Zračne snage SAD-a testirale su X-51A Waverider, koji je uspio postići brzinu 5 puta veću od brzine zvuka, te je mogao letjeti više od 3 minute, čime je postavljen svjetski rekord koji su ranije držali ruski programeri. Test je u cjelini dobro prošao, hipersonično oružje je spremno za utrku.
27. svibnja 2010. godine X-51A Waverider (labavo preveden kao val valova, a "nenamjerno" kao surfer) pao je s bombardera B-52 iznad Tihog oceana. Pojačani stupanj X-51A, posuđen od poznate rakete ATCAMS, doveo je Waverider na visinu od 19,8 tisuća metara, gdje je uključen hipersonični ramjetni motor (GPRVD, ili scrumjet). Nakon toga, raketa se podigla na visinu od 21, 3 tisuće metara i pokupila brzinu od 5 Mach (5 M - pet brzina zvuka). Ukupno je raketni motor radio oko 200 sekundi, nakon čega je X-51A poslao signal za samouništenje u vezi s izbijanjem telemetrijskih prekida. Prema planu, raketa je trebala razvijati brzinu od 6 M (prema projektu, brzina X-51 je bila 7 M, odnosno preko 8000 km / h), a motor je morao raditi za 300 sekundi.
Testovi nisu bili savršeni, ali to ih nije spriječilo da postanu izvanredno postignuće. Vrijeme rada motora premašilo je tri puta prethodni rekord (77 s), koji je držao sovjetski (kasnije ruski) leteći laboratorij "Kholod". Brzina od 5 M prvo je postignuta konvencionalnim ugljikovodičnim gorivom, a ne nekim "ekskluzivnim" poput vodika. Waverider je koristio JP-7, kerozin niske pare koji se koristio na poznatom izviđačkom zrakoplovu velike brzine SR-71.
Što je Scrumjet i što je bit trenutnih postignuća? U načelu, ramjet motori (ramjet motori) mnogo su jednostavniji od turboreaktivnih motora (turboreaktivnih motora) koji su svima poznati. Ramjetni motor jednostavno je usis zraka (jedini pokretni dio), komora za izgaranje i mlaznica. U tome se povoljno uspoređuje s mlaznim turbinama, gdje se ventilator, kompresor i sama turbina dodaju ovoj osnovnoj shemi, izmišljenoj davne 1913. godine, udruženim naporima za ubacivanje zraka u komoru za izgaranje. U ramjet motorima ovu funkciju obavlja sam nadolazeći protok zraka, što odmah eliminira potrebu za sofisticiranim dizajnom koji radi u struji vrućih plinova i drugim skupim radostima turboreaktivnog vijeka trajanja. Zbog toga su ramjetni motori lakši, jeftiniji i manje osjetljivi na visoke temperature.
Međutim, jednostavnost ima svoju cijenu. Motori s izravnim protokom neučinkoviti su pri podzvučnim brzinama (do 500-600 km / h uopće ne rade)-jednostavno nemaju dovoljno kisika, pa im trebaju dodatni motori koji ubrzavaju aparat do učinkovitih brzina. Zbog činjenice da su volumen i tlak zraka koji ulazi u motor ograničeni samo promjerom usisnika zraka, iznimno je teško učinkovito kontrolirati potisak motora. Ramjet motori se obično "izoštravaju" za uski raspon radnih brzina, a izvan njega se počinju ponašati neadekvatno. Zbog ovih svojstvenih nedostataka pri podzvučnim brzinama i umjerenom nadzvučnom, turboreaktivni motori radikalno nadmašuju svoje konkurente s izravnim protokom.
Situacija se mijenja kada agilnost zrakoplova za tri zamaha pređe skalu. Pri velikim brzinama leta zrak se toliko komprimira na ulazu u motor da nestaje potreba za kompresorom i drugom opremom - točnije, postaju smetnja. No pri tim brzinama nadzvučni ramjetni motori SPRVD ("ramjet") osjećaju se izvrsno. Međutim, kako se brzina povećava, prednosti besplatnog "kompresora" (nadzvučni protok zraka) pretvaraju se u noćnu moru za dizajnere motora.
U turbo -mlaznicama i SPVRD -u gori kerozin pri relativno niskoj brzini protoka - 0,2 M. To vam omogućuje postizanje dobrog miješanja zraka i ubrizganog kerozina i, shodno tome, visoku učinkovitost. No, što je veća brzina dolaznog toka, teže ga je kočiti i veći su gubici povezani s ovom vježbom. Počevši od 6 M, protok se mora usporiti 25-30 puta. Ostaje samo sagorijevanje goriva u nadzvučnom toku. Tu počinju prave poteškoće. Kad zrak uđe u komoru za izgaranje brzinom od 2,5-3 tisuće km / h, proces održavanja izgaranja postaje sličan, prema riječima jednog od programera, "pokušavajući držati šibicu upaljenu usred tajfuna. " Ne tako davno vjerovalo se da je to u slučaju kerozina nemoguće.
Problemi programera hipersoničnih vozila nikako nisu ograničeni na stvaranje funkcionalnog SCRVD -a. Također trebaju prevladati takozvanu toplinsku barijeru. Zrakoplov se zagrijava od trenja o zrak, a intenzitet zagrijavanja izravno je proporcionalan kvadratu brzine strujanja: ako se brzina udvostruči, zagrijavanje se povećava četiri puta. Zagrijavanje zrakoplova u letu supersoničnim brzinama (osobito na malim visinama) ponekad je toliko veliko da dovodi do uništenja strukture i opreme.
Pri letenju brzinom od 3 M, čak i u stratosferi, temperatura ulaznih rubova usisnika zraka i prednjih rubova krila je veća od 300 stupnjeva, a ostatka kože - više od 200. Uređaj s brzina 2-2,5 puta veća zagrijat će se 4-6 puta više. Istodobno, čak i na temperaturama od oko 100 stupnjeva, organsko staklo omekšava, na 150 - čvrstoća duralumin -a značajno se smanjuje, na 550 - legure titana gube potrebna mehanička svojstva, a na temperaturama iznad 650 stupnjeva, aluminij i magnezij se tope, čelik omekšava.
Visoka razina zagrijavanja može se riješiti ili pasivnom toplinskom zaštitom, ili aktivnim uklanjanjem topline korištenjem zaliha goriva na brodu kao hladnjaka. Problem je u tome što s vrlo pristojnom sposobnošću "hlađenja" kerozina - toplinski kapacitet ovog goriva je samo upola manji od vode - ne podnosi dobro visoke temperature, a količine topline koje je potrebno "probaviti" jednostavno su monstruozan.
Najjednostavniji način rješavanja oba problema (nadzvučno sagorijevanje i hlađenje) je napuštanje kerozina u korist vodika. Potonji relativno lako - u usporedbi s kerozinom - naravno - gori čak i u nadzvučnom toku. Istodobno, tekući vodik je, iz očitih razloga, i izvrstan hladnjak, što omogućuje da se ne koristi masivna toplinska zaštita, a istodobno osigurava prihvatljiva temperatura na brodu. Osim toga, vodik ima tri puta više kalorične vrijednosti od petroleja. To omogućuje podizanje granice dostižnih brzina do 17 M (maksimalno na ugljikovodičnom gorivu - 8 M) i istodobno čini motor kompaktnijim.
Ne čudi što je većina prethodnih rekordnih hipersoničnih zrakoplova letjela upravo na vodiku. Vodikovo gorivo koristio je naš leteći laboratorij "Kholod" koji do sada zauzima drugo mjesto po trajanju scramjet motora (77 s). Njemu NASA duguje rekordnu brzinu za mlazna vozila: 2004. NASA-ina bespilotna letjelica bez posade X-43A postigla je brzinu od 11.265 km / h (ili 9,8 M) na visini leta od 33,5 km.
Upotreba vodika, međutim, dovodi do drugih problema. Jedna litra tekućeg vodika teži samo 0,07 kg. Čak i uzimajući u obzir tri puta veći "energetski kapacitet" vodika, to znači četverostruko povećanje volumena spremnika goriva s konstantnom količinom uskladištene energije. To dovodi do napuhavanja veličine i težine uređaja u cjelini. Osim toga, tekući vodik zahtijeva vrlo specifične radne uvjete - "sve strahote kriogenih tehnologija" plus specifičnost samog vodika - izuzetno je eksplozivan. Drugim riječima, vodik je izvrsno gorivo za eksperimentalna vozila i strojeve na komade poput strateških bombardera i izviđačkih zrakoplova. No, kao gorivo za masovno oružje koje se može temeljiti na konvencionalnim platformama poput normalnog bombardera ili razarača, neprikladno je.
Tim je značajnije postignuće kreatora X-51, koji su uspjeli izdržati bez vodika, a istodobno postići postizanje impresivnih brzina i rekordnih pokazatelja za trajanje leta s ramjetnim motorom. Dio rekorda zaslužan je za inovativni aerodinamički dizajn - upravo taj val leta. Čudan kutni izgled aparata, njegov divlji dizajn stvara sustav udarnih valova, oni postaju aerodinamička površina, a ne tijelo aparata. Kao rezultat toga, sila podizanja nastaje s minimalnom interakcijom upadnog toka sa samim tijelom i, kao rezultat toga, intenzitet njegovog zagrijavanja naglo opada.
X-51 ima crni toplinski štit od ugljik-ugljika visoke temperature koji se nalazi samo na samom vrhu nosa i sa stražnje strane donje strane. Glavni dio tijela prekriven je bijelim niskotemperaturnim toplinskim štitom, što ukazuje na relativno blagi način zagrijavanja: a to je na 6-7 M u prilično gustim slojevima atmosfere i neizbježno zaranja u troposferu do cilja.
Umjesto vodikovog "čudovišta", američka vojska nabavila je uređaj pogonjen praktičnim zračnim gorivom, koji ga odmah izbacuje iz polja zabavnog eksperimenta u područje stvarne primjene. Pred nama više nije demonstracija tehnologije, već prototip novog oružja. Ako X-51A uspješno prođe sva ispitivanja, za nekoliko godina započet će razvoj punopravne borbene inačice X-51A +, opremljene najsuvremenijim elektroničkim punjenjem.
Prema preliminarnim planovima Boeinga, X-51A + bit će opremljen uređajima za brzu identifikaciju i uništavanje ciljeva u uvjetima aktivnog protivljenja. Sposobnost upravljanja vozilom korištenjem modificiranog sučelja JDAM dizajniranog za ciljanje streljiva visoke preciznosti uspješno je testirana tijekom preliminarnih ispitivanja prošle godine. Novi val zrakoplova dobro se uklapa u standardne dimenzije američkih projektila, odnosno sigurno se uklapa u brodske vertikalne lansirne uređaje, transportno-lansirne kontejnere i bombaške zaljeve. Imajte na umu da je raketa ATCAMS, od koje je posuđena pojačala za Waverider, operativno-taktičko oružje koje koriste američki raketni sustavi višestrukog lansiranja MLRS.
Tako su 12. svibnja 2010. godine iznad Tihog oceana Sjedinjene Američke Države testirale prototip potpuno praktične hipersonične krstareće rakete, sudeći prema planiranom punjenju, namijenjene uništavanju visoko zaštićenih kopnenih ciljeva (procijenjeni domet je 1600 km). Možda će im se s vremenom pridodati površinski. Osim ogromne brzine, takvi projektili imat će i visoku prodornu sposobnost (usput, energija tijela ubrzanog na 7 M praktički je ekvivalentna TNT naboju iste mase) i - važno svojstvo statički nestabilnih valova - sposobnost vrlo oštrih manevara.
Ovo je daleko od jedine perspektivne profesije hipersoničnog oružja.
Krajem 1990 -ih u izvješćima NATO -ove Savjetodavne skupine za svemirska istraživanja i razvoj (AGARD) primijećeno je da bi hipersonične rakete trebale imati sljedeće primjene:
- poraziti utvrđene (ili zakopane) neprijateljske ciljeve i složene kopnene ciljeve općenito;
- protuzračna obrana;
- osvajanje zračne nadmoći (takve se rakete mogu smatrati idealnim sredstvom za presretanje visoko letećih zračnih ciljeva na velikim udaljenostima);
- proturaketna obrana - presretanje lansiranja balističkih projektila u početnoj fazi putanje.
- koristiti kao bespilotne letjelice za višekratnu uporabu i za gađanje kopnenih ciljeva i za izviđanje.
Konačno, jasno je da će hipersonične rakete biti najučinkovitiji - ako ne i jedini - protuotrov protiv hipersoničnog napadačkog oružja.
Drugi smjer u razvoju hipersoničnog naoružanja je stvaranje malih scramjet-ovih motora s čvrstim pogonom ugrađenih u projektile namijenjene uništavanju zračnih ciljeva (kalibri 35-40 mm), kao i oklopnih vozila i utvrda (kinetičkih ATGM-ova). Godine 2007. Lockheed Martin dovršio je ispitivanja prototipa kinetičke protutenkovske rakete CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Takva raketa na udaljenosti od 3400 m uspješno je uništila sovjetski tenk T-72, opremljen poboljšanim reaktivnim oklopom.
U budućnosti se mogu pojaviti još egzotičniji projekti, na primjer, transatmosferski zrakoplovi sposobni za suborbitalne letove na međukontinentalnom rasponu. Manevriranje hiperzvučnim bojevim glavama za balističke projektile također je vrlo relevantno - i to u bliskoj budućnosti. Drugim riječima, u sljedećih 20 godina vojna pitanja će se dramatično promijeniti i hipersonične tehnologije postat će jedan od najvažnijih čimbenika ove revolucije.
