Yhdysvaltain ilmavoimat testasivat X-51A Waveriderin, joka onnistui saamaan nopeuden viisinkertaiseksi äänen nopeuteen verrattuna ja kykeni lentämään yli 3 minuuttia ja asettamaan venäläisten kehittäjien aiemmin pitämän maailmanennätyksen. Testi meni kaiken kaikkiaan hyvin, hypersonic -aseet ovat valmiita kilpailuun.
27. toukokuuta 2010 X-51A Waverider (käännetty löyhästi aaltolennoksi ja "tahattomana" surffaajana) pudotettiin B-52-pommikoneesta Tyynenmeren yli. Tunnetulta ATCAMS-rakettilta lainattu X-51A-tehostinlaji toi Waveriderin 19,8 tuhannen metrin korkeuteen, jossa käynnistettiin hypersonic-ramjet-moottori (GPRVD tai scrumjet). Sen jälkeen raketti nousi 21,3 000 metrin korkeuteen ja nousi 5 Machin nopeuteen (5 M - viisi äänen nopeutta). Rakettimoottori toimi yhteensä noin 200 sekuntia, minkä jälkeen X-51A lähetti signaalin itsetuhoon telemetrian keskeytysten puhkeamisen yhteydessä. Suunnitelman mukaan raketin piti kehittää nopeutta 6 M (projektin mukaan X-51: n nopeus oli 7 M, eli yli 8000 km / h), ja moottorin piti toimia 300 sekuntia.
Testit eivät olleet täydellisiä, mutta tämä ei estänyt heitä tulemasta erinomaiseksi saavutukseksi. Moottorin käyttöaika ylitti kolme kertaa entisen ennätyksen (77 s), joka oli Neuvostoliiton (myöhemmin Venäjän) lentolaboratorion "Kholod" hallussa. 5 M nopeus saavutettiin ensin tavanomaisella hiilivetypolttoaineella, ei "eksklusiivisella", kuten vedyllä. Waverider käytti JP-7: tä, matalahöyryistä kerosiinia, jota käytettiin kuuluisassa SR-71-huippunopeassa tiedustelulentokoneessa.
Mikä on Scrumjet ja mikä on nykyisten saavutusten ydin? Periaatteessa ramjet -moottorit (ramjet -moottorit) ovat paljon yksinkertaisempia kuin turbojet -moottorit (turbojet -moottorit), jotka ovat kaikille tuttuja. Ramjet -moottori on yksinkertaisesti ilmanottoaukko (ainoa liikkuva osa), polttokammio ja suutin. Tässä tapauksessa sitä verrataan suotuisasti suihkuturbiiniin, jossa tuuletin, kompressori ja itse turbiini lisätään tähän vuonna 1913 keksittyyn perusjärjestelmään yhdessä pyrkimällä ohjaamaan ilmaa polttokammioon. Ramjet -moottoreissa tämän toiminnon suorittaa itse vastaantuleva ilmavirta, mikä eliminoi välittömästi tarpeen kehittyneille rakenteille, jotka toimivat kuumien kaasujen virtassa ja muissa kalliissa iloissa turboreaktorikäytössä. Tämän seurauksena ramjet -moottorit ovat kevyempiä, halvempia ja vähemmän herkkiä korkeille lämpötiloille.
Yksinkertaisuudella on kuitenkin hintansa. Suoravirtausmoottorit ovat tehottomia aliäänenopeuksilla (jopa 500-600 km / h eivät toimi ollenkaan)-niillä ei yksinkertaisesti ole tarpeeksi happea, ja siksi he tarvitsevat lisämoottoreita, jotka kiihdyttävät laitteen tehokkaille nopeuksille. Koska moottoriin tulevan ilman tilavuutta ja painetta rajoittaa vain ilmanottoaukon halkaisija, moottorin työntövoimaa on erittäin vaikea hallita tehokkaasti. Ramjet -moottoreita "teroitetaan" yleensä kapealle käyttönopeusalueelle, ja sen ulkopuolella ne alkavat käyttäytyä puutteellisesti. Näiden luontaisten puutteiden vuoksi alleäänenopeuksilla ja kohtuullisella yliäänellä, turbojet-moottorit ylittävät radikaalisti suoran virtauksen kilpailijansa.
Tilanne muuttuu, kun lentokoneen ketteryys menee pois asteikolta 3 keinua kohden. Suurella lennonopeudella ilma puristuu niin paljon moottorin imuaukkoon, että kompressorin ja muiden laitteiden tarve häviää - tarkemmin sanottuna niistä tulee este. Mutta näillä nopeuksilla yliääniset ramjet -moottorit SPRVD ("ramjet") tuntuvat hyvältä. Nopeuden kasvaessa ilmaisen "kompressorin" (yliäänisen ilmavirran) edut muuttuvat kuitenkin painajaiseksi moottorin suunnittelijoille.
Turbo- ja SPVRD -polttoaineissa kerosiini palaa suhteellisen alhaisella virtausnopeudella - 0,2 M. Näin voit saavuttaa hyvän ilman ja ruiskutetun kerosiinin sekoittumisen ja vastaavasti korkean hyötysuhteen. Mutta mitä suurempi saapuvan virran nopeus on, sitä vaikeampaa on jarruttaa ja sitä suuremmat tähän harjoitukseen liittyvät häviöt. Alkaen 6 M, virtausta on hidastettava 25-30 kertaa. Jäljellä on vain polttoaineen polttaminen yliäänivirtauksella. Tästä alkavat todelliset vaikeudet. Kun ilma pääsee palokammioon nopeudella 2,5-3 tuhatta km / h, palamisen ylläpitämisprosessista tulee yhden kehittäjän sanoin samanlainen kuin "yrittää pitää tulitikun valaistuna taifuunin keskellä. " Ei niin kauan sitten uskottiin, että kerosiinin tapauksessa tämä on mahdotonta.
Hypersonic -ajoneuvojen kehittäjien ongelmat eivät suinkaan rajoitu toimivan SCRVD: n luomiseen. Heidän on myös voitettava ns. Lämpöeste. Lentokone lämpenee kitkaa ilmaa vasten, ja lämmitysteho on suoraan verrannollinen virtausnopeuden neliöön: jos nopeus kaksinkertaistuu, lämmitys kasvaa nelinkertaiseksi. Lentokoneen lämmitys lennon aikana yliäänenopeuksilla (erityisesti matalilla korkeuksilla) on joskus niin suurta, että se johtaa rakenteen ja laitteiden tuhoutumiseen.
Kun lentää 3 M: n nopeudella, jopa stratosfäärissä, ilmanottoaukon sisäänkäynnin reunojen ja siiven etureunojen lämpötila on yli 300 astetta ja muun ihon - yli 200 astetta. nopeus 2-2,5 kertaa enemmän lämpenee 4-6 kertaa enemmän. Samaan aikaan jopa 100 asteen lämpötiloissa orgaaninen lasi pehmentää, 150 ° C: ssa - duralumiinin lujuus vähenee merkittävästi, 550 ° C: ssa - titaaniseokset menettävät tarvittavat mekaaniset ominaisuudet, ja yli 650 asteen lämpötiloissa alumiini ja magnesium sulavat, teräs pehmentää.
Korkea lämmitystaso voidaan ratkaista joko passiivisella lämpösuojalla tai aktiivisella lämmönpoistolla käyttämällä aluksella olevia polttoainevarastoja jäähdyttimenä. Ongelmana on, että jos petroleeni on erittäin kunnollinen "jäähdytyskyky" - tämän polttoaineen lämpökapasiteetti on vain puolet veden lämmöstä - se ei siedä hyvin korkeita lämpötiloja, ja "sulattamisen" vaativat lämpötilat yksinkertaisesti hirvittävä.
Yksinkertaisin tapa ratkaista molemmat ongelmat (yliääninen palaminen ja jäähdytys) on hylätä petroli vedyn hyväksi. Jälkimmäinen palaa suhteellisen helposti - tietysti kerosiiniin verrattuna - palaa jopa yliäänivirtauksessa. Samaan aikaan nestemäinen vety on ilmeisistä syistä myös erinomainen jäähdytin, jonka ansiosta ei voida käyttää massiivista lämpösuojaa ja samalla varmistaa hyväksyttävä lämpötila aluksella. Lisäksi vedyllä on kolme kertaa kerosiinin lämpöarvo. Tämä mahdollistaa saavutettavien nopeuksien rajan nostamisen jopa 17 M: iin (maksimi hiilivetypolttoaineella - 8 M) ja samalla moottorin pienentämisen.
Ei ole yllättävää, että suurin osa aiemmista ennätyksellisistä hypersonic-lentokoneista lensi tarkasti vedyn avulla. Vetypolttoainetta käytti lentävä laboratoriomme "Kholod", joka on toistaiseksi toisella sijalla scramjet -moottorin keston (77 s) suhteen. Hänelle NASA on velkaa ennätysnopeuden suihkukoneille: vuonna 2004 miehittämätön NASA X-43A hypersonic -lentokone saavutti nopeuden 11 265 km / h (tai 9,8 M) 33,5 km: n lentokorkeudessa.
Vedyn käyttö aiheuttaa kuitenkin muita ongelmia. Yksi litra nestemäistä vetyä painaa vain 0,07 kg. Vaikka otetaan huomioon vedyn kolminkertainen "energiakapasiteetti", tämä tarkoittaa polttoainesäiliöiden tilavuuden nelinkertaistamista, kun varastoitua energiaa on jatkuvasti. Tämä johtaa laitteen koko ja painon täyttämiseen. Lisäksi nestemäinen vety vaatii erittäin erityisiä käyttöolosuhteita - "kaikki kryogeenisten tekniikoiden kauhut" ja itse vedyn spesifisyyden - se on erittäin räjähtävää. Toisin sanoen, vety on erinomainen polttoaine kokeellisille ajoneuvoille ja kappalekoneille, kuten strategisille pommikoneille ja tiedustelulentokoneille. Mutta polttoaineena joukkoaseille, jotka voivat perustua tavanomaisiin alustoihin, kuten tavallinen pommikone tai tuhoaja, se ei sovellu.
Vielä tärkeämpää on X-51: n luojat, jotka onnistuivat ilman vetyä ja saavuttivat samalla vaikuttavat nopeudet ja ennätysindikaattorit lennon ajaksi ramjet-moottorilla. Osa ennätyksestä johtuu innovatiivisesta aerodynaamisesta suunnittelusta - juuri tästä aaltolennosta. Laitteen outo kulmikas ulkonäkö, sen villin näköinen muotoilu luo iskuaaltojärjestelmän, ja heistä, eikä laitteen rungosta, tulee aerodynaaminen pinta. Tämän seurauksena nostovoima syntyy, kun tulovirtaus on minimaalisesti vuorovaikutuksessa itse kehon kanssa, ja sen seurauksena sen lämmityksen voimakkuus vähenee jyrkästi.
X-51: ssä on musta hiili-hiili korkean lämpötilan lämpösuoja, joka sijaitsee vain nenän kärjessä ja alapuolella. Pääosa kehosta on peitetty valkoisella matalan lämpötilan lämpösuojalla, mikä osoittaa suhteellisen lempeän lämmitystilan: ja tämä on 6-7 M: n alueella melko tiheissä ilmakehän kerroksissa ja väistämättä sukeltaa troposfääriin kohteeseen.
Vety "hirviön" sijasta Yhdysvaltain armeija on hankkinut käytännöllisellä lentopolttoaineella toimivan laitteen, joka vie sen heti pois huvittavan kokeilun kentästä todelliseen sovellukseen. Edessämme ei ole enää teknologian esittely, vaan uuden aseen prototyyppi. Jos X-51A läpäisee kaikki testit, muutaman vuoden kuluttua aloitetaan X-51A +: n täysimittaisen taisteluversion kehittäminen, joka on varustettu nykyaikaisimmalla elektronisella täytteellä.
Boeingin alustavien suunnitelmien mukaan X-51A + varustetaan laitteilla, joiden avulla kohteet voidaan nopeasti tunnistaa ja tuhota aktiivisen vastustuksen olosuhteissa. Kykyä hallita ajoneuvoa käyttämällä modifioitua JDAM-rajapintaa, joka on suunniteltu kohdistamaan tarkkoja ammuksia, testattiin onnistuneesti viime vuoden alustavissa testeissä. Uuden aallon lentokone sopii hyvin amerikkalaisten ohjusten vakiomittoihin eli turvallisesti aluksen pystysuoriin laukaisulaitteisiin, kuljetus- ja laukaisusäiliöihin ja pommikoneisiin. Huomaa, että ATCAMS-ohjus, josta Waveriderin tehostinlaina lainattiin, on operatiivisesti taktinen ase, jota käyttävät amerikkalaiset MLRS-laukaisurakettijärjestelmät.
Niinpä Yhdysvallat testasi 12. toukokuuta 2010 Tyynenmeren yläpuolella täysin käytännöllisen hypersonic -risteilyohjuksen prototyypin suunnitellun täytön perusteella, joka on suunniteltu tuhoamaan erittäin suojatut maakohteet (arvioitu kantama on 1600 km). Ehkä ajan myötä niihin lisätään pintamateriaaleja. Valtavan nopeuden lisäksi tällaisilla ohjuksilla on suuri tunkeutumiskyky (muuten 7 M: iin kiihdytetyn kappaleen energia vastaa käytännössä saman massan TNT -varausta) ja - staattisesti epävakaiden aaltojen tärkeä ominaisuus - kyky tehdä erittäin teräviä liikkeitä.
Tämä on kaukana ainoasta lupaavasta hypersonic -aseiden ammatista.
1990 -luvun lopulla Naton avaruustutkimuksen ja kehityksen neuvoa -antavan ryhmän (AGARD) raporteissa todettiin, että hypersonic -ohjuksilla pitäisi olla seuraavat sovellukset:
- voittaa linnoitetut (tai haudatut) viholliskohteet ja yleensä monimutkaiset maakohteet;
- ilmatorjunta;
- ilman ylivallan valloittaminen (tällaisia ohjuksia voidaan pitää ihanteellisena keinona siepata korkealla lentäviä ilmakohteita pitkiä matkoja);
- ohjuspuolustus - ballististen ohjusten laukaisu radan alkuvaiheessa.
- käyttää uudelleenkäytettäviä droneja sekä iskuihin maalla että tiedusteluun.
Lopuksi on selvää, että hypersonic -ohjukset ovat tehokkain - ellei ainoa - vastalääke hypersonic -hyökkäysaseita vastaan.
Toinen suunta hypersonic-aseiden kehittämisessä on pienikokoisten kiinteän polttoaineen scramjet-moottoreiden luominen ammuksiin, jotka on suunniteltu tuhoamaan ilmatavoitteet (kaliiperi 35-40 mm), sekä panssaroidut ajoneuvot ja linnoitukset (kineettiset ATGM: t). Vuonna 2007 Lockheed Martin saattoi päätökseen kineettisen panssarintorjuntaohjuksen CKEM (Compact Kinetic Energy Missile) prototyypin testit. Tällainen ohjus 3400 metrin etäisyydellä tuhosi onnistuneesti Neuvostoliiton T-72-säiliön, joka oli varustettu parannetulla reaktiivisella panssarilla.
Tulevaisuudessa saattaa esiintyä vielä eksoottisempia malleja, esimerkiksi ilmakehän läpi suuntautuvia lentokoneita, jotka pystyvät lentämään suborbitaalisesti mannertenvälisellä alueella. Myös ballististen ohjusten hypersonic -taistelukärkien ohjaaminen on varsin ajankohtaista - ja lähitulevaisuudessa. Toisin sanoen, seuraavien 20 vuoden aikana sotilasasiat muuttuvat dramaattisesti ja hypersonisista tekniikoista tulee yksi tämän vallankumouksen tärkeimmistä tekijöistä.
