Hypersonická rychlost km/h Smrtící hyperzvuk. Z historie letectví
V lednu došlo k významné události: Klub majitelů hypersonických technologií byl doplněn o nového člena. 9. ledna 2015 Čína testovala hypersonický kluzák s názvem WU-14. Jedná se o řízené vozidlo, které je namontováno na mezikontinentální balistické střele (ICBM). Raketa zvedne kluzák do vesmíru, načež se kluzák střemhlav vrhne k cíli a vyvine rychlost tisíce kilometrů za hodinu.
Podle Pentagonu lze čínské hypersonické vozidlo WU-14 instalovat na různé čínské balistické střely s dosahem od 2 tisíc do 12 tisíc km. Při lednových testech WU-14 dosáhl rychlosti 10 Mach, což je více než 12,3 tisíce km/h. Moderní systémy protivzdušné obrany nejsou schopny spolehlivě zasáhnout manévrující cíl letící takovou rychlostí. Čína se tak stala po Spojených státech a Rusku třetí zemí, která vlastní technologii hypersonických nosičů jaderných a konvenčních zbraní.
Hypersonický kluzák HTV-2 se odděluje od horního stupně (USA)
Spojené státy a Čína pracují na podobných návrzích hypersonických kluzáků, které jsou zpočátku posíleny tím, že jsou zvednuty do vysoké výšky nosnou raketou a poté zrychleny během řízeného sestupu z vysokých výšek. Výhodami takového systému je velký dosah (až globální zásah na kterýkoli bod na zemském povrchu), relativně jednoduchá konstrukce kluzáku (žádný pohonný motor), velká hmotnost bojové hlavice a vysoká rychlost letu (více než 10 Mach).
Rusko se zaměřuje na vývoj hypersonických náporových (scramjet) střel, které lze odpalovat ze země, lodí nebo bojových letadel. Existuje rusko-indický projekt na vývoj takových zbraňových systémů, aby se do roku 2023 mohla do „hypersonického klubu“ připojit i Indie. Výhodou hypersonických střel je nižší cena a větší flexibilita použití, na rozdíl od kluzáků odpalovaných pomocí ICBM.
Experimentální hypersonická raketa s scramjet X-51A WaveRider (USA)
Oba typy hypersonických zbraní mohou nést konvenční nebo jadernou hlavici. Odborníci z Australian Strategic Policy Institute vypočítali, že kinetická energie dopadu hypersonické hlavice (bez vysoce výbušné nebo jaderné hlavice) o hmotnosti 500 kg a rychlosti 6 M z hlediska způsobené destrukce je srovnatelná s detonace hlavice konvenční podzvukové střely AGM-84 Harpoon, vybavené hlavicí s výbušnou hmotností asi 100 kg. To je jen čtvrtina palebné síly ruské protilodní střely P-270 Moskit s výbušnou hmotností 150 kg a rychlostí 4 Mach.
Zdálo by se, že hypersonické zbraně nejsou o moc lepší než stávající nadzvukové zbraně, ale vše není tak jednoduché. Faktem je, že hlavice balistických raket jsou snadno detekovány na velké vzdálenosti a padají po předvídatelné dráze. A přestože jejich rychlost je obrovská, moderní počítačová technologie umožnila zachytit hlavice během fáze sestupu, jak s různou úspěšností prokázal americký systém protiraketové obrany.
Hypersonické letouny se přitom k cíli přibližují po relativně ploché dráze, zůstávají krátkou dobu ve vzduchu a mohou manévrovat. Ve většině scénářů nejsou moderní systémy protivzdušné obrany schopny detekovat a zasáhnout hypersonický cíl v krátkém časovém úseku.
Hypersonická raketa s rychlostí 6 M uletí vzdálenost z Londýna do New Yorku za pouhou 1 hodinu
Moderní protiletadlové střely hypersonický cíl prostě nedoženou, například střela z protiletadlového raketového systému S-300 dokáže zrychlit na rychlost 7,5 Mach, a i to jen na krátkou dobu. Cíl s rychlostí kolem 10 M pro něj tedy bude v naprosté většině případů „příliš tvrdý“. Kromě toho lze letalitu hypersonických zbraní zvýšit použitím kazetové hlavice: vysokorychlostní šrapnely z wolframových „hřebíků“ mohou vyřadit z provozu průmyslové zařízení, velkou loď nebo zničit koncentraci pracovní síly a obrněných vozidel nad velkým plocha.
Šíření hypersonických zbraní schopných projít všemi systémy protivzdušné obrany vyvolává nové otázky zajištění globální bezpečnosti a vojenské parity. Pokud v této oblasti nebude dosaženo rovnovážného odstrašení, jako je tomu u jaderných zbraní, hypersonické údery by se mohly stát běžným nástrojem nátlaku, protože jen pár hypersonických hlavic může zničit ekonomiku malé země.
Americký program rychlého globálního úderu pomocí hypersonických zbraní umožní podle propočtů Pentagonu do hodiny zasáhnout jakýkoli cíl kdekoli na světě, aniž by došlo k radiační kontaminaci oblasti. I v případě jaderného konfliktu dokáže systém částečně nahradit jaderné zbraně, přičemž zasáhne až 30 % cílů.
Členové „hypersonického klubu“ tak budou mít příležitost téměř zaručit zničení kritické infrastruktury nepřítele, například elektráren, armádních řídicích center, vojenských základen, velkých měst a průmyslových zařízení. Podle expertů zbývá 10-15 let, než se objeví první produkční modely hypersonických zbraní, takže je ještě čas vypracovat politické dohody omezující použití takových zbraní v lokálních konfliktech. Pokud nebude takových dohod dosaženo, existuje vysoké riziko ještě větších humanitárních katastrof spojených s použitím nových zbraní.
Hypersonic je letadlo schopné létat hypersonickou rychlostí.
Co je to hypersonická rychlost
V aerodynamice se často používá veličina, která ukazuje poměr rychlosti proudění nebo tělesa k rychlosti zvuku. Tento poměr se nazývá Machovo číslo, pojmenované po rakouském vědci Ernstu Machovi, který položil základy nadzvukové aerodynamiky.
Kde M – Machovo číslo;
u – proudění vzduchu nebo tělesná rychlost,
c s – rychlost šíření zvuku.
V atmosféře je za normálních podmínek rychlost zvuku přibližně 331 m/s. Rychlost tělesa při Mach 1 odpovídá rychlosti zvuku. Nadzvuková rychlost se nazývá v rozsahu od 1 do 5 Mach, pokud překročí 5 Mach, pak se již jedná o hypersonický rozsah. Toto rozdělení je podmíněné, protože neexistuje jasná hranice mezi nadzvukovou a nadzvukovou rychlostí. Takto se dohodli počítat v 70. letech dvacátého století.
Z historie letectví
"Silbertvogel"
Poprvé se pokusili vytvořit hypersonický letoun během druhé světové války v nacistickém Německu. Autor tohoto projektu, který se jmenoval „ Silbertvogel"(stříbrný pták) byl rakouský vědec Eugen Senger. Letadlo mělo jiná jména: „ Americký bombardér», « Orbitální bombardér», « Antipodální bombardér», « Atmosférický kapitán», « Uralský bombardér" Jednalo se o raketový bombardér, který mohl nést až 30 tun bomb. Byl určen k bombardování Spojených států a průmyslových oblastí Ruska. Naštěstí v té době nebylo možné takový letoun postavit v praxi a zůstalo jen u výkresů.
North American X-15
V 60. letech dvacátého století vznikl ve Spojených státech vůbec první raketový letoun X-15, jehož hlavním úkolem bylo studovat podmínky letu při hypersonických rychlostech. Toto zařízení dokázalo překonat výšku 80 km. Za rekord byl považován let Joe Walkera, provedený v roce 1963, kdy bylo dosaženo výšky 107,96 km a rychlosti 5,58 M.
X-15 byl zavěšen pod křídlem strategického bombardéru B-52. Ve výšce 15 km se oddělil od nosného letadla. V tu chvíli se rozběhl jeho vlastní raketový motor na kapalné pohonné hmoty. Fungovalo to 85 sekund a vypnulo se. Do této doby dosáhla rychlost letadla 39 m/s. V nejvyšším bodě trajektorie (apogeu) bylo zařízení již mimo atmosféru a téměř 4 minuty bylo ve stavu beztíže. Pilot provedl plánovaný průzkum, pomocí plynových kormidel nasměroval letoun do atmosféry a brzy přistál. Výškový rekord dosažený X-15 trval téměř 40 let, až do roku 2004.
X-20 Dyna Soar
V letech 1957 až 1963 Na objednávku amerického letectva vyvinul Boeing pilotovaný vesmírný stíhací a průzkumný bombardér X-20. Program byl volán X-20 Dyna-Soar. X-20 měla vynést na oběžnou dráhu ve výšce 160 km nosná raketa. Rychlost letadla byla plánována o něco nižší než první kosmická rychlost, aby se nestal satelitem Země. Z výšky se letadlo muselo „ponořit“ do atmosféry, sestoupit na 60-70 km a provést buď fotografování, nebo bombardování. Pak se znovu zvedl, ale do menší výšky, než byla ta původní, a znovu se „potopil“ ještě níže. A tak dále, dokud nepřistál na letišti.
V praxi bylo vyrobeno několik modelů X-20 a byli vyškoleni piloti astronautů. Ale z mnoha důvodů byl program zrušen.
Projekt "Spirála"
V reakci na program X-20 Dyna-Soar v 60. letech 20. století Projekt Spirála byl zahájen v SSSR. Byl to zásadně nový systém. Předpokládalo se, že výkonný pomocný letoun s motory dýchajícími vzduch o hmotnosti 52 tun a délce 28 m zrychlí na rychlost 6 M. Pilotovaný orbitální letoun o hmotnosti 10 tun a délce 8 m odstartuje ze „záda“ na výška 28-30 km Oba letouny startující z letiště společně mohly každý samostatně provést samostatné přistání. Kromě toho bylo plánováno použití pomocného letounu se svou hypersonickou rychlostí také jako dopravní letadlo pro cestující.
Vzhledem k tomu, že k vytvoření takového hypersonického pomocného letadla byly zapotřebí nové technologie, projekt počítal s možností použití nikoli hypersonického, ale nadzvukového letadla.
Celý systém byl vyvinut v roce 1966 v konstrukční kanceláři OKB-155 A.I. Mikojan. Dvě verze modelu prošly úplným cyklem aerodynamického výzkumu v Ústředním aerodynamickém institutu pojmenovaném po něm. Profesor N.E. Žukovskij v letech 1965-1975 Ale stále se nepodařilo vytvořit letadlo. A tento program, stejně jako ten americký, byl omezen.
Hypersonické letectví
Do začátku 70. let. Ve 20. století se lety nadzvukovou rychlostí staly pro vojenská letadla běžnou záležitostí. Objevila se i nadzvuková dopravní letadla. Letecká letadla by mohla procházet hustými vrstvami atmosféry hypersonickou rychlostí.
V SSSR začaly práce na hypersonickém letounu v Tupolev Design Bureau v polovině 70. let. Výzkum a návrh probíhal na letounu schopném dosahovat rychlosti až 6 M (TU-260) s letovým dosahem až 12 000 km a také na hypersonickém mezikontinentálním letounu TU-360. Jeho letový dosah měl dosáhnout 16 000 km. Byl dokonce připraven projekt osobního hypersonického letounu určeného k letu ve výšce 28-32 km rychlostí 4,5 - 5 Machů.
Ale aby letadla mohla létat nadzvukovou rychlostí, musí mít jejich motory vlastnosti jak letecké, tak kosmické techniky. Stávající motory dýchající vzduch (WRD), které využívaly atmosférický vzduch, měly teplotní omezení a mohly být použity při letouny, jejichž rychlosti nepřesahovaly 3 M. A raketové motory musely nést na palubě velkou zásobu paliva a nebyly vhodné pro dlouhé lety v atmosféře.
Ukázalo se, že nejracionálnější pro hypersonické letadlo je náporový motor (náporový motor), který nemá žádné rotující části, v kombinaci s proudovým motorem (TRE) pro zrychlení. Předpokládalo se, že náporové motory na kapalný vodík jsou nejvhodnější pro lety hypersonickou rychlostí. A pomocný motor je proudový motor běžící na petrolej nebo kapalný vodík.
Bezpilotní prostředek X-43A byl poprvé vybaven náporovým motorem, který byl zase instalován na výletní nosné raketě Pegasus.
29. března 2004 vzlétl v Kalifornii bombardér B-52. Když dosáhl výšky 12 km, vzlétl z něj X-43A. Ve výšce 29 km se oddělil od nosné rakety. V tuto chvíli odstartoval jeho vlastní nápor. Fungoval pouze 10 sekund, ale byl schopen dosáhnout hypersonické rychlosti 7 Mach.
V současnosti je X-43A nejrychlejším letadlem na světě. Je schopen dosáhnout rychlosti až 11 230 km/h a může vystoupat do výšky až 50 km. Stále se ale jedná o bezpilotní letoun. Není ale daleko hodina, kdy se objeví hypersonická letadla, na kterých budou moci létat běžní cestující.
Kdysi jsme diskutovali o dost skeptickém názoru, ale nikdo tuto práci nezastavuje a všichni jdou kupředu.
Podle zdroje z vojensko-průmyslového komplexu dosáhla nejnovější ruská hypersonická protilodní střela Zircon během testování osmi rychlostí zvuku.
Podle zdroje „během testů rakety bylo potvrzeno, že její rychlost na pochodu dosahuje Mach 8,“ uvádí TASS. Navíc, jak zdroj poznamenal, střely Zircon lze odpalovat z univerzálních odpalovacích zařízení 3S14, které se používají i pro střely Kalibr a Oniks.
Dostřel Zirconu je podle otevřených údajů asi 400 kilometrů. V únoru informovaný zdroj oznámil, že hypersonická střela Zircon, určená pro ponorky třídy Yasen a Husky, by mohla být poprvé vypuštěna z námořní lodi letos na jaře. V dubnu 2016 zdroj z ruského vojensko-průmyslového komplexu poznamenal, že Zircon by měl jít do sériové výroby v roce 2018.
Americký X-51AWaverider vykázal při svém posledním zkušebním letu rychlost 4,8 MAX.
A teď trochu více o Zirkonu.
Číslo „Mach“ nebo „M“ určuje poměr rychlosti místního proudění k rychlosti zvuku – 331 m/s. Šest až osmkrát překročení rychlosti zvuku je jednou z globálních výzev pro vývoj moderních letadel a raketové vědy. S příchodem hypersonických letadel spojují konstruktéři průlom do nové, 6. generace letadel. Z vojenského hlediska jsou hypersonická letadla mimořádně účinnými údernými zbraněmi. Hypersonický let je nerozeznatelný pro moderní radarové systémy. Vytvoření prostředků pro zachycení takových raket neexistuje a ani se s ním nepočítá.
Globální odzbrojení
SSSR to pochopil již v 60. letech minulého století, kdy navrhl systém nevzdušné obrany s raketami A-135 umístěnými nedaleko Moskvy. Systém zachycování jaderných hlavic vstupujících do atmosféry rychlostí 5-10 km/s je v komplexu řešen zcela unikátním způsobem. Pokud je elektronika stále nevidí, pak by raketa neměla být namířena „na cent“, ale „na bílé světlo“, zjevně se konstruktéři rozhodli a na protiraketovou střelu nainstalovali jadernou hlavici. To znamená, že sovětská protiraketová střela s vědomím o jaderném útoku byla odpálena do oblasti, kde se měly nacházet nepřátelské jaderné jednotky, aby je zničila pomocí blížícího se jaderného výbuchu v atmosféře. Připomeňme, že tento systém je stále v provozu. A je považován za jediný účinný NMD systém na světě.
„Abyste odhalili útočící cíle, namířili na ně antirakety a vypálili protisalvu, máte několik desítek minut,“ řekl Vladimír Dvorkin, který do roku 2001 vedl 4. ústřední výzkumný ústav Ministerstva obrany (ústav zabývající se vývojem a použití jaderných zbraní), řekl televizní stanici Zvezda. "Americká námořní střela Trident k nám letí za 15-20 minut, pozemní Minuteman-3 - 25-35 minut."
To snižuje pravděpodobnost „odzbrojení nepřítele“, říká expert, vždy máme čas se připravit, setkat se s těmito raketami a většinu z nich alespoň zničit. V důsledku toho zůstává možnost odvetného jaderného úderu na území USA. Proto se dnes v Americe vyvíjí nový koncept jaderné války. V rámci programu „globálního úderu bleskem“ Washington plánuje získat zbraně schopné přeletět vzdálenost ze Spojených států do Ruska za poloviční nebo dokonce třikrát kratší dobu, takže nepřítel prostě nemá nejmenší šanci reagovat. Očekává se, že toho bude dosaženo vytvořením hypersonických letadel.
Na rozdíl od balistických střel budou hypersonické střely odpalovány z bombardérů a také pozemních odpalovacích zařízení Mk-41. To by mělo znemožnit stávajícím vesmírným a pozemním systémům varování před útoky raketami odhalit start. To znamená, že vytvoří iluzi, že bude možné beztrestně zahájit a vyhrát jadernou válku. Tato teorie je v americké expertní komunitě velmi populární.
Výsledkem je, že jen ve Spojených státech vzniká několik slibných projektů různými odděleními: X-43A (NASA), X-51A (Air Force), AHW (Ground Forces), ArcLight (DARPA, Navy), Falcon HTV -2 (DARPA, letectvo). Jejich vzhled podle odborníků umožní do roku 2018-2020 vytvořit hypersonické letecké řízené střely dlouhého doletu, námořní řízenou střelu v protilodní verzi a verzi pro útok proti pozemním cílům do roku 2018-2020 a průzkumný letoun do roku 2030.
Francie se snaží dosáhnout hyperzvuku. Čína nedávno testovala kluzné vozidlo WU-14, které dokázalo dosáhnout hypersonických rychlostí. A samozřejmě Rusko.
Technologický závod
„Nadzvukové střely s plochou dráhou letu obvykle létají rychlostí 2–3 Mach,“ říká Nikolaj Grigorjev, kandidát fyzikálních a matematických věd. - Chceme, aby naše zařízení létala rychlostí vyšší než Mach 6. Navíc tento let musí být dlouhý. Minimálně 7-10 minut, během kterých musí zařízení samostatně dosáhnout rychlosti více než jeden a půl tisíce metrů za sekundu.“
První hypersonické vozidlo vzniklo v SSSR již koncem 70. let minulého století. V roce 1997 jej konstruktéři Dubna MKB "Raduga" poprvé ukázali na letecké show MAKS. Byl představen jako systém nové třídy - hypersonický experimentální letoun (GELA) X-90. Na západě se nazýval AS-19 Koala. Podle společnosti raketa letěla na vzdálenost až 3 tisíce km. Nesl dvě samostatně zaměřitelné hlavice schopné zasáhnout cíle ve vzdálenosti 100 km od separačního bodu. X-90 mohla nést prodloužená verze strategického bombardéru Tu-160M.
Na počátku 90. let minulého století IKB společně s německými inženýry pracovala na problému hyperzvuku na základě své další střely X-22 "Storm" (podle klasifikace NATO - AS-4 Kitchen). Tato nadzvuková řízená střela je součástí standardní výzbroje bombardéru dlouhého doletu Tu-22M3. Může letět 600 km a nést termonukleární nebo konvenční hlavici o hmotnosti 1 tuny. Střela je určena k ničení amerických letadlových lodí. Během experimentu s přídavnými horními stupni nainstalovanými na střelu bylo vozidlo schopné uvést do letu v hypersonickém režimu.
Navíc, jak připomíná Grigoriev, SSSR vytvořil opakovaně použitelnou kosmickou loď Buran, která po vstupu do hustých vrstev atmosféry vyvinula rychlost 25 Machů. Dnes je podle odborníka úkolem takový let aktivovat, to znamená, že stroj musí nejen „klouzat“, ale samostatně vyvíjet a udržovat takovou rychlost, měnit směr letu.
Od "Koaly" k "Yars"
Testování hypersonických vozidel je přísně střeženým tajemstvím. Jak to jde s jejich vývojem, lze posoudit jen podle amerických zpráv o úspěchu či neúspěchu při určitých testovacích startech. Poslední takový experiment provedli v srpnu. Střela X-43A byla vypuštěna z testovacího areálu Kodiak na Aljašce. Střela byla vyvinuta jako společný projekt americké armády a Sandia National Laboratory v rámci konceptu „Prompt Global Strike“. Její první test proběhl v listopadu 2011. Předpokládalo se, že při současných testech střela nabírající rychlost asi 6,5 tisíce km/h zasáhne cvičný cíl na tichomořském atolu Kwajalein. Výsledkem bylo, že zařízení fungovalo pouze 7 sekund, než shořelo v atmosféře. USA však tento let označily za úspěšný – stroj prokázal schopnost dosáhnout požadovaného zrychlení.
Sovětský X-90, o kterém se alespoň něco ví jistě, létal dále a déle. Jak říkají konstruktéři, stroj se díky odporu vzduchu rychle zahřál, což zničilo zařízení nebo vyřadilo z provozu mechanismy uvnitř těla. K dosažení hyperzvuku potřeboval náporový raketový motor vodík, nebo alespoň palivo skládající se převážně z vodíku. A to je extrémně obtížné technicky realizovat, protože plynný vodík má nízkou hustotu. Skladování kapalného vodíku představovalo další nepřekonatelné technické potíže. A nakonec se při hypersonickém letu kolem X-90 objevil plazmový oblak, který spálil rádiové antény, což vedlo ke ztrátě ovladatelnosti zařízení.
Tyto nedostatky se však nakonec proměnily ve výhody. Problém chlazení karoserie a vodíkového paliva byl vyřešen použitím směsi petroleje a vody jako jejích složek. Po zahřátí byl přiváděn do speciálního katalytického minireaktoru, ve kterém probíhala endotermická katalytická konverzní reakce, v jejímž důsledku vzniklo vodíkové palivo. Tento proces vedl k prudkému ochlazení těla zařízení. Neméně originálním způsobem byl vyřešen problém se spalováním rádiových antén, k čemuž začaly využívat samotný plazmový oblak.
Plazmový oblak zároveň umožnil zařízení nejen pohybovat se v atmosféře rychlostí 5 km za sekundu, ale také po „rozbitých“ trajektoriích. Stroj mohl náhle změnit směr letu. Plazmový oblak navíc také vytvořil efekt neviditelnosti zařízení pro radary. X-90 nevstoupil do služby; práce na raketě byly pozastaveny již v roce 1992.
Principy jeho fungování jsou však velmi podobné popisu akcí manévrovacích jaderných hlavic Topol-M, Yars a nových balistických raket RS-26. Ministerstvo obrany je opakovaně uvádí jako příklad překonání jakéhokoli systému protiraketové obrany. Manévrovací jednotka může každou vteřinou uhnout a nepředvídatelně změnit směr letu, čímž zaručeně zasáhne cíl. Ani jeden národní systém protiraketové obrany není schopen vypočítat takovou trajektorii a zaměřit se na útočící jednotku protiraketové obrany.
Boj "Platypus"
Ministerstvo obrany loni oznámilo, že hypersonické zbraně budou primárně vybaveny letouny dlouhého doletu. V té době už rakety existovaly, i když jejich hypersonický let trval jen pár sekund. Opakovaně to prohlásil místopředseda vlády Dmitrij Rogozin. Žádné konkrétní podrobnosti však armáda, místopředseda vlády ani zástupci průmyslu neuvedli.
Současné úspěchy při vytváření hypersonických letadel lze posuzovat pouze nepřímými důkazy. Například letos v létě korporace Tactical Missiles Corporation, ministerstvo obrany a ministerstvo průmyslu a obchodu oznámily, že se dohodly na programu vytvoření technologií hypersonických raket. Do vývoje slibné technologie bude investováno více než 2 miliardy rublů a první zařízení se objeví nejpozději v roce 2020. O jaký druh zařízení se bude jednat, jaké budou mít vlastnosti a pro jaké účely, není oznámeno.
To, že základ, jak se říká, tam je, lze posoudit alespoň z výstavy MAKS v Žukovském u Moskvy. V roce 2011 předvedl Central Institute of Aviation Engine Engineering z Lytkarina u Moskvy řadu slibných hypersonických vozidel. Na stánku ústavu bylo vystaveno několik modelů nadějných raket, podobných spíše ne klasickým doutníkům, ale mistrovskému dílu avantgardního sochaře, který si jako předobraz svého výtvoru vzal australské zvíře ptakopysk - zploštělý rýč. -tvarovaný „nos“ kapotáže, sekané tvary samotného těla rakety. Poté zástupce institutu Vjačeslav Semenov řekl, že v roce 2012 ministerstvo obrany představí plně funkční letový model hypersonické řízené střely. O tom hovořil i Boris Obnosov. O čem přesně se jednalo, není známo. V tisku nebyly žádné oficiální zprávy o nové raketě. Opakovaně však bylo zmíněno jméno slibného komplexu „Zircon“.
Podle nepřímých indicií vychází z rakety vytvořené na bázi nadzvukové protilodní střely Yakhont a její rusko-indické obdoby BrahMos. Indian BrahMos Aerospace Limited opakovaně oznámil práci na vytvoření hypersonické verze svých produktů. Stejný „Platypus“ předvedl svůj model.
V budoucnu budou rakety Zircon instalovány na nejnovější ruské víceúčelové jaderné ponorky páté generace, Huskies, které jsou v současné době ve vývoji v Malachitské konstrukční kanceláři. Raketový křižník Admirál Nakhimov, procházející opravami a modernizací v Severodvinsku, bude do roku 2018 vybaven univerzálním lodním odpalovacím systémem, který umožní použití střel Kalibr, Onyx a slibných hypersonických protilodních střel Zircon.
Zdroje
Obecná informace
Let nadzvukovou rychlostí je součástí režimu nadzvukového letu a je prováděn v nadzvukovém proudění plynu. Nadzvukové proudění vzduchu se zásadně liší od podzvukového a dynamika letu letadla při rychlostech nad rychlostí zvuku (nad 1,2 M) se zásadně liší od podzvukového letu (do 0,75 M; rozsah rychlostí od 0,75 do 1,2 M se nazývá transsonická rychlost ).
Stanovení spodní hranice hypersonické rychlosti je obvykle spojeno se začátkem procesů ionizace a disociace molekul v mezní vrstvě (BL) v blízkosti vozidla pohybujícího se v atmosféře, ke kterému začíná docházet přibližně při 5 M. Tato rychlost se také vyznačuje tím, že náporový motor (“ Náporový nápor podzvukového spalování („Sramjet“) se stává zbytečným kvůli extrémně vysokému tření, ke kterému dochází při zpomalování proudícího vzduchu u tohoto typu motoru. V oblasti hypersonických rychlostí je tedy pro pokračování letu možné použít pouze raketový motor nebo hypersonický nápor (scramjet) s nadzvukovým spalováním paliva.
Průtokové charakteristiky
Zatímco definice hypersonického proudění (HS) je dosti kontroverzní kvůli nedostatku jasné hranice mezi nadzvukovým a hypersonickým prouděním, HS lze charakterizovat určitými fyzikálními jevy, které již nelze při uvažování ignorovat, jmenovitě:
Tenká vrstva rázové vlny
Jak se zvyšuje rychlost a odpovídající Machova čísla, zvyšuje se také hustota za rázovou vlnou (SW), což odpovídá poklesu objemu za rázem v důsledku zachování hmoty. Vrstva rázové vlny, tedy objem mezi zařízením a rázovou vlnou, se proto při vysokých Machových číslech ztenčuje a vytváří kolem zařízení tenkou mezní vrstvu (BL).
Tvorba viskózních rázových vrstev
Část velké kinetické energie obsažené v proudu vzduchu při M > 3 (viskózní tok) se přemění na vnitřní energii v důsledku viskózní interakce. Zvýšení vnitřní energie se realizuje zvýšením teploty. Vzhledem k tomu, že tlakový gradient kolmý k proudění v mezní vrstvě je přibližně nulový, výrazné zvýšení teploty při vysokých Machových číslech vede ke snížení hustoty. PS na povrchu vozidla tedy roste a při vysokých Machových číslech se spojuje s tenkou vrstvou rázové vlny v blízkosti přídě a vytváří viskózní rázovou vrstvu.
Výskyt vln nestability v PS, které nejsou charakteristické pro sub- a nadzvukové proudění
Vysokoteplotní proudění
Vysokorychlostní proudění v předním bodě zařízení (brzdný bod nebo oblast) způsobuje zahřátí plynu na velmi vysoké teploty (až několik tisíc stupňů). Vysoké teploty zase vytvářejí nerovnovážné chemické vlastnosti proudění, které spočívají v disociaci a rekombinaci molekul plynu, ionizaci atomů, chemických reakcích v proudění a s povrchem aparatury. Za těchto podmínek mohou být významné procesy konvekce a přenosu tepla sáláním.
Parametry podobnosti
Parametry toků plynů jsou obvykle popsány sadou kritérií podobnosti, která umožňují redukovat téměř nekonečný počet fyzikálních stavů do skupin podobnosti a která umožňují porovnávat toky plynu s různými fyzikálními parametry (tlak, teplota, rychlost atd.). .) jeden s druhým. Právě na tomto principu jsou založeny experimenty v aerodynamických tunelech a přenos výsledků těchto experimentů do skutečných letadel, a to i přesto, že při experimentech na trubkách se velikost modelů, rychlosti proudění, tepelné zatížení atd. mohou značně lišit od skutečných letové podmínky, zároveň parametry podobnosti (Machova čísla, Reynoldsova čísla, Stantonova čísla atd.) odpovídají letovým.
Pro transsonické a nadzvukové nebo stlačitelné proudění ve většině případů postačují k úplnému popisu proudění takové parametry, jako je Machovo číslo (poměr rychlosti proudění k místní rychlosti zvuku) a Reynolds. Pro hypersonické proudění jsou tyto parametry často nedostatečné. Za prvé, rovnice popisující tvar rázové vlny se stávají prakticky nezávislými při rychlostech od 10 M. Za druhé, zvýšená teplota hypersonického proudění znamená, že se projeví účinky související s neideálními plyny.
Vezmeme-li v úvahu účinky v reálném plynu, znamená to, že k úplnému popisu stavu plynu je zapotřebí větší počet proměnných. Pokud je stacionární plyn kompletně popsán třemi veličinami: tlak, teplota, tepelná kapacita (adiabatický index) a pohybující se plyn je popsán čtyřmi proměnnými, které zahrnují i rychlost, pak horký plyn v chemické rovnováze také vyžaduje stavové rovnice pro jeho chemické složky a plyn s procesy disociace a ionizace musí také zahrnovat čas jako jednu z proměnných jeho stavu. Obecně to znamená, že v libovolném zvoleném čase vyžaduje nerovnovážné proudění 10 až 100 proměnných k popisu stavu plynu. Navíc, zředěný hypersonický tok (HF), obvykle popisovaný pomocí Knudsenových čísel, se neřídí Navier-Stokesovými rovnicemi a vyžaduje jejich úpravu. HP je obvykle kategorizováno (nebo klasifikováno) pomocí celkové energie, vyjádřené pomocí celkové entalpie (mJ/kg), celkového tlaku (kPa) a teploty stagnace průtoku (K) nebo rychlosti (km/s).
Ideální plyn
V tomto případě lze procházející proud vzduchu považovat za ideální proudění plynu. GP v tomto režimu stále závisí na Machových číslech a simulace se řídí spíše teplotními invarianty než adiabatickou stěnou, která se vyskytuje při nižších rychlostech. Spodní mez této oblasti odpovídá rychlostem kolem 5 Mach, kde se trysky SPV podzvukového spalování stávají neúčinnými, a horní hranice odpovídá rychlostem v oblasti 10-12 Mach.
Ideální plyn se dvěma teplotami
Část pouzdra vysokorychlostního proudění ideálního plynu, ve kterém lze procházející proud vzduchu považovat za chemicky ideální, ale vibrační teplota a rotační teplota plynu musí být uvažovány odděleně, což vede ke dvěma samostatným teplotním modelům. To je zvláště důležité při konstrukci nadzvukových trysek, kde se stává důležitým vibrační chlazení v důsledku molekulárního buzení.
Disociovaný plyn
Režim dominance přenosu záření
Při rychlostech nad 12 km/s se přenos tepla do aparatury začíná odehrávat převážně radiálním přenosem, který spolu s rostoucí rychlostí začíná převládat nad přenosem termodynamickým. Modelování plynu je v tomto případě rozděleno do dvou případů:
- opticky tenký - v tomto případě se předpokládá, že plyn zpětně neabsorbuje záření, které pochází z jeho jiných částí nebo vybraných jednotek objemu;
- opticky tlustý - kde se zohledňuje absorpce záření plazmatem, které je následně zpětně vyzařováno včetně na tělo zařízení.
Modelování opticky tlustých plynů je složitý úkol, protože v důsledku výpočtu přenosu záření v každém bodě toku objem výpočtů roste exponenciálně s počtem uvažovaných bodů.
Dostávám otázky ohledně testování nové střely Avangard s „hypersonickými“ (rychlost letu v atmosféře se nazývá Mach 20-27, tedy rychlost zvuku) hlavicemi.
Abych byl upřímný, na seriózní komentář není dostatek informací a to, co je k dispozici, je extrémně rozporuplné. Něco se ale říct dá.
Začnu definicí "nadzvukového". V letectví se za hypersonickou rychlost považuje rychlost již 5-6 (samozřejmě i více) rychlosti zvuku pro danou výšku. Proč pro tento? Protože rychlost zvuku ve vzduchu závisí na jeho tlaku a tlak klesá s výškou. Podle toho je v různých nadmořských výškách různá rychlost zvuku (pokud by to někoho zajímalo, vygooglujte si standard ISA - International Standard Atmosphere).
Obecně platí, že každé vozidlo letící v atmosféře rychlostí vyšší než M>5...6 má nadzvukovou rychlost.
Například sestupový modul kosmické lodi Sojuz při návratu z vesmíru vstoupí do atmosféry první únikovou rychlostí (přibližně M = 23...24) a jakákoli nosná raketa, startující ze zemského povrchu a zrychlující se na první únikovou rychlostí, také v určitém okamžiku letí hypersonickou rychlostí (dokud neopustí atmosféru). Ale - pozor! Nelze je nazvat hypersonickými letadly! A tady začíná podvádění, které slyšíme z oficiálních zdrojů, když se chlubíme naší novou zbraní: nejprve „Dýka“, nyní „Předvoj“. Protože ne každé vozidlo letící hypersonickou rychlostí je „hypersonické letadlo“. Například hlavice balistických raket, které létají od poloviny minulého století a vstupují do atmosféry hypersonickou rychlostí, nejsou hypersonická letadla (HAV).
V letectví existuje jasná definice GLA – jedná se o letadlo, které nějakou dobu provádí STÁLÝ hypersonický let v atmosféře. Ustálený je, když tah motoru kompenzuje odpor vzduchu (je zajištěna stálost nadzvukové rychlosti) a gravitační síla je kompenzována aerodynamickým vztlakem (stálost výšky letu). Manévrování (změny směru letu) lze v tomto případě dosáhnout vychylováním aerodynamických ploch (kormidel) nebo změnou vektoru tahu motoru.
Motor může být raketový (na kapalné nebo pevné palivo) nebo vzduchový proudový (například hypersonický nápor).
Raketový motor pracuje velmi krátkou dobu, měřenou v sekundách (desítkách). Zařízení s raketovým motorem proto nejprve nabere otáčky a poté po vyčerpání paliva a vypnutí motoru letí setrvačností, zpomaleno odporem nabíhajícího proudu vzduchu. To je důvod, proč raketa, létající část času nadzvukovou rychlostí, NENÍ hypersonické letadlo. V souladu s tím je Kinzhal aerobalistická střela Iskander odpalovaná vzduchem, ale ne hypersonické letadlo. Stejně jako stejný "Satan" nebo "Iskander".
Ustálený hypersonický let může zajistit pouze hypersonický proudový motor s dýchacím vzduchem (scramjet engine), který se od raketového motoru příznivě liší tím, že zatímco jeho palivo (palivo a okysličovadlo) je uloženo na palubě letadla a spáleno v řádu desítek sekund, tak se na palubě letadla spálí a spálí. pak v hypersonickém vozidle se scramjetovým motorem na palubě pouze palivo a okysličovadlo (kyslík) se odebírá z okolní atmosféry. Právě to zajišťuje řádově vyšší účinnost (hospodárnost) scramjet motoru a jeho provozní doba je desítky minut i více.
Abychom shrnuli, co bylo řečeno: hypersonické letadlo je vozidlo s nadzvukovou PLAVNÍ rychlostí, které zpravidla provádí STÁLÝ let nadzvukovou rychlostí díky hypersonickému motoru dýchajícímu vzduch. A z dostupných informací, ani Avangard, ani jeho klouzavé hlavice nejsou hypersonická letadla, ale pouze manévrovací hlavice se zvýšeným segmentem atmosférického letu. A zřejmě - létání setrvačností. Dovolte mi připomenout, že první starty prototypů takových hlavic byly provedeny v SSSR již v šedesátých letech (například „raketové letouny“ MP-1 Vladimíra Chelomeje).
Pokud jde o vlastní tvorbu skutečně hypersonických letadel se scramjet motory, jde o velmi složitý inženýrský úkol, jehož řešení Avangard ani zdaleka neřeší. A jestli je na to moderní Rusko ještě „příliš tvrdé“, je velká otázka... Ani toto se zatím Američanům nepodařilo a my jsme jim v tomto ohledu na zadku, ačkoliv SSSR měl v rámci téma „Studená“.
Proč "Studená"? Ano, protože jediným palivem pro hypersonická letadla může být kapalný vodík nebo zkapalněný plyn, jehož tepelná kapacita pomáhá chladit vozidlo a hypersonický motor za letu.
Další dva body, které vyžadují objasnění, soudě podle komentářů ke startu Avangardu.
První je teplota čelní („návětrné“) části hlavice na 2000 stupňů. S teplotou v čele rázové vlny 20 000 stupňů - docela realistické. Stačí si připomenout, že „uhlík-uhlíkové“ ponožky na Buranu odolávaly teplotám až 1750 stupňů a od té doby se objevily nové materiály (pro zájemce se podívejte zde http://www.buran.ru/htm/tersaf4. htm, níže Příspěvek obsahuje obrázek kachlové tepelné ochrany "Buran").
Druhá je rychlost letu M=27. Mnoho lidí si všimlo, že tato rychlost je vyšší než první kosmická rychlost, tzn. a náš Buran a americké raketoplány a různé landery, stejně jako všechny hlavice balistických raket, vstupují do atmosféry nižší rychlostí. Například pro Buran začal výpočet přistávací dráhy z výšky 152 500 metrů ("oficiální hranice" vesmíru je 100 km) - v tuto chvíli měl rychlost 7 578 metrů za sekundu, což se rovnalo Mach 22,82. Loď padala, tzn. zrychlil, takže maximálního Machova čísla = 27,92 bylo dosaženo ve výšce 93-90 km. Pořád je to prostor, není tam skoro žádná atmosféra. Například rychlostní výška (dynamický tlak přicházejícího proudu) v této výšce při udávané rychlosti 7,5 km/s je pouze... 10 kg na čtvereční (!) metr. V takových podmínkách může o „nadzvukovém“ letu ve výšce 90 km mluvit jen úplný idiot. No, nebo humanista. Inu, teplotně už je vše znatelné – z počátečních 27 stupňů Celsia na oběžné dráze do výšky 90 km stihne teplota vystoupat až na 1200 stupňů.
Pokud však mluvíme o maximálním zahřátí (zde je důležitý kumulativní efekt a rychlostní tlak se zvyšuje rychleji než rychlost poklesu rychlosti), pak je dosaženo maxima 1656 stupňů C ve výšce 77800 metrů (rychlost 7582 m /s, nebo M = 26,69), a zůstane až do nadmořské výšky 69400 metrů (rychlost 6277 m/s, nebo M=21,05). Jak vidíte, zmíněné rychlosti M=27 jsou celkem reálné, ale ustálený let v tomto režimu je s moderními technologiemi nemyslitelný. Dnes slyšíme jen to, že amatéři vytrhávají čísla z kontextu.
No a co se týče "novoročního dárku" - nejdřív vrať svůj důchod, balabol...
PS: co ještě dodat. Uprostřed „nultých“ let se objevilo mimořádně zajímavé a přísně tajné téma (pro napjaté kompetentní soudruhy mohu uvést odkaz na jedinou otevřenou publikaci v časopise „Aviation Equipment and Technologies“ NPO „Molniya“). - tzv. „transatmosférické letadlo". Stručně řečeno - STÁLÝ Let v atmosféře cestovní rychlostí NAD první únikovou rychlostí. Tady to ale zjevně absolutně neplatí...
PPS: a nakonec (abych byl přesný) - jako definici „hypersonického letadla“ jsem použil definici pojmu „hypersonické letadlo“
Zvyšování provozních teplot tepelně stínících materiálů