| Гиперзвуковая авиация на пороге XXI века Полковник А. Горелов После появления технологии "стелт", в настоящее время применяемой в конструкции практически всех новых боевых самолетов, создание летательных аппаратов (ЛА) различного назначения с повышенными боевыми возможностями (гиперзвуковые управляемые ракеты, ударные БЛА, воздушно-космические самолеты), по мнению западных специалистов, становится наиболее важным перспективным направлением и новым этапом развития военной авиации. Возрастающий интерес к таким проектам объясняется в первую очередь подготовкой ВВС США к ведению боевых действий на гиперзвуковых скоростях в воздушном пространстве, а также в космосе. Зарубежные эксперты отмечают, что концептуальные принципы ведения боевых действий - господство в воздухе и космосе, глобальная досягаемость и высокая точность поражения - подразумевают использование имеющихся возможностей по размещению в космосе систем нападения. Американские военные специалисты ссылаются на то, что в соответствии с международными соглашениями запрещается создание систем ядерного орудия космического базирования, но при этом в них не оговариваются ограничения на размещение там обычного оружия. По их мнению, осуществление планов создания гиперзвуковых ЛА и боевых воздушно-космических самолетов (ВКС) позволит в течение ближайших 15 лет добиться высокого уровня живучести средств нанесения ударов, "несмотря на любые технологические достижения вероятного противника в разработке систем защиты от них". Кроме того, космические аппараты (КА) смогут достигать любой точки на поверхности земли в пределах нескольких десятков минут, что обеспечит более быстрое реагирование на кризисные ситуации без использования баз, расположенных на чужих территориях. Как полагают военные специалисты, конструктивно новые ВКС будут отличаться от существующих КА благодаря использованию ряда передовых концепций и технологий, применяемых при разработке некоторых атмосферных ЛА. По сообщениям зарубежной печати, в настоящее время ведутся НИОКР по созданию летательных аппаратов следующих видов (по американской классификации): сверхзвуковые (выполняющие полеты на скоростях М1 = 4 - 6), гиперзвуковые (от М = 8 до М = 10 - 12, в качестве компонента горючей смеси использующие атмосферный кислород), трансатмосферные TAV (Transatmospheric Vehicles, выполняющие полеты как суборбитальные, так и в верхних слоях атмосферы). Нет сомнений, что для производства таких ЛА потребуются новые технологии, в частности, для получения высокоэнергетических видов топлива, создания высокоскоростных двигателей многоразового использования, материалов, выдерживающих высокие температуры, а также систем охлаждения и управления полетом. Необходимо, кроме того, тщательное изучение проблем аэродинамики, в том числе взаимного влияния на траекторию полета управляющих поверхностей планера и режимов работы двигательной установки. О внимании, которое руководство США уделяет созданию ударных космических систем и гиперзвуковых ЛА, свидетельствует интенсивность исследований в этой области. Западные СМИ отмечают, что в настоящее время американские ВВС и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) осуществляют финансирование нескольких программ, причем с такой активностью, которая не отмечалась с начала 60-х годов. В частности, компания "Боинг" совместно с лабораторией "Филипс" ведет разработку орбитального беспилотного ВКС, получившего наименование космический маневренный аппарат SMV (Space Maneuver Vehicle, условное наименование Х-40. Такие аппараты предполагается применять для ведения тактической разведки, сопровождения других космических аппаратов, в качестве носителя наступательного оружия и для быстрой идентификации объектов в космосе. В августе 1998 года американские специалисты приступили к летным испытаниям масштабной модели SMV (масса 1180 КГ, длина 7 м). В ходе первого этапа предполагается проверить его аэродинамические характеристики, систему управления полетом в режиме подвески к вертолету UH-60, а также возможности ЛА по самостоятельному выполнению полета и посадки. На втором этапе в процессе суборбитальных запусков намечается провести летные испытания аппарата на скорости М = 15-20. Третий этап предусматривает проверку его боевых возможностей. В последние годы в соответствии с совместными программами ВВС и НАСА возобновлены работы по созданию боевых малозаметных гиперзвуковых летательных аппаратов, скорость которых может достигать М = 10. В рамках одной из них, получившей наименование LoFLYTE (Low Observable Flight Test Experiment), на авиабазе Эдварде (штат Калифорния) проводятся испытания БЛА, представляющих собой 3-м модели перспективного гиперзвукового самолета. В ходе НИОКР исследуются их аэродинамические особенности, а также проверяется работа систем управления. Один из трех построенных экспериментальных БЛА потерпел аварию в феврале 1997 года, а два оставшихся должны выполнить шесть полетов с целью проверки систем управления и навигационного оборудования. В частности, предусматривается его сопряжение с космической радионавигационной системой (КРНС) NAVSTAR. Рассматривается возможность создания 8-м модели гиперзвукового самолета на базе мишени типа MQM-107. Специалисты НАСА рассчитывают оснастить ее новой силовой установкой - ракетным или прямоточным реактивным двигателем, благодаря чему по их оценке, она сможет достичь скорости М - 5. Еще одним направлением подобных исследований является программа НАСА, получившая название "Хайпер-Х" (оценивается в 33,4 млн долларов, рассчитана на 4,5 года), согласно которой предусматривается разработать три экспериментальных гиперзвуковых БЛА. Длина фюзеляжа летательного аппарата 3,7 м, размах крыла 1,5 м, а в состав его силовой установки будет входить прямоточный воздушно-реактивный двигатель (в качестве топлива намечено использовать водород). Запланированы четыре этапа исследовательских полетов: первый - на скорости М = 7, второй - М = 5, третий к четвертый М = 10. К первому предполагается приступить в 1999 году. Пуски Л А будут осуществляться с борта стратегического бомбардировщика В-52. Для достижения гиперзвуковой скорости БЛА предусматривается оснастить ускорителями, в качестве которых планируется применять ракеты-носители "Пегас" воздушного запуска. Обе программы свидетельствуют о стремлении создать надежные и эффективные боевые гиперзвуковые летательные аппараты (в опубликованном в 1996 году документе "Глобальное воздействие: перспективы ВВС в XXI веке"2 говорится о необходимости уделять больше внимания этому направлению разработки боевых самолетов нового поколения). В 1996-1997 годах осуществлялось приоритетное финансирование программ LoFLYTE и "Хайпер-Х", в которых используются результаты предыдущих экспериментов, проводившихся, в частности, на одноступенчатом орбитальном ЛА Х-30. Фирма "Боинг" и консорциум "Локхид - Мартин" выразили готовность присоединиться к указанным программам, в рамках которых они ведут конкурентную борьбу за право получения контракта на разработку полномасштабной модели гиперзвукового летательного аппарата. Как полагают американские специалисты, основные трудности будут связаны с созданием силовых установок и систем управления полетом. С 1997 года в США разрабатывается прямоточный воздушно-реактивный двигатель со сверхзвуковым горением (то есть ГПВРД - гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель). НИОКР ведутся на испытательном полигоне "Кайсер Марквардт" и в научной лаборатории (GASL), размещенной на о. Лонг-Айленд. Большинство текущих программ по созданию гиперзвуковых ЛА в основном рассчитаны на проведение крупномасштабных демонстрационных испытаний после 2000 года. Хотя в планы Пентагона не входит их крупномасштабное финансирование (подобное осуществляемому при организации серийного производства тактических истребителей F-22), однако, по прогнозам западных экспертов, в результате проводимых НИОКР в США появятся принципиально новые технологии, которые позволят в начале следующего столетия создать гиперзвуковые боевые летательные аппараты. На достижение более быстрых и конкретных результатов рассчитаны программы создания высокоэффективных ГПВРД для УР различного назначения. В частности, с 1995 года в рамках программы ВВС "HyTech" (Hypersonic Technology Program) отрабатывается технология перспективного прямоточного воздушно-реактивного двигателя со сверхзвуковым горением, который может обеспечить управляемой ракете скорость полета М = 8, В программе на конкурсной основе принимают участие американские фирмы "Пратт энд Уитни" и "Аэроджет". Экспериментальные образцы двигателей оснащены нерегулируемыми воздухозаборниками и двухмерными соплами с одной подвижной створкой. Согласно предъявляемым требованиям дальность полета крылатой ракеты массой 1300 кг должна составлять 1300 км и запускаться с борта стратегических бомбардировщиков или тактических истребителей. Конструкция двигателя, как ожидается, будет иметь постоянную геометрию проточной части. При этом для управления режимами его работы предполагается использовать регулирование расхода топлива с управлением воздушным потоком с помощью дросселирования. По расчетам американских специалистов, требуемые характеристики силовой установки могут быть получены при использовании углеводородного топлива. Отказ от применения чистого водорода они объясняют тем, что, хотя это и упростило бы процесс достижения высоких характеристик ГПВРД, но вместе с тем вызвало бы необходимость решения новых проблем. В частности, появление такого энергоносителя повлекло бы увеличение объема топливных баков, а следовательно, геометрических размеров и массы планера, не говоря о сложностях, связанных с производством, транспортировкой и хранением водорода на борту ЛА. Так как энергосодержание простых углеводородов ограничивает максимальную скорость аппарата до М = 8, специалисты исследуют эндотермическое топливо, представляющее собой углеводороды с химической добавкой, которая способна разлагать их под воздействием высокой температуры. При этом происходит освобождение водорода и олефина (ненасыщенный углеводород этиленового ряда с одной двойной связью — СnН2n). Эндотермическое топливо поглощает во много раз больше теплоты, чем стандартные топлива, поэтому считается, что оно способствует охлаждению планера и подсистем, а также позволяет увеличить тягу двигателя благодаря повышенному энергосодержанию водорода. Согласно докладу "Новые мировые перспективы", подготовленному научным консультативным советом ВВС США, начало производства эндотермических видов топлива намечается не ранее 2005 года, после чего летательные аппараты, оснащение ГПВРД, при использовании такого энергоносителя будут способны достичь скорости, соответствующей числу М = 10. Зарубежные специалисты не исключают также возможность применения эндотермических углеводородов в качестве топлива для силовых установок гиперзвуковых боевых самолетов. Их преимуществом перед криогенными видами топлива является высокая плотность и возможность хранения при нормальных температурах. Это позволит упростить управление топливной системой, уменьшить размеры аппарата, его массу и лобовое сопротивление, особенно на более низких скоростях. Отмечается, что при разработке технологий, необходимых для создания гиперзвуковых УР, в меньшей степени возникают такие сложные проблемы, с которыми сталкиваются специалисты при проектировании гиперзвуковых ЛА (нагрев обшивки и структурная долговечность, срок службы, обеспечение многократного использования). Поэтому в настоящее время американское военное ведомство уделяет большое внимание подобным исследованиям. Среди проектов, предусматривающих создание конкретных образцов ракетного вооружения, в западной военной прессе называлась программа MENS (Mission Element Need Statement) ВМС США, утвержденная в мае 1997 года. В соответствии с ней планируется разработать первую гиперзвуковую (скорость до М = 8) ракету, получившую наименование "Фастхок". НИОКР ведет фирма "Боинг". Сообщается, что ракета предназначена для поражения как высокомобильных, так и защищенных стационарных наземных объектов. Ожидается, что ее проникающая способность значительно возрастет за счет высокой скорости соударение. Предполагается, что новая ракета будет оснащена некриогенным ПВРД со сверхзвуковым горением. В соответствии с имеющимися планами продолжительность этого этапа разработки составит 18 месяцев. Некоторые эксперты полагают, что гиперзвуковая ракета может быть создана за достаточно короткий срок, и даже рассматривают ее как возможную альтернативу дозвуковой ракете типа SLAM ER или УР JASSM класса "воздух - земля". Управление перспективных исследований министерства обороны США (DARPA) летом ] 998 года заключило с фирмой "Боинг" контракт на проведение в период до 2000 года НИОКР по созданию гиперзвуковой управляемой ракеты. Стоимость данного контракта составляет 10 млн долларов. В соответствии с предъявляемыми требованиями УР должна иметь максимальную дальность полета 750 - 1000 км, скорость, соответствующую числу М = 6, и оснащаться комбинированной системой наведения (инерциальной навигационной с коррекцией по данным КРНС NAVSTAR и автономной головкой самонаведения) и боевой частью массой 110 —115 кг. Согласно условиям контракта фирма-разработчица должна к указанному сроку представить два опытных образца ракеты для проведения наземных и летных испытании. "Боинг" предполагает использовать результаты программы "НуTech" и создать один образец с силовой установкой, разработанной компанией "Прагт энд Уитни", а другой - с двигателем фирмы "Аэроджет". Аналогичные работы проводит управление перспективных исследований DARPA в рамках программы ARRMD (Affordable Rapid Response Missile Demonstrator). В перспективе по итогам их выполнения и результатам испытаний предусматривается заключить контракт стоимостью 30 - 40 млн долларов на полномасштабную разработку ракеты. Поступление УР на вооружение, по оценке американских экспертов, ожидается к 2010 году. Как отмечается в западной печати, успехи европейских специалистов в области разработки перспективных гиперскоростных ракет менее значительны по сравнению с достигнутыми американскими учеными и инженерами. Это объясняется недостаточным финансированием подобных исследований, так как средства военных бюджетов западноевропейских государств направляются в основном на выполнение таких дорогостоящих приоритетных программ, как завершение разработки и организация серийного производства истребителя EF-2000, получившего официальное наименование "Тайфун" и "Рафаль", а также ракеты-носителя "Ариан-5". Однако, как указывается в западной прессе, в отчетах консультативной группы НАТО по космическим исследованиям и разработкам (AGARD), подготовленным для военно-политического руководства государств - членов блока, отмечается, что гиперзвуковые УР НАВМ (Hypervelocity Air Breathing Missiles) с приемлемыми ТТХ, предназначенные для решения задач ПВО, поражения укрепленных (заглубленных) объектов противника и уничтожения целей, будут разработаны к 2020 году при условии обеспечения необходимого уровня финансирования. Предполагается, что УР НАВМ будет оснащена ПВРД со сверхзвуковым горением, работающим на жидком углеводородном топливе (авиационный керосин). Она сможет достичь скорости полета М = 8 (2,4 км/с). Согласно отчету AGARD успешная разработка и внедрение таких УР обеспечат вооруженным силам стран НАТО превосходство в воздухе, а также существенно повысят их боевые возможности в следующем столетии. В отчете отмечается, что в течение последних десяти лет западные специалисты уделяли большое внимание созданию ПВРД со сверхзвуковым горением, работающим на водородном топливе, а также ракет-носителей нового поколения. Кроме того, приводятся данные наземных испытании таких двигателей, в качестве энергоносителя в которых применялся керосин. В соответствии с полученными результатами предпочтение отдается концепции использования топлива, имеющего высокий уровень теплопоглошения (углеводородное или эндотермическое). Западные эксперты полагают, что на первом этапе такими двигателями будут оснащаться гиперзвуковые УР средней и большой дальности (750 - 2500 км), носителями которых будут бомбардировщики или тактические истребители. Кроме того, считается целесообразным создание гиперзвуковых самолетов, предназначенных для ведения стратегической разведки, а также для запусков космических объектов. Применение ПВРД со сверхзвуковым горением вместо стандартных прямоточных воздушно-реактивных или ракетных двигателей, как отмечают западные эксперты, дает следующие преимущества: возрастание скорости до М = 14, десятикратное увеличение удельного импульса тяги силовой установки, вдвое большая дальность полета и сокращение времени подлета УР к цели (расстояние 1200 км преодолевает всего за 15 мни). По оценкам специалистов AGARD, УР НАВМ будет иметь массу 1400 - 1600 кг при дальности полета после запуска 1200 - 1500 км. В отчете выделены два основных класса гиперзвуковых ЛА: крылатые ракеты большой дальности и БЛА (предназначены для нанесения ударов по наземным целям или ведения разведки); противоракеты для системы ПРО на ТВД (для уничтожения баллистических ракет на начальном участке траектории). Предполагается, что при создании гиперзвуковых ЛА западные специалисты сосредоточат свои усилия на разработке аэродинамики аппарата, входного устройства двигателя, камеры сгорания, конструкционных материалов, топлива, стартового ускорителя и бортовых систем (обнаружения и сопровождения цели, управления полетом). Указывается на необходимость международного сотрудничества в рамках НАТО для достижения в кратчайшие сроки оптимального результата в создании таких систем вооружения. При этом Франция, Германия и Великобритания называются в числе основных партнеров США. Как отмечают западные СМИ, наибольших успехов в разработке гиперзвуковых ЛА среди европейских фирм добилась французская "Аэроспасьяль". Ее специалисты занимаются общими исследованиями в области гиперзвуковых технологий, работают над проектом создания разведывательного радиоуправляемого самолета, получившего наименование HAHV (Haute Altitude/Haute Vitesse). В 1997 году в г. Париж во время организованной по инициативе AGARD конференции по вопросам разработки гиперзвуковых летательных аппаратов обсуждался ряд вариантов HAHV, в том числе проект разведывательного самолета (рис. 4), способного выполнять полет на гиперзвуковых скоростях на высоте 30 - 35 км. В состав его бортового оборудования предполагается включить РЛС с синтезированием апертуры, а также комплект аппаратуры для ведения радиоэлектронной разведки (ELINT). На основании проведенных исследований французские специалисты сделали вывод о том, что к 2020 году главные проблемы, возникающие при разработке технологии гиперзвуковых ЛА, способных выполнять полеты в верхних слоях атмосферы, будут решены. По их мнению, такие летательные аппараты будут широко применяться в коде боевых действий, и в первую очередь для нанесения ударов по наземным объектам, а также для перехвата высоколетящих воздушных целей различного типа на больших расстояниях. К числу конкретных разработок западные СМИ относят французский экспериментальный ГПВРД, получивший наименование "Чэмоис". Он прошел проверку в испытательном центре фирмы "Аэроспасьяль" (расчетная скорость полета ЛА с таким двигателем составит до М = 6,5). В Германии усилия специалистов сосредоточены на исследовании возможности создания гиперзвуковых ракет для ПВО ближнего действия. НИОКР начались восемь лет назад в соответствии с программой создания высокоскоростных ракет HFK (Hochgeschwindigkeits Aug korper). В рамках этого проекта в настоящее время ведущие фирмы IABG, BGT и DASA ведут разработку гиперзвукового двигателя и систем управления такими УР. Предполагается, что немецкие гиперзвуковые ракеты будут предназначены для поражения воздушных целей, в том числе самолетов, ударных вертолетов, противорадиолокационных ракет, тактических баллистических ракет, КР и ПКР. НИОКР, помимо многочисленных теоретических исследований, моделирования и лабораторных испытаний, предусматривают проведение четырех летных испытаний экспериментальных ракет гиперзвуковой конструкции различных видов. Первый полет ракета HFK-L1 успешно совершила в 1995 году над территорией полигона, расположенного возле г. Мелдорф на побережье Северного моря. Она была разработана и произведена совместно фирмами DASA, LFK, BGT и "Байерн Чеми". Ожидается, что программа летных испытаний будет завершена к концу 2001 года. В ходе первого запуска предполагалось проверить прежде всего эффективность системы бокового управления в области гиперзвуковых скоростей. Специалисты фирмы DASА утверждают, что на траекторию полета УР при таком способе управления сильное взаимное влияние оказывает воздушный поток вокруг ракеты и выхлопные газы, выходящие из боковых (поперечных) двигателей. Подобные условия не могут с требуемой точностью моделироваться в аэродинамической трубе вследствие невозможности имитации набегающих потоков воздуха по ряду достаточно важных параметров, Сообщается, что для проведения исследований этого эффекта экспериментальная ракета была оборудована девятью боковыми двигателями поперечного управления" которые в ходе полета запускались в программируемой последовательности. Во время испытаний УР, оснащенная мощным ракетным двигателем фирмы "Байерн Чеми", за 0,8 с достигла скорости 1800 м/с (примерно М = 5,3). Гиперзвуковая силовая установка имеет диаметр 220 мм. Корпус и сопло двигателя ракеты изготовлены из углеродно-кевларового композиционного материала. УР имеет одну ступень, состоящую из ускорителя и основного (маршевого) двигателя максимальной тягой более 200 кН. Соотношение тяги к массе равно примерно 10:1. В качестве энергоносителя используется алюминированное составное ракетное топливо с высокой скоростью горения. После достижения максимальной скорости на УР были последовательно включены двигатели поперечного управления. При этом величина боковой перегрузки кратковременно достигала 30 g. Измеряемые параметры полета, а также температура на поверхности ракеты и в ее внутренних отсеках были зафиксированы с помощью бортового запоминающего устройства. Некоторые данные передавались на наземную станцию телеметрии. После 1,5 с полета УР была уничтожена самоликвидатором. Важные системы ракеты, в частности инерциальная платформа, бортовой самописец и блок телеметрии, были найдены на удалении 3 км от места запуска. На следующем этапе специалисты DASA произвели запуски экспериментальных УР на расстояние 12 км, в ходе которых проверялась устойчивость используемых в конструкции ракеты материалов к воздействию высоких температур. При этом отмечалось, что из-за воздушного трения ее обшивка нагревалась до 1200°С, а агрегаты, расположенные в отсеках, -до 400°С. Далее программой предусматривалась серия запусков экспериментальной ракеты HFK-L2, оснащенной 36 боковыми двигателями управления. В полете УР выполняла маневры на максимальной скорости М = 5,3. Используя полученные результаты, немецкие специалисты намерены решить вопросы управляемости ракеты. Ожидается, что испытания будут продолжены. При этом для создания перегрузок 50 g и более предполагается изменять траекторию движения УР при помощи аэродинамических поверхностей управления, а также в сочетании с воздействием боковых двигателей. В иностранной прессе сообщается еще об одной подобной программе, осуществляемой немецкой фирмой LFK, которая ведет концептуальную разработку УРТ способной выполнять полет к цели на высокой сверхзвуковой или гиперзвуковой скорости. Предусматривается, в частности, оптимизировать аэродинамику ракеты для таких скоростей при дальности ее полета несколько сот километров, а также разработать силовую установку и систему управления полетом. Одним из ближайших проектов фирмы является создание УР класса "воздух - земля", получившей наименование ASS 500. Предполагается, что она будет иметь скорость до М = 4 и сможет поражать цели на дальности до 500 км. Отмечается, что немецкая аэрокосмическая лаборатория DLR тоже занимается разработкой ПВРД со сверхзвуковым горением. Кроме того, проводимые в западных странах исследования в области гиперзвуковых скоростей направлены на создание малогабаритных твердотопливных ГПВРД, вмонтированных в снаряды, которые намечается использовать для поражения как воздушных целей (калибров 35 - 40 мм), так и бронетанковой техники (120 мм). В частности, сообщается об объединенной шведско-голландской программе, в рамках которой в 1999 году предполагается осуществить ряд запусков экспериментальных образцов этих снарядов. Основной проблемой в ходе исследований, по мнению западных экспертов, является разработка миниатюрного ГПВРД, конструкция которого должна выдерживать огромную перегрузку (до 100 000 g) после воспламенения порохового заряда. Подобные исследования в настоящее время проводятся во Франции (компания- PROTAC), Израиле ("Рафаэль") и ЮАР ("Денел"). 1 М - число Маха, равное отношению скорости движущейся с реды (V) к местной скорости звука (а). 2 Подробнее см.: Зарубежное военное обозрение - 1998.-.№ 1.- С. 17-25. Зарубежное военное обозрение №1 1999 С.17-22 Смотрите также | |
|
| |
| Просмотров: 4465 | | |
| Всего комментариев: 0 | |