De Amerikaanse luchtmacht testte de X-51A Waverider, die erin slaagde om 5 keer de snelheid van het geluid te winnen en meer dan 3 minuten kon vliegen, waarmee hij een wereldrecord vestigde dat eerder in het bezit was van Russische ontwikkelaars. De test verliep over het algemeen goed, hypersonische wapens zijn klaar om te racen.
Op 27 mei 2010 werd de X-51A Waverider (vrij vertaald als een golfvlucht en in "onvrijwillig" als een surfer) vanaf een B-52-bommenwerper boven de Stille Oceaan gedropt. De X-51A booster stage, geleend van de bekende ATCAMS-raket, bracht de Waverider naar een hoogte van 19,8 duizend meter, waar een hypersonische straalmotor (GPVRD, of scrumjet) werd aangezet. Daarna steeg de raket tot een hoogte van 21, 3000 meter en pakte een snelheid van Mach 5 (5 M - vijf snelheden van geluid). In totaal werkte de raketmotor ongeveer 200 seconden, waarna de X-51A een signaal afzond om zichzelf te vernietigen in verband met het uitbreken van telemetrie-onderbrekingen. Volgens het plan moest de raket een snelheid van 6 M ontwikkelen (volgens het project was de snelheid van de X-51 7 M, dat wil zeggen meer dan 8000 km / h), en de motor moest werken voor 300 seconden.
De tests waren niet perfect, maar dit belette niet dat ze een uitstekende prestatie werden. De bedrijfstijd van de motor overtrof het vorige record (77 s) met drie keer, in het bezit van het Sovjet (later Russische) vlieglaboratorium "Kholod". De 5M-snelheid werd voor het eerst bereikt met conventionele koolwaterstofbrandstof, en niet met een "exclusief" zoals waterstof. Waverider gebruikte JP-7, een damparme kerosine die werd gebruikt op het beroemde SR-71 ultrasnelle verkenningsvliegtuig.
Wat is een Scrumjet en wat is de essentie van de huidige prestaties? In principe zijn straalmotoren (ramjet-motoren) veel eenvoudiger dan turbojet-motoren (turbojet-motoren) die voor iedereen bekend zijn. Een straalmotor is gewoon een luchtinlaat (het enige bewegende deel), een verbrandingskamer en een mondstuk. Hierin steekt het gunstig af bij straalturbines, waar een ventilator, een compressor en de turbine zelf worden toegevoegd aan dit elementaire schema, uitgevonden in 1913, door gecombineerde inspanningen om lucht in de verbrandingskamer te drijven. In straalmotormotoren wordt deze functie uitgevoerd door de aankomende luchtstroom zelf, waardoor de noodzaak voor geavanceerde ontwerpen die werken in een stroom hete gassen en andere dure geneugten van een turbojetleven onmiddellijk wordt geëlimineerd. Hierdoor zijn straalmotoren lichter, goedkoper en minder gevoelig voor hoge temperaturen.
Eenvoud heeft echter een prijs. Direct-flow-motoren zijn niet effectief bij subsonische snelheden (tot 500-600 km / u werken helemaal niet) - ze hebben gewoon niet genoeg zuurstof en daarom hebben ze extra motoren nodig die het apparaat versnellen tot effectieve snelheden. Vanwege het feit dat het volume en de druk van de lucht die de motor binnenkomt alleen wordt beperkt door de diameter van de luchtinlaat, is het buitengewoon moeilijk om de stuwkracht van de motor effectief te regelen. Ramjet-motoren zijn meestal "geslepen" voor een smal bereik van werksnelheden, en daarbuiten beginnen ze zich onvoldoende te gedragen. Vanwege deze inherente tekortkomingen bij subsonische snelheden en gematigde supersonische, presteren turbojetmotoren radicaal beter dan hun directe-stroomconcurrenten.
De situatie verandert wanneer de behendigheid van het vliegtuig gedurende 3 zwaaien van de schaal verdwijnt. Bij hoge vliegsnelheden wordt de lucht in de inlaat van de motor zo gecomprimeerd dat de behoefte aan een compressor en andere apparatuur verdwijnt - meer precies, ze worden een belemmering. Maar bij deze snelheden voelen supersonische straalmotoren SPRVD ("ramjet") zich geweldig aan. Naarmate de snelheid toeneemt, worden de voordelen van de gratis "compressor" (supersonische luchtstroom) echter een nachtmerrie voor motorontwerpers.
In turbojet en SPVRD verbrandt kerosine met een relatief laag debiet - 0,2 M. Hierdoor kunt u een goede menging van lucht en geïnjecteerde kerosine bereiken en bijgevolg een hoog rendement. Maar hoe hoger de snelheid van de inkomende stroom, hoe moeilijker het is om deze te remmen en hoe groter de verliezen die met deze oefening gepaard gaan. Vanaf 6 M moet de stroom 25-30 keer worden afgeremd. Het enige dat overblijft is om brandstof te verbranden in een supersonische stroom. Hier beginnen de echte moeilijkheden. Wanneer lucht de verbrandingskamer binnenkomt met een snelheid van 2,5-3000 km / u, wordt het proces van het handhaven van de verbranding vergelijkbaar, in de woorden van een van de ontwikkelaars, met "proberen een lucifer brandend te houden in het midden van een tyfoon. " Nog niet zo lang geleden geloofde men dat dit in het geval van kerosine onmogelijk is.
De problemen van de ontwikkelaars van hypersonische voertuigen zijn geenszins beperkt tot het creëren van een werkbare SCRVD. Ze moeten ook de zogenaamde thermische barrière overwinnen. Het vliegtuig warmt op door wrijving met de lucht, en de warmte-intensiteit is recht evenredig met het kwadraat van de stroomsnelheid: als de snelheid verdubbelt, dan wordt de verwarming verviervoudigd. De verhitting van een vliegtuig tijdens de vlucht met supersonische snelheden (vooral op lage hoogte) is soms zo groot dat het leidt tot de vernietiging van de structuur en apparatuur.
Bij het vliegen met een snelheid van 3 M, zelfs in de stratosfeer, is de temperatuur van de ingangsranden van de luchtinlaat en de voorranden van de vleugel meer dan 300 graden, en de rest van de huid - meer dan 200. Het apparaat met een snelheid van 2-2,5 keer meer zal 4-6 keer meer opwarmen. Tegelijkertijd, zelfs bij temperaturen van ongeveer 100 graden, wordt organisch glas zachter, bij 150 - de sterkte van duraluminium wordt aanzienlijk verminderd, bij 550 - verliezen titaniumlegeringen de noodzakelijke mechanische eigenschappen en bij temperaturen boven 650 graden smelten aluminium en magnesium, staal wordt zacht.
Een hoog verwarmingsniveau kan worden opgelost door passieve thermische beveiliging of door actieve warmteafvoer door de brandstofreserves aan boord als koeler te gebruiken. Het probleem is dat met een zeer behoorlijk "koelend" vermogen van kerosine - de warmtecapaciteit van deze brandstof is slechts de helft van die van water - het hoge temperaturen niet goed verdraagt, en de hoeveelheden warmte die moeten worden "verteerd" zijn eenvoudig monsterlijk.
De eenvoudigste manier om beide problemen (supersonische verbranding en koeling) op te lossen, is om kerosine te laten varen ten gunste van waterstof. Dit laatste verbrandt relatief gemakkelijk - in vergelijking met kerosine natuurlijk - zelfs in een supersonische stroom. Tegelijkertijd is vloeibare waterstof, om voor de hand liggende redenen, ook een uitstekende koeler, die het mogelijk maakt om geen massale thermische beveiliging te gebruiken en tegelijkertijd een acceptabele temperatuur aan boord te garanderen. Bovendien heeft waterstof drie keer de calorische waarde van kerosine. Dit maakt het mogelijk om de limiet van haalbare snelheden te verhogen tot 17 M (maximaal op koolwaterstofbrandstof - 8 M) en tegelijkertijd de motor compacter te maken.
Het is niet verwonderlijk dat de meeste van de vorige recordbrekende hypersonische vliegtuigen precies op waterstof vlogen. Waterstofbrandstof werd gebruikt door ons vlieglaboratorium "Kholod", dat tot nu toe de tweede plaats inneemt wat betreft de duur van de scramjet-motor (77 s). Aan hem heeft NASA een recordsnelheid voor straalvoertuigen te danken: in 2004 bereikte het NASA X-43A onbemande hypersonische vliegtuig een snelheid van 11.265 km / u (of 9,8 M) op een vlieghoogte van 33,5 km.
Het gebruik van waterstof leidt echter tot andere problemen. Een liter vloeibare waterstof weegt slechts 0,07 kg. Zelfs rekening houdend met de drie keer grotere "energiecapaciteit" van waterstof, betekent dit een verviervoudiging van het volume van brandstoftanks met een constante hoeveelheid opgeslagen energie. Dit resulteert in het opblazen van de afmeting en het gewicht van het apparaat als geheel. Bovendien vereist vloeibare waterstof zeer specifieke bedrijfsomstandigheden - "alle verschrikkingen van cryogene technologieën" plus de specificiteit van waterstof zelf - het is extreem explosief. Met andere woorden, waterstof is een uitstekende brandstof voor experimentele voertuigen en stukmachines zoals strategische bommenwerpers en verkenningsvliegtuigen. Maar als brandstof voor massawapens die kunnen worden gebaseerd op conventionele platforms zoals een normale bommenwerper of torpedojager, is het ongeschikt.
Des te belangrijker is de prestatie van de makers van de X-51, die erin slaagden om het zonder waterstof te doen en tegelijkertijd indrukwekkende snelheden en recordindicatoren te behalen voor de duur van de vlucht met een straalmotor. Een deel van het record is te danken aan een innovatief aerodynamisch ontwerp - diezelfde golfvlucht. Het vreemde hoekige uiterlijk van het apparaat, het wild ogende ontwerp creëert een systeem van schokgolven, zij zijn het, en niet het lichaam van het apparaat, die het aerodynamische oppervlak worden. Als gevolg hiervan ontstaat de hefkracht met minimale interactie van de invallende stroom met het lichaam zelf en als gevolg daarvan neemt de intensiteit van de verwarming sterk af.
De X-51 heeft een zwart koolstof-koolstof hitteschild voor hoge temperaturen dat zich alleen op het uiterste puntje van de neus en aan de achterkant van de onderkant bevindt. Het grootste deel van het lichaam is bedekt met een wit hitteschild bij lage temperatuur, wat duidt op een relatief zachte verwarmingsmodus: en dit is op 6-7 M in vrij dichte lagen van de atmosfeer en onvermijdelijke duiken in de troposfeer naar het doelwit.
In plaats van een waterstof "monster", heeft het Amerikaanse leger een apparaat aangeschaft dat wordt aangedreven door praktische vliegtuigbrandstof, waardoor het onmiddellijk uit het veld van vermakelijke experimenten wordt gehaald en naar het rijk van echte toepassing wordt gebracht. Voor ons ligt niet langer een demonstratie van technologie, maar een prototype van een nieuw wapen. Als de X-51A alle tests met succes doorstaat, begint over een paar jaar de ontwikkeling van een volwaardige gevechtsversie van de X-51A +, uitgerust met de modernste elektronische vulling.
Volgens voorlopige plannen van Boeing zal de X-51A + worden uitgerust met apparaten voor snelle identificatie en vernietiging van doelen in omstandigheden van actieve oppositie. De mogelijkheid om het voertuig te besturen met behulp van een aangepaste JDAM-interface die is ontworpen voor het richten op zeer nauwkeurige munitie, werd vorig jaar met succes getest tijdens voorbereidende tests. Het nieuwe golfvliegtuig past goed in de standaardafmetingen voor Amerikaanse raketten, dat wil zeggen dat het veilig past in verticale lanceerinrichtingen aan boord, transportlanceercontainers en bommenwerpers. Merk op dat de ATCAMS-raket, waarvan de boostertrap voor de Waverider is geleend, een operationeel-tactisch wapen is dat wordt gebruikt door de Amerikaanse MLRS-raketsystemen met meerdere lanceringen.
Zo testten de Verenigde Staten op 12 mei 2010 boven de Stille Oceaan een prototype van een volledig praktische hypersonische kruisraket, te oordelen naar de geplande vulling, ontworpen om zeer beschermde gronddoelen te vernietigen (het geschatte bereik is 1600 km). Misschien zullen er in de loop van de tijd oppervlakten aan worden toegevoegd. Naast de enorme snelheid, zullen dergelijke raketten een hoog penetrerend vermogen hebben (trouwens, de energie van een lichaam dat wordt versneld tot 7 M is praktisch gelijk aan een TNT-lading met dezelfde massa) en - een belangrijke eigenschap van statisch onstabiele golven - het vermogen tot zeer scherpe manoeuvres.
Dit is verre van het enige veelbelovende beroep van hypersonische wapens.
Eind jaren negentig werd in rapporten van de NATO Space Research and Development Advisory Group (AGARD) opgemerkt dat hypersonische raketten de volgende toepassingen zouden moeten hebben:
- versterkte (of begraven) vijandelijke doelen en complexe gronddoelen in het algemeen verslaan;
- luchtafweer;
- de verovering van luchtoverheersing (dergelijke raketten kunnen worden beschouwd als een ideaal middel om hoogvliegende luchtdoelen op lange afstanden te onderscheppen);
- antiraketverdediging - onderschepping van de lancering van ballistische raketten in de beginfase van het traject.
- gebruik als herbruikbare drones zowel voor het raken van gronddoelen als voor verkenning.
Ten slotte is het duidelijk dat hypersonische raketten het meest effectieve - zo niet het enige - tege-g.webp
Een andere richting in de ontwikkeling van hypersonische wapens is de creatie van kleine scramjet-motoren met vaste stuwstof die zijn gemonteerd in projectielen die zijn ontworpen om luchtdoelen (kalibers 35-40 mm) te vernietigen, evenals gepantserde voertuigen en vestingwerken (kinetische ATGM's). In 2007 voltooide Lockheed Martin tests van een prototype kinetische antitankraket CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Zo'n raket op een afstand van 3400 m vernietigde met succes de Sovjet T-72-tank, uitgerust met verbeterd reactief pantser.
In de toekomst kunnen nog meer exotische ontwerpen verschijnen, bijvoorbeeld transatmosferische vliegtuigen die suborbitale vluchten op een intercontinentaal bereik kunnen uitvoeren. Het manoeuvreren van hypersonische kernkoppen voor ballistische raketten is ook behoorlijk relevant - en in de nabije toekomst. Met andere woorden, in de komende 20 jaar zullen militaire zaken drastisch veranderen en hypersonische technologieën zullen een van de belangrijkste factoren in deze revolutie worden.
