotne letalnike za večkratno uporabo tako za udarjanje na kopenske cilje kot za izvidništvo.
Nazadnje je jasno, da bodo hiperzvočne rakete najučinkovitejši - če ne celo edini - protistrup proti hipersoničnemu napadalnemu orožju.
Druga smer v razvoju hipersoničnega orožja je ustvarjanje majhnih motorjev s trdim pogonom, nameščenih v projektilih, namenjenih uničenju zračnih ciljev (kalibri 35-40 mm), pa tudi oklepnih vozil in utrdb (kinetičnih ATGM). Leta 2007 je Lockheed Martin končal preskuse prototipa kinetične protitankovske rakete CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Takšna raketa na razdalji 3400 m je uspešno uničila sovjetski tank T-72, opremljen z izboljšanim reaktivnim oklepom.
V prihodnosti se lahko pojavijo še bolj eksotične zasnove, na primer čezatmosferska letala, ki so sposobna podorbitalnih letov na medcelinskem območju. Tudi manevriranje hiperzvočnih bojnih glav za balistične rakete je zelo pomembno - in to v bližnji prihodnosti. Z drugimi besedami, v naslednjih 20 letih se bodo vojaške zadeve dramatično spremenile in hipersonične tehnologije bodo postale eden najpomembnejših dejavnikov te revolucije.
