ASV gaisa spēki pārbaudīja lidmašīnu X-51A Waverider, kurai izdevās iegūt ātrumu 5 reizes lielāku par skaņas ātrumu, un spēja lidot vairāk nekā 3 minūtes, uzstādot pasaules rekordu, kas iepriekš piederēja Krievijas izstrādātājiem. Pārbaude kopumā noritēja labi, hiperskaņas ieroči ir gatavi sacīkstēm.
2010. gada 27. maijā X-51A Waverider (brīvi tulkots kā viļņu lidojums un “piespiedu kārtā” kā sērfotājs) tika nomests no bumbvedēja B-52 virs Klusā okeāna. X-51A pastiprinātāja posms, kas aizgūts no labi zināmās raķetes ATCAMS, noveda Waverider 19,8 tūkstošu metru augstumā, kur tika ieslēgts hiperskaņas ramjet dzinējs (GPRVD jeb scrumjet). Pēc tam raķete pacēlās 21,3 tūkstošu metru augstumā un uzņēma ātrumu 5 Mach (5 M - pieci skaņas ātrumi). Kopumā raķešu dzinējs strādāja aptuveni 200 sekundes, pēc tam X-51A nosūtīja signālu pašiznīcināšanai saistībā ar telemetrijas pārtraukumu uzliesmojumu. Saskaņā ar plānu raķetei vajadzēja attīstīt 6 M ātrumu (saskaņā ar projektu X-51 ātrums bija 7 M, tas ir, vairāk nekā 8000 km / h), un dzinējam bija jāstrādā 300 sekundes.
Pārbaudījumi nebija perfekti, taču tas netraucēja viņiem kļūt par izcilu sasniegumu. Motora darbības laiks trīs reizes pārsniedza iepriekšējo rekordu (77 s), kas piederēja padomju (vēlāk Krievijas) lidojošajai laboratorijai "Kholod". 5M ātrums vispirms tika sasniegts ar parasto ogļūdeņražu degvielu, nevis ar kādu "ekskluzīvu", piemēram, ūdeņradi. Waverider izmantoja JP-7-petroleju ar zemu tvaiku, ko izmanto slavenajā SR-71 īpaši ātrgaitas izlūkošanas lidmašīnā.
Kas ir Scrumjet un kāda ir pašreizējo sasniegumu būtība? Principā ramjet dzinēji (ramjet dzinēji) ir daudz vienkāršāki nekā turboreaktīvie dzinēji (turboreaktīvie dzinēji), kas ir pazīstami visiem. Ramjet dzinējs ir vienkārši gaisa ieplūde (vienīgā kustīgā daļa), sadegšanas kamera un sprausla. Šajā gadījumā tas ir salīdzināms ar reaktīvajām turbīnām, kurās ventilators, kompresors un pati turbīna ir pievienoti šai elementārajai shēmai, kas tika izgudrota 1913. gadā, kopīgiem spēkiem virzot gaisu sadegšanas kamerā. Ramjet dzinējos šo funkciju veic pati pretimbraucošā gaisa plūsma, kas nekavējoties novērš nepieciešamību pēc sarežģītiem dizainiem, kas darbojas karstu gāzu plūsmā un citos dārgos turboreaktīvās darbības priekos. Rezultātā ramjet dzinēji ir vieglāki, lētāki un mazāk jutīgi pret augstām temperatūrām.
Tomēr vienkāršībai ir sava cena. Tiešās plūsmas dzinēji ir neefektīvi pie zemskaņas ātruma (līdz 500–600 km / h vispār nedarbojas)-tiem vienkārši nav pietiekami daudz skābekļa, un tāpēc tiem ir nepieciešami papildu dzinēji, kas paātrina aparātu līdz efektīvam ātrumam. Sakarā ar to, ka dzinējā ieplūstošā gaisa tilpumu un spiedienu ierobežo tikai gaisa ieplūdes diametrs, ir ārkārtīgi grūti efektīvi kontrolēt dzinēja vilces spēku. Ramjet dzinēji parasti tiek "asināti" šaurā darbības ātruma diapazonā, un ārpus tā tie sāk uzvesties neadekvāti. Šo raksturīgo trūkumu dēļ zemskaņas ātrumā un mērenā virsskaņas ātrumā turboreaktīvie dzinēji radikāli pārspēj savus tiešās plūsmas konkurentus.
Situācija mainās, kad lidmašīnas veiklība iziet no skalas 3 šūpošanās. Pie liela lidojuma ātruma dzinēja ieplūdē gaiss tiek saspiests tik ļoti, ka pazūd nepieciešamība pēc kompresora un cita aprīkojuma - precīzāk, tie kļūst par šķērsli. Bet ar šo ātrumu virsskaņas ramjet dzinēji SPRVD ("ramjet") jūtas lieliski. Tomēr, palielinoties ātrumam, bezmaksas "kompresora" (virsskaņas gaisa plūsma) priekšrocības dzinēju dizaineriem pārvēršas par murgu.
Turboreaktīvajos un SPVRD petrolejas apdegumos pie salīdzinoši zemas plūsmas ātruma - 0,2 M. Tas ļauj sasniegt labu gaisa un ievadītā petrolejas sajaukšanos un attiecīgi augstu efektivitāti. Bet, jo lielāks ir ienākošās straumes ātrums, jo grūtāk to bremzēt un jo lielāki zaudējumi ir saistīti ar šo vingrinājumu. Sākot no 6 M, plūsma ir jāpalēnina 25-30 reizes. Atliek tikai sadedzināt degvielu virsskaņas plūsmā. Šeit sākas īstās grūtības. Kad gaiss iekļūst sadegšanas kamerā ar ātrumu 2,5-3 tūkstoši km / h, sadegšanas uzturēšanas process, pēc viena no izstrādātāju vārdiem, kļūst līdzīgs tam, "lai mēģinātu noturēt sērkociņu taifūna vidū. " Ne tik sen tika uzskatīts, ka petrolejas gadījumā tas nav iespējams.
Hiperskaņas transportlīdzekļu izstrādātāju problēmas nekādā ziņā neaprobežojas ar funkcionējoša SCRVD izveidi. Viņiem arī jāpārvar tā saucamā termiskā barjera. Lidmašīna sakarst no berzes pret gaisu, un sildīšanas intensitāte ir tieši proporcionāla plūsmas ātruma kvadrātam: ja ātrums dubultojas, tad apkure palielinās četras reizes. Lidmašīnas sasilšana lidojuma laikā ar virsskaņas ātrumu (īpaši zemā augstumā) dažkārt ir tik liela, ka noved pie konstrukcijas un aprīkojuma iznīcināšanas.
Lidojot ar ātrumu 3 M, pat stratosfērā gaisa ieplūdes ieejas malu un spārna priekšējo malu temperatūra ir lielāka par 300 grādiem, bet pārējās ādas - vairāk nekā 200. Ierīce ar 2–2,5 reizes lielāks ātrums sasildīs 4–6 reizes vairāk. Tajā pašā laikā pat aptuveni 100 grādu temperatūrā organiskais stikls mīkstina, pie 150 - duralumīna stiprība ir ievērojami samazināta, pie 550 - titāna sakausējumi zaudē nepieciešamās mehāniskās īpašības, un temperatūrā virs 650 grādiem alumīnijs un magnijs izkausē, tērauds mīkstina.
Augstu apkures līmeni var atrisināt vai nu ar pasīvo termisko aizsardzību, vai ar aktīvo siltuma noņemšanu, izmantojot degvielas rezerves uz kuģa kā dzesētāju. Problēma ir tā, ka ar ļoti pienācīgu petrolejas "dzesēšanas" spēju - šīs degvielas siltumietilpība ir tikai puse no ūdens - tā slikti panes augstu temperatūru, un siltuma apjomi, kas ir "jāsagremo", ir vienkārši briesmīgi.
Vienkāršākais veids, kā atrisināt abas problēmas (virsskaņas sadedzināšana un dzesēšana), ir atteikties no petrolejas par labu ūdeņradim. Pēdējais salīdzinoši viegli - protams, salīdzinot ar petroleju - sadedzina pat virsskaņas plūsmā. Tajā pašā laikā šķidrais ūdeņradis acīmredzamu iemeslu dēļ ir arī lielisks dzesētājs, kas ļauj neizmantot milzīgu termisko aizsardzību un vienlaikus nodrošināt pieņemamu temperatūru uz kuģa. Turklāt ūdeņradim ir trīs reizes lielāka petrolejas siltumspēja. Tas ļauj palielināt sasniedzamo ātrumu robežu līdz 17 M (maksimālais ogļūdeņražu degvielai - 8 M) un vienlaikus padarīt dzinēju kompaktāku.
Nav pārsteidzoši, ka lielākā daļa iepriekšējo rekordlielo hiperskaņas lidmašīnu lidoja tieši ar ūdeņradi. Ūdeņraža degvielu izmantoja mūsu lidojošā laboratorija "Kholod", kas līdz šim ieņem otro vietu pēc scramjet dzinēja ilguma (77 s). Viņam NASA ir parādā rekordlielu ātrumu reaktīvajiem transportlīdzekļiem: 2004. gadā NASA bezpilota hiperskaņas lidmašīna X-43A sasniedza 11 265 km / h (jeb 9,8 M) ātrumu 33,5 km lidojuma augstumā.
Ūdeņraža izmantošana tomēr rada citas problēmas. Viens litrs šķidrā ūdeņraža sver tikai 0,07 kg. Pat ņemot vērā trīs reizes lielāku ūdeņraža "enerģijas ietilpību", tas nozīmē četrkārtīgu degvielas tvertņu tilpuma palielināšanos ar nemainīgu uzglabātās enerģijas daudzumu. Tā rezultātā tiek palielināts visa aparāta izmērs un svars. Turklāt šķidrajam ūdeņradim nepieciešami ļoti specifiski darbības apstākļi - "visas kriogēno tehnoloģiju šausmas" plus paša ūdeņraža specifika - tas ir ārkārtīgi sprādzienbīstams. Citiem vārdiem sakot, ūdeņradis ir lieliska degviela eksperimentāliem transportlīdzekļiem un mašīnām, piemēram, stratēģiskiem bumbvedējiem un izlūkošanas lidmašīnām. Bet kā degviela masu ieročiem, kuru pamatā var būt parastās platformas, piemēram, parasts bumbvedējs vai iznīcinātājs, tā nav piemērota.
Vēl nozīmīgāks ir X-51 radītāju sasniegums, kuriem izdevās iztikt bez ūdeņraža un tajā pašā laikā sasniegt iespaidīgus ātrumus un rekordlielus rādītājus lidojuma laikā ar ramjet dzinēju. Daļa ieraksta ir saistīta ar novatorisku aerodinamisko dizainu - tieši šo viļņu lidojumu. Aparāta dīvainais leņķiskais izskats, tā mežonīgā izskata dizains rada triecienviļņu sistēmu, tieši viņi, nevis aparāta korpuss, kļūst par aerodinamisko virsmu. Tā rezultātā pacelšanas spēks rodas ar minimālu krītošās plūsmas mijiedarbību ar pašu ķermeni, un tā rezultātā tās sildīšanas intensitāte krasi samazinās.
X-51 ir melns oglekļa-oglekļa augstas temperatūras siltuma vairogs, kas atrodas tikai pašā deguna galā un apakšpusē. Galvenā ķermeņa daļa ir pārklāta ar baltu zemas temperatūras siltuma vairogu, kas norāda uz samērā maigu sildīšanas režīmu: un tas ir pie 6-7 M diezgan blīvos atmosfēras slāņos un neizbēgami ienirst troposfērā līdz mērķim.
Ūdeņraža "monstra" vietā amerikāņu militāristi ir ieguvuši ierīci, kuru darbina praktiska aviācijas degviela, kas to nekavējoties izņem no amizantā eksperimenta lauka reālas pielietošanas jomā. Mūsu priekšā vairs nav tehnoloģiju demonstrācija, bet gan jauna ieroča prototips. Ja X-51A veiksmīgi izturēs visus testus, pēc dažiem gadiem tiks sākta pilnvērtīgas X-51A +kaujas versijas izstrāde, kas aprīkota ar vismodernāko elektronisko pildījumu.
Saskaņā ar Boeing sākotnējiem plāniem, X-51A + tiks aprīkots ar ierīcēm ātrai mērķu noteikšanai un iznīcināšanai aktīvas opozīcijas apstākļos. Spēja vadīt transportlīdzekli, izmantojot modificētu JDAM saskarni, kas paredzēta augstas precizitātes munīcijas mērķēšanai, tika veiksmīgi pārbaudīta iepriekšējos testos pagājušajā gadā. Jaunā viļņa lidmašīna labi iekļaujas amerikāņu raķešu standarta izmēros, tas ir, tā droši iekļaujas kuģa vertikālajās palaišanas ierīcēs, transporta palaišanas konteineros un bumbvedēju nodalījumos. Ņemiet vērā, ka raķete ATCAMS, no kuras tika aizgūts Waverider pastiprinātājs, ir operatīvi taktisks ierocis, ko izmanto amerikāņu MLRS daudzkārtējās raķešu sistēmas.
Tā 2010. gada 12. maijā ASV virs Klusā okeāna izmēģināja pilnīgi praktiskas hiperskaņas spārnotās raķetes prototipu, spriežot pēc plānotā pildījuma, kas paredzēts īpaši aizsargātu sauszemes mērķu iznīcināšanai (paredzamais darbības rādiuss ir 1600 km). Iespējams, laika gaitā tiem tiks pievienoti virszemes. Papildus milzīgajam ātrumam šādām raķetēm būs augsta iespiešanās spēja (starp citu, ķermeņa enerģija, kas paātrināta līdz 7 M, praktiski ir līdzvērtīga tādas pašas masas TNT lādiņam) un - svarīga statiski nestabilu viļņu īpašība - spēja veikt ļoti asus manevrus.
Šī ir tālu no vienīgās daudzsološās hiperskaņu ieroču profesijas.
Deviņdesmito gadu beigās NATO Kosmosa izpētes un attīstības padomdevēju grupas (AGARD) ziņojumos tika atzīmēts, ka hiperskaņas raķetēm jābūt šādiem lietojumiem:
- sakaut nocietinātos (vai apraktos) ienaidnieka mērķus un sarežģītus sauszemes mērķus kopumā;
- pretgaisa aizsardzība;
- gaisa pārākuma iekarošana (šādas raķetes var uzskatīt par ideālu līdzekli, lai pārtvertu augstu lidojošus gaisa mērķus lielos attālumos);
- pretraķešu aizsardzība - ballistisko raķešu palaišanas pārtveršana trajektorijas sākotnējā posmā.
- izmantot kā atkārtoti lietojamus bezpilota lidaparātus gan triecienam pa sauszemi, gan izlūkošanai.
Visbeidzot, ir skaidrs, ka hiperskaņas raķetes būs visefektīvākais - ja ne vienīgais - pretlīdzeklis pret hiperskaņas uzbrukuma ieročiem.
Vēl viens hiperskaņas ieroču attīstības virziens ir maza izmēra cietā propelenta scramjet dzinēju izveide, kas uzstādīti šāviņos, kas paredzēti gaisa mērķu iznīcināšanai (kalibri 35–40 mm), kā arī bruņumašīnas un nocietinājumi (kinētiskie ATGM). 2007. gadā Lockheed Martin pabeidza kinētiskās prettanku raķetes CKEM (Compact Kinetic Energy Missile) prototipa testus. Šāda raķete 3400 m attālumā veiksmīgi iznīcināja padomju tanku T-72, kas aprīkots ar uzlabotām reaktīvajām bruņām.
Nākotnē var parādīties vēl eksotiskāks dizains, piemēram, transatmosfēras lidmašīnas, kas spēj veikt suborbitālus lidojumus starpkontinentālā diapazonā. Manevrējošas hiperskaņas kaujas galviņas ballistiskajām raķetēm ir arī diezgan aktuālas - un tuvākajā nākotnē. Citiem vārdiem sakot, nākamajos 20 gados militārās lietas krasi mainīsies, un hiperskaņas tehnoloģijas kļūs par vienu no vissvarīgākajiem šīs revolūcijas faktoriem.
