Успешно проведенное 27 марта 2004 года летное испытание экспериментального летательного аппарата (ЛА) Х-43А с гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД) подтвердило правильность выбранных специалистами НАСА средств и методов работ в данной области.

Время покажет, сможет ли ГПВРД преодолеть множество проблем и в конечном итоге стать конкурентом ракетных двигателей для достижения скоростей полета, соответствующих диапазону чисел М = 5-15.

Согласно официальным заявлениям, во втором летном испытании ГПВРД развил скорость, соответствующую числу М = 7.

Важным моментом в этом испытании считается достижение уровня тяги, превышающей лобовое сопротивление ЛА.

Гиперзвуковой ЛА, известный также как HYPER-X, был доставлен на заданную для испытаний высоту с помощью ракеты-носителя "Пегас".

Эксперименты в наземных условиях с ЛА, оснащенными ГПВРД, проводятся специалистами уже в течение 40 лет.

Х-43А стал первым аппаратом такого типа, предназначенным для летных испытаний и получения в ходе реального полета данных, которые можно соотнести с данными, полученными при наземных испытаниях.

Часть информации о характеристиках ГПВРД тщательно засекречена, тем не менее оказалось возможным получить приблизительные оценки его общей эффективности.

В случае практической реализации проекта ГПВРД первым применением такого двигателя, вероятно, будет гиперзвуковая управляемая ракета. ВВС США уже работают над демонстрационным образцом ракеты с использованием таких же технологий. По мнению некоторых официальных лиц, работы могут продолжиться в рамках программ по созданию космических носителей. Однако это будет возможно не ранее чем через 20-50 лет.

В настоящее время для достижения скоростей в диапазоне чисел М = 5-15, где ГПВРД обладают потенциальными преимуществами, используются ракетные двигатели, которые должны нести большие запасы окислителя, в несколько раз превышающие массу горючего. Что касается ГПВРД, то для него не требуется наличие запасов окислителя на борту ЛА, поскольку кислород отбирается из атмосферного воздуха. Главная трудность состоит в эффективном заборе воздуха без создания при этом такого большого лобового сопротивления и нагрева, которые сведут на нет указанные выше преимущества ГПВРД.

Обычный процесс горения в двигателях происходит при низких дозвуковых скоростях. Воздух, отбираемый воздухозаборником при скоростях, превышающих число М = 5, замедляется до обычной скорости в камере сгорания ТРД, при этом он нагревается настолько, что компоненты двигателя начинают плавиться. Кроме того, возникают проблемы, вызываемые дополнительным нагревом от сжигания горючего. В ГПВРД удается избежать возникновения этих проблем за счет меньшего торможения потока - обычно до 1/3-1/2 числа М свободного потока.

Проблема состоит в том, что скорость сверхзвукового потока в камере сгорания значительно выше, чем скорость распространения пламени.

Разработчики ГПВРД пытаются решить эту проблему путем создания локальных зон с замедленным потоком, выполняющих роль пламедержателей. Таким образом достигается компромисс между дополнительным лобовым сопротивлением, образующимся при создании зон пламедержателей, и потерями от неполного сгорания топлива в двигателе. Считается, что разработчикам Х-43А достаточно удачно удалось использовать такой компромисс для создания чистой тяги.

Технологии Х-43А были разработаны в НИЦ им. Лэнгли и на фирме АТК GASL (Ронконкома, штат Нью-Йорк). Постройка планера и ГПВРД была осуществлена АТК GASL (бывшая "Майкро крафт") в г. Туллахома (штат Теннеси). "Боинг"/"Фантом уоркс" проводила работы в таких областях, как системотехника, теплозащита, системы наведения, навигации и управления, программное обеспечение системы управления полетом, внутренняя компоновка и проектирование конструкций. Летное испытание проводилось в ЛИЦ НАСА им. Драйдена с использованием исследовательского самолета НАСА NВ-52В.

Х-43А при максимальной массе 1 360 кг имеет длину 3,7 м, максимальную ширину 1,5 м и высоту 0,6 м.

Летные испытания проводились по следующей схеме. Ракета-носитель "Пегас" с аппаратом Х-43А были сброшены с самолета В-52 на высоте 12 200 м. Через 5 с был включен ускоритель, и спустя несколько секунд ЛА перешел на кабрирование. В момент прохождения высоты 14 300 м при скорости, соответствующей числу М = 3,5, максимальное динамическое давление составило 8 052 кг/м².

НИОКР по созданию Х-43С специалисты НАСА проводили совместно с ВВС США. Полученные в ходе этих работ технологии используются в рамках другой совместной программы, осуществляемой ВВС США и DARPA. Этой программой предусматривается создание демонстрационного образца однодвигательного аппарата. Его испытательный полет намечен на вторую половину текущего десятилетия.

Первая попытка осуществить летное испытание Х-43А 2 июня 2001 года оказалась неудачной. После старта ускоритель (от РН "Пегас") вышел из-под контроля и разрушился при прохождении участка скоростного режима полета при М = 1.

При подготовке ко второму летному испытанию аппарата проводились работы по упрочнению ускорителя. Кроме того, был изменен профиль полета с целью уменьшения нагрузок и выполнения полета по более обычной для РН "Пегас" траектории при выведении нагрузки на орбиту.

И. Иванов

Зарубежное военное обозрение 2004 №7, С. 55-56