Научно-технический задел, реализованный в той или иной степени в программах различных ведомств – X-43A (НАСА), X-51A (ВВС), AHW (СВ), ArcLight (DARPA, ВМС), Falcon HTV-2 (DARPA, ВВС) и других, позволит, по мнению ряда специалистов, создать гиперзвуковые ВВТ: авиационную крылатую ракету (КР) большой дальности, морскую крылатую ракету в противокорабельном (ПКР) и ударном (против наземных целей) вариантах – к 2018–2020 годам, а разведывательный самолет – к 2030-му году.
Несмотря на ряд неудач в проведении летных испытаний гиперзвуковых летательных аппаратов, американские военные не сворачивают работы в данном направлении. В частности, в ВВС по-прежнему считают, что достижение сверхвысоких скоростей полета – главный приоритет в ведении боевых действий.
Двигатель – оружие – самолёт
Работы в области гиперзвука начались в США в конце 70-х годов ХХ века, когда компания «Мартин Мариетта» разрабатывала перспективную стратегическую авиационную ракету ASALM (Advanced Strategic Air Launched Missile) с прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ПВРД). Именно в те годы американские специалисты осознали реальные технологические проблемы обеспечения гиперзвукового полета как для системы ударного оружия, так и для самолета. Реализация детального плана работ в области гиперзвука, сформированного на современном этапе развития науки и техники, должна помочь достижению давно задуманных целей.
Пока налицо крайне медленный прогресс в указанной области за весь период с момента создания ракеты ASALM до недавних полетов аппарата – демонстратора гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД) – крылатой ракеты X-51A Waverider разработки компании «Боинг». Тем не менее, неизменной остается погоня за увеличением скорости.
В ближайшее время в США будет завершено формирование целостного плана, реализация которого обеспечит создание гиперзвуковых ударного оружия (ракет) и самолета. Отличительной особенностью этого плана, как отмечает еженедельник «Авиэйшн уик энд спейс текнолоджи», является распределение перспективных задач не по годам, а по десятилетиям.
Работы по ракетам в основном завершатся к 2020 году, а по разведывательному гиперзвуковому самолету, способному преодолевать систему ПВО противника, – к 2030-му. Не исключено, что аппарат будет создан в пилотируемом варианте. Чтобы начать полномасштабную разработку гиперзвукового оружия, к началу 2018 финансового года планируется достигнуть шестого уровня технологической готовности (УТГ, Technology Readiness Level – TRL) – отработки демонстратора перспективного двигателя.
В области гиперзвукового самолета заявлена гораздо менее амбициозная задача – достижение четвертого УТГ (отработка конкретных узлов) к 2020 году. В то же время представители ВВС сообщили, что в случае необходимости темпы разработки самолета можно ускорить.
«Непосредственно на данный момент в гиперзвуковом самолете нет прямой необходимости, но если потребуется, мы сможем ускорить исследования», – говорит Кристофер Клей, заместитель по технологиям заместителя министра ВВС по науке. Конечной задачей исследований, по его словам, является придание боевым возможностям ВВС США гиперзвуковой составляющей. Таким образом, гиперзвуковые КР будут созданы раньше самолета: реализация демонстрационной программы высокоскоростного ударного оружия (в части ракет) HSSW (High-Speed Strike Weapon) начнется примерно в марте 2013 года, а ее завершение запланировано к концу 2020-го с проведением боевых испытаний.
Демонстратор ракетных технологий
«Мы попробуем начать испытательные пуски КР с 2017 года, и если они будут успешными, то продолжатся в 2018 и 2019 годах», – сообщил еженедельнику представитель ВВС США. Он добавил, что планом предусматривается проведение от шести до семи полетов. Главной задачей при их выполнении является повышение надежности различных технологических компонентов оружия – от системы управления до двигательной установки. Цель демонстрационной программы состоит в выполнении успешных ударов по целям на дальности до сотен километров.
«Необходимо продемонстрировать точность стрельбы, а также показать работоспособность оружия совместно с существующими бортовыми самолетными системами, возможность его установки как во внутренних отсеках бомбардировщиков, так и на внешних подвесках истребителей. Оно также должно обладать возможностью применения в распределенной сети разведывательных и боевых средств и иметь различные поражающие факторы», – отмечают в ВВС.
Для решения поставленных задач отрабатываются передовые системы наведения, боевые части селективного действия, а также концепции эффективной высокоскоростной двигательной установки длительного действия. Новое оружие стремятся сделать легким и недорогим. Его стоимость не должна превышать стоимость дозвуковых КР более чем в два раза, то есть затраты на выполнение боевых задач должны быть обоснованными и допустимыми. Идея состоит в том, чтобы применять гиперзвуковое оружие там, где это целесообразно. В противном случае гиперзвук не является оптимальным вариантом.
Тактико-технические требования
Гиперзвуковые КР и их прототипы, создаваемые по таким программам, как, например, завершившийся проект «Арклайт» (ArcLight) Управления перспективных исследований Министерства обороны (DARPA), должны быть совместимыми с различными пусковыми системами, в том числе с вертикальной пусковой установкой Mk 41 VLS, принятой на вооружение ВМС США.
ВВС уже практически определились с ключевыми требованиями к ракетам. Они прописаны в «дорожной карте» (плане) – High Speed Weapon Roadmap – по ракетному оружию, формирование которой в настоящее время находится на завершающей стадии.
Что касается самолета в разведывательном или ударном (high-speed ISR/strike) варианте, то он должен сохранить боеспособность (выжить) в течение суток без космической поддержки – коммуникационных и навигационных спутников – и быть в состоянии проникать в зоны, прикрываемые ПВО. Аппарат будет оснащаться турбинным двигателем комбинированного типа TBCC (Turbine-Based Combined Cycle), совершать крейсерский полет на скорости более М=4 и стартовать с обычной взлетно-посадочной полосы. Позже в требованиях ВВС установили конкретную цифру – M=5. Разработка самолета станет значительным шагом вперед в вопросе гиперзвуковых технологий и связана с более высоким уровнем риска по сравнению с ракетами, считают в ВВС.
Поэтому программа создания гиперзвукового самолета и соответствующая «дорожная карта» (High Speed Aircraft Roadmap) имеют более длительные сроки реализации и требуют значительно больших ассигнований. Для определения технологических проблем, которые необходимо решать в ближайшей перспективе, проводился анализ потребности в высокоскоростном носителе. Наряду с изучением новых концепций и видов летательных аппаратов выбиралась желаемая скорость.
«Все исследования вели нас в направлении числа M=5 и выше. Мы начали выяснять, какие технологии необходимы, чтобы реализовать такую скорость», – отметили в ВВС. Формируемый целостный план работ предусматривает демонстрацию системы переключения газотурбинного двигателя на двухрежимную работу прямоточного и гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя в 2020 году.
«Очень важно преодолеть переходный режим, – отмечают американские специалисты. – При этом необходимо исследовать, как можно использовать коммерческие серийные газотурбинные двигатели. Например, можно ли немного продлить работу газотурбинного двигателя и слегка задержать начало работы двухрежимного ПВРД?».
Силовая установка
В мае 2010 года первый полет X-51A с углеводородным ГПВРД продолжался 143 секунды вместо запланированных 300. Утечка в уплотнении между двигателем и соплом привела к преждевременному окончанию полета, однако ГПВРД обеспечил требуемое ускорение. Второй полет в июне 2011-го завершился, когда воздухозаборник не начал работать в момент запуска ГПВРД.
А третий полёт в августе 2012 года закончился до момента запуска двигателя из-за неисправности в управляемом стабилизаторе аппарата, которая привела к его падению и разрушению. В рамках подготовки к завершающему четвертому полету по всем выявленным недостаткам были проведены необходимые конструктивные доработки аппарата-демонстратора.
Новые испытания двигателя-демонстратора будут проходить на планере уменьшенных размеров с подачей потока топлива как полномасштабной, так и половинной мощности. Эта опытная модель станет технологическим стендом для отработки других систем, например композиционных конструкций с керамической матрицей, технологии регулирования мощности, теплорегулирования, бортовых датчиков. В тестах будут применяться ГПВРД, в 8–16 раз превосходящие по размерам те, которые выполняли испытательные полеты до нынешнего дня.
Недавно в число задач технологических испытаний включена герметизация сопла. «На примере аппарата X-51A мы увидели, как простые вещи, например уплотнение, могут привести к проблемам», – отметил один из представителей ВВС. Он также сообщил, что четвертый полет демонстратора гиперзвуковых технологий X-51A состоится в любом случае. Всего было проведено три испытательных полета: один признали частично успешным, два – неудачными. Научно-исследовательская лаборатория ВВС США (Air Force Research Laboratory – AFRL) четвертый тест наметила на середину 2013 года.
Ведомственные программы
Интересно отметить, что американские специалисты в области аэрокосмических технологий категорически не согласны с мнением, что неудачи летных испытаний обусловливают необходимость сворачивания реализуемых программ. Особенно если дело касается гиперзвуковой техники. Чем сложнее программа, тем больше она связана с возможными неудачами в ходе ее реализации, считают эксперты.
Эти неудачи являются неотъемлемой частью формирования опыта и накопления знаний и без них невозможен прогресс в развитии техники. Желательно только, чтобы в целях снижения стоимости и рисков неудачи случались на ранних стадиях реализации проекта.
Надежды ВВС на возможность создания боевой гиперзвуковой техники в указанные сроки связаны с определенными успехами прежних программ различных организаций. В частности, в ходе первого полета аппарата X-51A работа в режиме ГПВРД продолжалась 143 секунды, что в 11 раз превысило время работы аппарата X-43A НАСА в 2004 году.
В ноябре 2011-го проведено успешное летное испытание высокоточного боевого блока-демонстратора AHW (Advanced Hypersonic Weapon) для СВ США. Гиперзвуковой атмосферный планирующий аппарат дальнего действия был запущен из Тихоокеанского ракетного испытательного центра (остров Кауаи, Гавайские острова) в зону атолла Кваджалейн, где расположен испытательный полигон СВ. Цель испытаний заключалась в сборе данных по технологиям обеспечения гиперзвукового планирующего полета в атмосфере на большую дальность. Оценивались аэродинамические характеристики, система навигации, наведения и управления, технологии системы теплозащиты.
Трехступенчатая ракета-носитель обеспечила выведение планирующего аппарата AHW на расчетную траекторию полета и его отделение от последней ступени ракеты. Аппарат выполнил полет на гиперзвуковой скорости по небаллистической планирующей траектории и менее чем за 30 минут достиг расчетной зоны падения на атолле Кваджалейн. На всех участках полета проводился сбор телеметрической информации космическими, воздушными, наземными и морскими средствами.
Полученные данные используются для моделирования и разработки перспективных гиперзвуковых планирующих аппаратов. Программу AHW реализуют Командование космической и противоракетной обороны (United States Army Space and Missile Defense Command – USASMDC) и Стратегическое командование (Army Forces Strategic Command – ARSTRAT) СВ США в рамках инициативы МО «Быстрый глобальный удар» (Prompt Global Strike).
Разгонная ступень и планирующий аппарат разработаны Национальной лабораторией Сандиа в Альбукерке штата Нью-Мексико. Система теплозащиты аппарата создана Центром авиационных и ракетных НИОКР СВ в городе Хантсвилле штата Алабама (Redstone Arsenal SMDC/ARSTRAT).
Переломный момент
Одно из направлений перспективных работ ВВС по гиперзвуку состоит в достижении более высоких скоростей и более широкой зоны действия. Это резко сокращает время, отпущенное противнику для ответной реакции, и позволяет сохранить свои войска на безопасном удалении (вне зоны действия огневых средств противника). В будущих военных конфликтах между практически равными по техническим возможностям сторонами для достижения превосходства очень привлекательной является идея применения гиперзвукового оружия. Именно поэтому AFRL и DARPA продолжают работы по программам изучения таких технологий.
Как подчеркивают эксперты, в рамках нынешнего военного бюджета США и при наличии весьма жестких требований к выполнению заявленных НИОКР необходима прорывная концепция для привлечения заказчиков. Высокоскоростное гиперзвуковое оружие глобального радиуса действия как раз и является такой идеей. Здесь речь идет действительно о революционных достижениях науки, а не о различных технологических инновациях. Отказы в испытаниях являются неотъемлемой частью реализации концепций данного типа, поскольку база знаний, необходимых для достижения успеха, все еще находится в стадии формирования.
Прошли десятилетия с начала исследований в области гиперзвука. Промышленность по-прежнему продолжает собирать новую информацию об аэродинамике, двигателе, управлении полетом и тепловой защите гиперзвуковых летательных аппаратов. В отличие от технологий обеспечения малозаметности «Стелс», которые разрабатывались в рамках официальных, хотя и закрытых работ, в области гиперзвука в США до последнего времени не было постоянной программы исследований с достаточным количеством полетов, необходимых для отработки научно-технических задач.
Проведено относительно немного летных испытаний, что связано со снижением затрат и рисков. Однако руководство каждой новой программы в области гиперзвука пытается оправдать ее существование, достигнув более высоких результатов, чем в предшествующих проектах, увеличивая таким образом риск и стоимость отказов. Но ведь погоня за гиперзвуком – это только верхушка айсберга.
Развитие потенциально ценных технологий в аэрокосмической индустрии сдерживается из-за страха провалов даже на ранней стадии НИОКР. Каким-то образом эта отрасль, важная сама по себе, достигла состояния, где нет или почти нет терпимости к риску, подчеркивают американские специалисты. В связи с этим американское научное сообщество считает, что сегодня настал такой момент, когда необходимо собраться, возобновить летные испытания и попытаться решить сложные проблемы, связанные с дальнейшим развитием гиперзвуковых технологий.
/Николай Новичков, главный редактор агентства АРМС-ТАСС;
Любовь Милованова, обозреватель агентства АРМС-ТАСС, vpk-news.ru/
