Прогресс в области создания гиперзвукового транспорта и вооружений в последние десятилетия демонстрировал настолько скромные темпы, что даже ярых оптимистов превратил в хмурых скептиков. Тем не менее новейший план НИОКР военно-воздушных сил США уверенно утверждает: действующее гиперзвуковое оружие появится в распоряжении Штатов уже в 2020 году.
Минуло уже полвека с момента, когда СССР и США осознали потенциал гиперзвуковых вооружений и начали поиски в данном направлении. Со времен экзотического проекта стратегической ракеты ASALM из поздних 1970-х до последних полетов беспилотника-демонстратора Boeing X-51A прошло более 30 лет, а добиться устойчивой работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя на гиперзвуковых скоростях по-прежнему не удалось. Эта область исследований демонстрирует обескураживающе медленный прогресс. Тем не менее ВВС США обнародовало новый стратегический план по НИОКР, и он ясно показывает, что именно скорость остается одним из главных приоритетов американских военных.
На этот раз план измеряется не годами, а декадами. Однако конструкторские задачи и сроки их выполнения обозначены в нем с предельной точностью, а финансовая часть стратегии предполагает необходимые инвестиции, даже несмотря на тяжелые времена.
Разработка пилотируемого гиперзвукового самолета потребует создания сложнейшего двигателя, сочетающего в себе турбореактивный двигатель для дозвуковых и сверхзвуковых скоростей, а также ГПВРД для гиперзвука. Работа над этим мотором потребует развития как минимум четырех ключевых технологий.
Текущая стратегия предусматривает два основных временных горизонта. Уже к 2020 году планируется разработать гиперзвуковое ударное вооружение, то есть крылатую ракету с гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД).
К 2030 году на свет должен появиться разведывательный самолет, вероятно пилотируемый. «Данные сроки мы считаем разумными с точки зрения вложения средств, — говорит Кристофер Клэй, специалист подразделения ВВС по НИОКР, — однако в случае острой необходимости мы можем ускориться».
Главными действующими лицами, разумеется, будут Исследовательская лаборатория ВВС (AFRL) и Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам DARPA. К ним присоединится ряд зарубежных разработчиков. Планируется использовать наработки всех проектов, которые когда-либо велись, но были закрыты, отменены или приостановлены в связи с нехваткой средств.
К ним относится и X-51A, которому пока что отмерен последний испытательный полет, и закрытый по финансовым причинам проект Blackswift — уникального самолета с гибридной силовой установкой, сочетающей турбореактивный двигатель и ГПВРД в одном агрегате.
«В AFRL было запущено множество проектов, но ни один из них не набрал критической массы. Поэтому было решено выбрать всего два и полностью на них сконцентрироваться», — поясняет Клэй. Причем первый и ранее развивался неплохими темпами, а вот второй многие годы топтался на одном месте.
Живи ярко, умри рано
Технология 1. Общая впускная система
Очевидно, что форма воздухозаборника будет целиком и полностью продиктована нуждами гиперзвукового прямоточного двигателя. Однако инженерам предстоит добиться того, чтобы турбореактивный мотор мог полноценно питаться даже на сверхзвуковых скоростях. Фактически воздухозаборник должен быть трехрежимным. Также необходимо разработать систему переключения с ТРД на ГПВРД и обратно.
Технология 2. Двухрежимная камера сгорания прямоточного двигателя
Особенность гиперзвука в том, что на скоростях под 5М топливо-воздушной смеси не требуется сжатия. Напротив, требуется обеспечить наименьшее сопротивление воздуха. На сверхзвуковых скоростях сжатие необходимо. Инженерам предстоит найти такую форму камеры сгорания, которая сможет стать компромиссом между сверхзвуком и гиперзвуком.
Технология 3. Общая выпускная система
Опыт X-51A показал, что обеспечение герметичного соединения камеры сгорания и сопла может стать проблемой. Кроме того, конфигурация сопла должна соответствовать нуждам турбореактивного двигателя для улучшения управляемости на средних скоростях.
Технология 4. Высокоскоростной турбореактивный двигатель
Чтобы добиться пересечения скоростных диапазонов ТРД и ГПВРД, необходимо повышать максимальную скорость турбореактивного двигателя вплоть до 4М. Ограничения связаны, прежде всего, с перегревом турбины. Ключ к решению проблемы – использование термостойких материалов (композиты с керамической матрицей), высокотемпературных подшипников и продвинутых систем охлаждения.
Экспериментальный беспилотный аппарат NASA X-43 (на фото) установил рекорд скорости для летательных аппаратов с воздушно-реактивным двигателем, разогнавшись до 10617 км/ч, или 9,68М. Рекордный полет третьего прототипа X-43 состоялся 16 ноября 2004. Разгонная ракета «Пегас», запущенная с борта бомбардировщика B-52, разогнала аппарат и отделилась на высоте 29000 м. За 10 секунд работы ГПВРД X-43 преодолел 24 км, поднявшись на высоту около 34000 м. Затем одноразовый аппарат был затоплен неподалеку от калифорнийского побережья.
Быстрая смерть
Под первым, относительно успешным проектом подразумевается Boeing X-51A. Несмотря на всего один наполовину удачный и два неудачных полета демонстратора ГПВРД, по-прежнему планируется построить четвертый и последний образец к середине 2013 года. «Лидерство в области военно-воздушных сил по-прежнему зависит от исследований в области ГПВРД, — говорит Чарли Бринк, руководитель программы X-51A. — Образ аппарата, способного пролететь 600 морских миль за десять минут, приобретает все больший вес в глазах военных».
В мае 2010 года, во время первого полета Х-51А его двигатель проработал 140 секунд из планируемых 300. Повреждение соединения между двигателем и соплом привело к преждевременному окончанию полета, однако ГПВРД успел разогнать машину до 6,5 М. Во время второго полета в июне 2011 "
