Hipersonična brzina km/h Smrtonosni hiperzvuk. Iz povijesti zrakoplovstva


U siječnju se dogodio značajan događaj: klub vlasnika hipersonične tehnologije nadopunjen je novim članom. Kina je 9. siječnja 2015. testirala hipersoničnu jedrilicu nazvanu WU-14. Ovo je navođeno vozilo koje je postavljeno na vrhu interkontinentalne balističke rakete (ICBM). Raketa podiže jedrilicu u svemir, nakon čega jedrilica roni prema cilju razvijajući brzinu od tisuća kilometara na sat.

Prema Pentagonu, kinesko hipersonično vozilo WU-14 može se instalirati na različite kineske balističke rakete s dometom paljbe od 2 tisuće do 12 tisuća kilometara. Tijekom siječanjskih testova WU-14 je postigao brzinu od 10 Macha, što je više od 12,3 tisuće km/h. Moderni sustavi protuzračne obrane nisu u stanju pouzdano pogoditi manevarski cilj koji leti takvom brzinom. Time je Kina postala treća zemlja, nakon SAD-a i Rusije, koja posjeduje tehnologiju hipersoničnih nosača nuklearnog i konvencionalnog oružja.

Hipersonična jedrilica HTV-2 odvaja se od gornjeg stupnja (SAD)

Sjedinjene Države i Kina rade na sličnim dizajnima za hipersonične jedrilice koje su inicijalno pojačane podizanjem na veliku visinu raketom za lansiranje, a zatim ubrzane tijekom kontroliranog spuštanja s velikih visina. Prednosti takvog sustava su veliki domet (do globalnog udara na bilo koju točku na Zemljinoj površini), relativno jednostavna konstrukcija jedrilice (bez pogonskog motora), velika masa bojeve glave i velika brzina leta (više od 10 Mach).

Rusija je usredotočena na razvoj hipersoničnih ramjet (scramjet) projektila koji se mogu lansirati sa zemlje, brodova ili borbenih zrakoplova. Postoji rusko-indijski projekt razvoja takvih oružanih sustava, tako da bi do 2023. i Indija mogla ući u “hipersonični klub”. Prednost hipersoničnih projektila je niža cijena i veća fleksibilnost uporabe, za razliku od jedrilica lansiranih pomoću ICBM.

Eksperimentalna hipersonična raketa sa scramjet X-51A WaveRider (SAD)

Obje vrste hipersoničnog oružja mogu nositi konvencionalnu ili nuklearnu bojevu glavu. Stručnjaci Australskog instituta za stratešku politiku izračunali su da je kinetička energija udara hipersonične bojeve glave (bez visokoeksplozivne ili nuklearne bojeve glave) mase 500 kg i brzine 6 M u smislu uzrokovanog razaranja usporediva s detonacija bojne glave konvencionalne podzvučne rakete AGM-84 Harpoon, opremljene bojnom glavom eksplozivne mase od oko 100 kg. To je tek četvrtina vatrene moći ruske protubrodske rakete P-270 Moskit s eksplozivnom masom od 150 kg i brzinom od 4 Macha.

Čini se da hipersonično oružje nije mnogo superiornije od postojećeg nadzvučnog oružja, ali sve nije tako jednostavno. Činjenica je da se bojeve glave balističkih projektila lako otkrivaju na velikim udaljenostima i padaju po predvidljivoj putanji. I premda je njihova brzina ogromna, moderna računalna tehnologija omogućila je presretanje bojevih glava tijekom faze spuštanja, što je pokazao američki sustav proturaketne obrane s različitim uspjehom.

Pritom se hipersonične letjelice približavaju meti po relativno ravnoj putanji, kratko vrijeme ostaju u zraku i mogu manevrirati. U većini scenarija, moderni sustavi protuzračne obrane nisu u stanju otkriti i djelovati na hipersoničnu metu u kratkom vremenskom razdoblju.

Hipersonična raketa brzine 6 M preletjet će udaljenost od Londona do New Yorka za samo 1 sat

Suvremene protuzračne rakete jednostavno ne mogu sustići hipersonični cilj; na primjer, projektil iz protuzračnog raketnog sustava S-300 može ubrzati do brzine od 7,5 Macha, i to samo na kratko vrijeme. Dakle, u velikoj većini slučajeva, cilj s brzinom od oko 10 M će biti "pretvrd" za njega. Osim toga, smrtonosnost hipersoničnog oružja može se povećati upotrebom kasetne bojeve glave: šrapneli velike brzine iz volframovih "čavala" mogu onesposobiti industrijsko postrojenje, veliki brod ili uništiti koncentraciju ljudstva i oklopnih vozila na velikom području. područje.

Proliferacija hipersoničnog oružja sposobnog proći kroz sve sustave protuzračne obrane otvara nova pitanja osiguravanja globalne sigurnosti i vojnog pariteta. Ukoliko se na ovom području ne postigne ravnoteža odvraćanja, kao što je slučaj s nuklearnim oružjem, hipersonični udari mogli bi postati uobičajeno sredstvo pritiska, jer samo nekoliko hipersoničnih bojevih glava može uništiti gospodarstvo male zemlje.

Prema proračunima Pentagona, američki program brzog globalnog napada hipersoničnim oružjem omogućit će da se pogodi bilo koja meta bilo gdje u svijetu u roku od sat vremena bez radijacijske kontaminacije područja. Čak i u slučaju nuklearnog sukoba, sustav može djelomično zamijeniti nuklearno oružje, pogađajući do 30% ciljeva.

Tako će članovi "hipersoničnog kluba" imati priliku gotovo jamčiti uništenje neprijateljske kritične infrastrukture, na primjer, elektrana, vojnih kontrolnih centara, vojnih baza, velikih gradova i industrijskih objekata. Prema riječima stručnjaka, preostalo je 10-15 godina prije nego što se pojave prvi proizvodni modeli hipersoničnog oružja, tako da još uvijek ima vremena za razvoj političkih sporazuma koji ograničavaju uporabu takvog oružja u lokalnim sukobima. Ako se takvi dogovori ne postignu, postoji veliki rizik od još većih humanitarnih katastrofa povezanih s uporabom novog oružja.

Hypersonic je letjelica koja može letjeti hipersoničnim brzinama.

Što je hipersonična brzina

U aerodinamici se često koristi veličina koja pokazuje omjer brzine toka ili tijela i brzine zvuka. Taj se omjer naziva Machov broj, nazvan po austrijskom znanstveniku Ernstu Machu, koji je postavio temelje nadzvučne aerodinamike.

Gdje M – Machov broj;

u – protok zraka ili brzina tijela,

c s – brzina širenja zvuka.

U atmosferi je u normalnim uvjetima brzina zvuka približno 331 m/s. Brzina tijela od 1 Macha odgovara brzini zvuka. Nadzvučna brzina se naziva u rasponu od 1 do 5 Macha.Ako prelazi 5 Macha, onda je to već hipersonični raspon. Ova podjela je uvjetna, jer nema jasne granice između nadzvučnih i hipersoničnih brzina. Tako su se dogovorili računati 70-ih godina dvadesetog stoljeća.

Iz povijesti zrakoplovstva

"Silbertvogel"

Prvi put su pokušali stvoriti hipersoničnu letjelicu tijekom Drugog svjetskog rata u nacističkoj Njemačkoj. Autor ovog projekta koji je nazvan “ Silbertvogel“(srebrna ptica) bio je austrijski znanstvenik Eugen Senger. Avion je imao i druga imena: “ američki bombarder», « Orbitalni bombarder», « Antipodal-Bombarder», « Skiper atmosfere», « Ural-Bombarder" Bio je to bombarder na raketni pogon koji je mogao nositi do 30 tona bombi. Namijenjen je bombardiranju Sjedinjenih Država i industrijskih područja Rusije. Srećom, tada je bilo nemoguće izgraditi takvu letjelicu u praksi, te je ostalo samo na crtežima.

Sjevernoamerički X-15

U 60-im godinama dvadesetog stoljeća u Sjedinjenim Državama stvoren je prvi raketni avion X-15, čija je glavna zadaća bila proučavanje uvjeta leta pri hipersoničnim brzinama. Ovaj je uređaj uspio prevladati visinu od 80 km. Rekordom se smatrao let Joea Walkera iz 1963. godine, kada je postignuta visina od 107,96 km i brzina od 5,58 m.

X-15 je visio ispod krila strateškog bombardera B-52. Na visini od 15 km odvojio se od zrakoplova nosača. U tom trenutku upalio se njegov vlastiti raketni motor na tekuće gorivo. Radio je 85 sekundi i ugasio se. Do tada je brzina zrakoplova dosegla 39 m/s. Na najvišoj točki putanje (apogeju) uređaj je već bio izvan atmosfere i bio je u bestežinskom stanju gotovo 4 minute. Pilot je izvršio planirano istraživanje, plinskim kormilima usmjerio avion u atmosferu i ubrzo sletio. Visinski rekord koji je postigao X-15 trajao je gotovo 40 godina, sve do 2004. godine.

X-20 Dyna Soar

Od 1957. do 1963. god Po narudžbi američkog ratnog zrakoplovstva, Boeing je razvio svemirski presretač-izviđački bombarder s ljudskom posadom X-20. Program se zvao X-20 Dyna-Soar. X-20 trebao je biti lansiran u orbitu na visinu od 160 km pomoću rakete-nosača. Planirano je da brzina aviona bude nešto manja od prve kozmičke brzine, kako ne bi postao satelit Zemlje. S visine je avion morao "zaroniti" u atmosferu, spuštajući se na 60-70 km, i izvršiti ili fotografiranje ili bombardiranje. Potom se ponovno podigao, ali na visinu manju od prvobitne, i ponovno "zaronio" još niže. I tako sve dok nije sletio na uzletište.

U praksi je napravljeno nekoliko modela X-20, te su obučavani piloti astronauti. Ali iz više razloga program je otkazan.

Projekt "Spirala"

Kao odgovor na program X-20 Dyna-Soaršezdesetih godina prošlog stoljeća Projekt Spirala pokrenut je u SSSR-u. Bio je to temeljno novi sustav. Pretpostavlja se da moćna letjelica-booster s motorima koji udišu zrak, teška 52 tone i dugačka 28 m, ubrzava do brzine od 6 M. Orbitalna letjelica s ljudskom posadom teška 10 tona i duga 8 m lansirat će se s njezinih "leđa" na visina 28-30 km. Oba zrakoplova koja polijeću s uzletišta zajedno mogu svaki pojedinačno izvršiti samostalno slijetanje. Osim toga, letjelica-booster sa svojom hipersoničnom brzinom također se planirala koristiti kao putnički zrakoplov.

Budući da su bile potrebne nove tehnologije za stvaranje takve hipersonične letjelice, projekt je predviđao mogućnost korištenja ne hipersonične, već nadzvučne letjelice.

Cijeli sustav razvijen je 1966. u projektnom birou OKB-155 od strane A.I. Mikojan. Dvije verzije modela prošle su cijeli ciklus aerodinamičkih istraživanja u Središnjem aerodinamičkom institutu nazvanom. Profesor N.E. Žukovskog 1965. – 1975. godine Ali još uvijek nije uspjelo stvoriti avion. I ovaj program je, kao i američki, bio ograničen.

Hipersonična avijacija

Do početka 70-ih. U 20. stoljeću letovi nadzvučnim brzinama postali su uobičajeni za vojne zrakoplove. Pojavili su se i nadzvučni putnički zrakoplovi. Zrakoplovne letjelice mogle bi hipersoničnim brzinama proći kroz guste slojeve atmosfere.

U SSSR-u, rad na hipersoničnom zrakoplovu započeo je u dizajnerskom birou Tupoljev sredinom 70-ih. Istraživanja i projektiranja su provedena na zrakoplovu koji može postići brzinu do 6 M (TU-260) s dometom leta do 12 000 km, kao i na hipersoničnom interkontinentalnom zrakoplovu TU-360. Domet mu je trebao doseći 16.000 km. Čak je bio pripremljen i projekt putničke hipersonične letjelice, dizajnirane za let na visini od 28-32 km brzinom od 4,5 - 5 Macha.

Ali da bi zrakoplovi letjeli nadzvučnom brzinom, njihovi motori moraju imati karakteristike i zrakoplovne i svemirske tehnologije. Postojeći motori koji udišu zrak (WRD) koji su koristili atmosferski zrak imali su temperaturna ograničenja i mogli su se koristiti na avioni čije brzine nisu prelazile 3 M. I raketni motori morali su u sebi nositi veliku zalihu goriva i nisu bili pogodni za duge letove u atmosferi.

Pokazalo se da je za hipersoničnu letjelicu najracionalniji ramjet motor (ramjet engine), koji nema rotirajućih dijelova, u kombinaciji s turbomlaznim motorom (TRE) za ubrzanje. Pretpostavljalo se da su ramjet motori na tekući vodik najprikladniji za letove pri hipersoničnim brzinama. A booster motor je turbomlazni motor koji radi na kerozin ili tekući vodik.

Po prvi put, bespilotno vozilo X-43A opremljeno je ramjetnim motorom, koji je zauzvrat bio instaliran na raketu za krstarenje Pegasus.

29. ožujka 2004. bombarder B-52 poletio je u Kaliforniju. Kada je dosegao visinu od 12 km, X-43A je poletio s njega. Na visini od 29 km odvojio se od rakete-nosača. U tom se trenutku lansirao njegov vlastiti ramjet. Radio je samo 10 sekundi, ali je uspio postići hipersoničnu brzinu od 7 Macha.

Trenutno je X-43A najbrži zrakoplov na svijetu. Sposoban je postići brzinu do 11.230 km/h i može se popeti u visinu do 50 km. Ali ovo je još uvijek bespilotna letjelica. Ali nije daleko vrijeme kada će se pojaviti hipersonične letjelice na kojima će moći letjeti obični putnici.

Jednom smo razgovarali o prilično skeptičnom mišljenju, ali nitko ne zaustavlja ovaj rad i svi idu naprijed.

Prema izvoru u vojno-industrijskom kompleksu, najnovija ruska hipersonična protubrodska raketa Cirkon tijekom testiranja dosegnula je osam brzina zvuka.

Prema izvoru, "tijekom testiranja rakete potvrđeno je da njezina brzina na maršu doseže 8 Macha", prenosi TASS. Osim toga, kako je naveo izvor, rakete Cirkon mogu se lansirati iz univerzalnih lansera 3S14, koji se također koriste za rakete Kalibar i Oniks.

Domet gađanja Cirkona, prema otvorenim podacima, iznosi oko 400 kilometara. U veljači je informirani izvor izvijestio da bi hipersonična raketa Zircon, dizajnirana za podmornice klase Yasen i Husky, mogla biti lansirana s morskog nosača prvi put ovog proljeća. U travnju 2016. izvor u ruskom vojno-industrijskom kompleksu primijetio je da bi Cirkon trebao krenuti u masovnu proizvodnju 2018.

Američki X-51AWaverider pokazao je brzinu od 4,8 MAX tijekom posljednjeg testnog leta.

A sada još malo o Cirkonu.


Broj “Mach” ili “M” određuje omjer lokalne brzine strujanja i brzine zvuka - 331 m/s. Prekoračenje brzine zvuka za šest do osam puta jedan je od globalnih izazova za razvoj moderne zrakoplovne i raketne znanosti. S pojavom hipersoničnih letjelica konstruktori povezuju iskorak u novu, 6. generaciju letjelica. S vojnog gledišta, hipersonične letjelice su izuzetno učinkovito udarno oružje. Hipersonični let ne razlikuje se od modernih radarskih sustava. Stvaranje sredstava za presretanje takvih projektila ne postoji i nije čak ni predviđeno.

Globalno razoružanje

SSSR je to shvatio još 60-ih godina prošlog stoljeća, kada je dizajnirao nezrakoplovni sustav proturaketne obrane s projektilima A-135 koji se nalazio u blizini Moskve. Sustav za presretanje nuklearnih bojevih glava koje ulaze u atmosferu brzinom od 5-10 km u sekundi u kompleksu je riješen na vrlo jedinstven način. Ako ih elektronika i dalje ne vidi, projektil bi trebao biti usmjeren ne "na peni", već "na bijelo svjetlo", očito su dizajneri odlučili i ugradili nuklearnu bojevu glavu na proturaketni projektil. Odnosno, znajući za nuklearni napad, sovjetski proturaketni projektil ispaljen je u područje gdje su se trebale nalaziti neprijateljske nuklearne jedinice kako bi ih uništio uz pomoć nadolazeće nuklearne eksplozije u atmosferi. Podsjetimo da je ovaj sustav još uvijek u funkciji. I smatra se jedinim učinkovitim NMD sustavom na svijetu.

"Za otkrivanje napadačkih ciljeva, usmjeravanje proturaketa na njih i ispaljivanje protuplovnice, imate nekoliko desetaka minuta", Vladimir Dvorkin, koji je do 2001. bio na čelu 4. središnjeg istraživačkog instituta Ministarstva obrane (instituta koji se bavi razvojem i korištenje nuklearnog oružja), rekao je za TV kanal Zvezda. “Američka mornarička raketa Trident doleti do nas za 15-20 minuta, a kopnena Minuteman-3 - 25-35 minuta.”

Time se smanjuje vjerojatnost "razoružanja neprijatelja", kaže stručnjak, uvijek imamo vremena pripremiti se, susresti se s tim projektilima i barem uništiti većinu njih. Posljedično, mogućnost uzvratnog nuklearnog napada na teritorij SAD-a ostaje moguća. Stoga se danas u Americi razvija novi koncept nuklearnog rata. U sklopu programa “globalnog munjevitog udara” Washington planira nabaviti oružje sposobno preletjeti udaljenost od Sjedinjenih Država do Rusije za pola ili čak tri puta kraće vrijeme, tako da neprijatelj jednostavno nema ni najmanju priliku reagirati. Očekuje se da će se to postići stvaranjem hipersoničnih letjelica.

Za razliku od balističkih raketa, hipersonične rakete lansirat će se iz bombardera, kao i zemaljskih lansera Mk-41. To bi trebalo onemogućiti postojećim svemirskim i zemaljskim sustavima za upozorenje na napad raketama da otkriju lansiranje. To znači da će stvoriti iluziju da se može nekažnjeno započeti i pobijediti u nuklearnom ratu. Ova je teorija vrlo popularna u američkoj stručnoj javnosti.

Kao rezultat toga, samo u Sjedinjenim Državama razni odjeli razvijaju nekoliko obećavajućih projekata: X-43A (NASA), X-51A (Zračne snage), AHW (Kopnene snage), ArcLight (DARPA, Mornarica), Falcon HTV -2 (DARPA, Zračne snage). Njihova pojava, prema mišljenju stručnjaka, omogućit će stvaranje hipersoničnih zrakoplovnih krstarećih projektila dugog dometa, mornaričke krstareće rakete u protubrodskim verzijama i verzijama za napad na kopnene ciljeve do 2018.-2020., te izviđačke letjelice do 2030. godine.

Francuska se bori da postigne hiperzvuk. Kina je nedavno testirala klizno vozilo WU-14, koje je uspjelo postići hipersonične brzine. I, naravno, Rusija.

Tehnološka utrka

"Obično nadzvučne krstareće rakete lete brzinom od 2-3 Macha", kaže Nikolaj Grigorjev, kandidat fizikalnih i matematičkih znanosti. - Želimo da naši uređaji lete brzinom većom od 6 Macha. Štoviše, ovaj let mora biti dug. Najmanje 7-10 minuta, tijekom kojih uređaj mora samostalno postići brzinu veću od tisuću i pol metara u sekundi.”

Prvo hipersonično vozilo stvoreno je u SSSR-u još krajem 70-ih godina prošlog stoljeća. Godine 1997. konstruktori Dubna MKB "Raduga" prvi su ga pokazali na aeromitingu MAKS. Predstavljen je kao sustav nove klase - hipersonične eksperimentalne letjelice (GELA) X-90. Na Zapadu se zvao AS-19 Koala. Prema podacima tvrtke, projektil je letio u dometu do 3 tisuće kilometara. Nosio je dvije pojedinačno ciljane bojeve glave sposobne pogoditi ciljeve na udaljenosti od 100 km od točke razdvajanja. X-90 bi mogla nositi proširena verzija strateškog bombardera Tu-160M.

Početkom 90-ih godina prošlog stoljeća IKB je zajedno s njemačkim inženjerima radio na problemu hiperzvuka na temelju svoje druge rakete X-22 "Oluja" (prema NATO klasifikaciji - AS-4 Kitchen). Ova nadzvučna krstareća raketa dio je sastava standardnog naoružanja dalekometnog bombardera Tu-22M3. Može letjeti 600 km i nositi termonuklearnu ili konvencionalnu bojevu glavu težine 1 tone. Projektil je dizajniran za uništavanje američkih nosača zrakoplova. Tijekom eksperimenta , s dodatnim gornjim stupnjevima instaliranim na projektilu, vozilo se moglo dovesti u hipersonični način leta.

Osim toga, podsjeća Grigorjev, SSSR je stvorio svemirsku letjelicu za višekratnu upotrebu Buran, koja je pri ulasku u guste slojeve atmosfere razvila brzinu od 25 Macha. Danas, prema riječima stručnjaka, zadatak je učiniti takav let aktivnim, odnosno stroj ne smije samo "kliziti", već samostalno razvijati i održavati takvu brzinu, mijenjati smjer leta.

Od "Koale" do "Yarsa"

Testiranje hipersoničnih vozila strogo je čuvana tajna. O tome kako stoje stvari s njihovim razvojem može se suditi samo prema američkim izvješćima o uspjehu ili neuspjehu tijekom pojedinih probnih lansiranja. Posljednji takav eksperiment izveli su u kolovozu. Projektil X-43A lansiran je s poligona Kodiak na Aljasci. Projektil je razvijen kao zajednički projekt američke vojske i Nacionalnog laboratorija Sandia u sklopu koncepta “Prompt Global Strike”. Njezin prvi test dogodio se u studenom 2011. Pretpostavljalo se da će tijekom sadašnjih testova projektil, razvijajući brzinu od oko 6,5 tisuća km/h, pogoditi metu za obuku na pacifičkom atolu Kwajalein. Kao rezultat toga, uređaj je radio samo 7 sekundi prije nego što je izgorio u atmosferi. Međutim, SAD je ovaj let nazvao uspješnim - stroj je pokazao sposobnost postizanja potrebnog ubrzanja.

Sovjetski X-90, o kojem se barem nešto sigurno zna, letio je sve dulje. Kako kažu dizajneri, stroj se brzo zagrijavao zbog otpora zraka, što je uništilo uređaj ili onesposobilo mehanizme unutar tijela. Za postizanje hiperzvuka, ramjet raketni motor zahtijevao je vodik ili barem gorivo koje se uglavnom sastoji od vodika. A to je izuzetno teško tehnički provesti, budući da vodikov plin ima nisku gustoću. Pohranjivanje tekućeg vodika predstavljalo je druge nepremostive tehničke poteškoće. I na kraju, tijekom hipersoničnog leta, oko X-90 pojavio se oblak plazme koji je spalio radio antene, što je dovelo do gubitka upravljivosti uređaja.

Međutim, ti su se nedostaci s vremenom pretvorili u prednosti. Problem hlađenja karoserije i vodikovog goriva riješen je korištenjem mješavine kerozina i vode kao njegovih komponenti. Nakon zagrijavanja dovodio se u poseban katalitički minireaktor, u kojem se odvijala endotermna reakcija katalitičke pretvorbe, uslijed koje je nastalo vodikovo gorivo. Ovaj proces je doveo do ozbiljnog hlađenja tijela uređaja. Problem spaljivanja radio antena riješen je na ne manje originalan način, za koji su počeli koristiti sam oblak plazme.

U isto vrijeme, oblak plazme omogućio je uređaju ne samo da se kreće u atmosferi brzinom od 5 km u sekundi, već i da to čini "isprekidanim" putanjama. Stroj bi mogao iznenada promijeniti smjer leta. Osim toga, oblak plazme stvorio je i efekt nevidljivosti uređaja za radare. X-90 nije ušao u službu; rad na projektilu obustavljen je još 1992.

Ali principi njegovog rada vrlo su slični opisu djelovanja manevarskih nuklearnih bojevih glava Topol-M, Yars i novih balističkih projektila RS-26. MORH ih je u više navrata navodio kao primjer nadvladavanja svakog sustava proturaketne obrane. Manevarska jedinica može skrenuti u bilo kojoj sekundi, nepredvidivo mijenjajući smjer leta, koji će zajamčeno pogoditi cilj. Niti jedan nacionalni sustav proturaketne obrane nije sposoban izračunati takvu putanju i gađati napadačku postrojbu proturaketne obrane.

Borba protiv "Platypusa"

MORH je prošle godine najavio da će hiperzvučnim oružjem prvenstveno biti opremljene letjelice dugog dometa. U to vrijeme rakete su već postojale, iako je njihov hipersonični let trajao svega nekoliko sekundi. Potpredsjednik vlade Dmitrij Rogozin to je više puta izjavio. Međutim, ni vojska, ni potpredsjednik vlade, ni predstavnici industrije nisu dali nikakve konkretne detalje.

O trenutnim uspjesima u stvaranju hipersoničnih letjelica može se suditi samo neizravnim dokazima. Na primjer, ovog ljeta Tactical Missiles Corporation, Ministarstvo obrane i Ministarstvo industrije i trgovine izvijestili su da su se složili oko programa za stvaranje tehnologije hipersoničnih projektila. Više od 2 milijarde rubalja bit će uloženo u razvoj obećavajuće tehnologije, a prvi uređaj će se pojaviti najkasnije 2020. godine. Kakvi će to uređaji biti, kakve će karakteristike imati i za koje namjene nije objavljeno.

Da su podloge, kako kažu, tu, može se suditi barem po izložbi MAKS-a u podmoskovskom Žukovskom. U 2011. Središnji institut za inženjerstvo zrakoplovnih motora iz Lytkarina u blizini Moskve demonstrirao je niz obećavajućih hipersoničnih vozila. Na štandu instituta bilo je izloženo nekoliko modela perspektivnih raketa, više sličnih ne klasičnim raketama u obliku cigare, već remek-djelu avangardnog kipara, koji je kao prototip za svoju kreaciju uzeo australsku životinju kljunara - spljoštenu lopatu. -oblikovani “nos” oplate, sjeckani oblici samog tijela rakete. Tada je predstavnik instituta Vjačeslav Semenov rekao da će 2012. Ministarstvo obrane predstaviti potpuno operativni letni model hipersonične krstareće rakete. O tome je govorio i Boris Obnosov. O čemu se točno razgovaralo nije poznato. U tisku nije bilo službenih izvješća o novoj raketi. Međutim, ime obećavajućeg kompleksa "Cirkon" se više puta spominjalo.

Prema neizravnim pokazateljima, temelji se na projektilu stvorenom na temelju nadzvučne protubrodske rakete Yakhont i njenog rusko-indijskog analoga BrahMos. Indijski BrahMos Aerospace Limited više puta je najavio rad na stvaranju hipersonične verzije svojih proizvoda. Isti "Platypus" demonstrirao je svoj model.

Projektili Cirkon u budućnosti će se postavljati na najnovije ruske višenamjenske nuklearne podmornice pete generacije Huskies, koje se trenutno razvijaju u dizajnerskom birou Malachite. Raketna krstarica Admiral Nakhimov, koja je na popravku i modernizaciji u Severodvinsku, do 2018. bit će opremljena univerzalnim brodskim sustavom paljbe koji omogućuje korištenje projektila Calibre, Onyx i perspektivnih hipersoničnih protubrodskih projektila Zircon.


izvori

Opće informacije

Let hipersoničnom brzinom dio je nadzvučnog režima leta i odvija se u nadzvučnom strujanju plina. Nadzvučno strujanje zraka bitno se razlikuje od podzvučnog i dinamika leta zrakoplova pri brzinama iznad brzine zvuka (iznad 1,2 M) bitno se razlikuje od podzvučnog leta (do 0,75 M; raspon brzina od 0,75 do 1,2 M naziva se transonična brzina ).

Određivanje donje granice hipersonične brzine obično se povezuje s početkom procesa ionizacije i disocijacije molekula u graničnom sloju (BL) u blizini vozila koje se kreće u atmosferi, a koji se počinje događati na približno 5 M. Ova brzina također je karakteriziran činjenicom da je ramjet motor (“ Ramjet s podzvučnim izgaranjem („Sramjet”) postaje beskoristan zbog iznimno visokog trenja koje se javlja kada se protok zraka usporava u ovom tipu motora. Dakle, u hipersoničnom području brzina za nastavak leta moguće je koristiti samo raketni motor ili hipersonični ramjet (scramjet) s nadzvučnim izgaranjem goriva.

Karakteristike protoka

Dok je definicija hipersoničnog strujanja (HS) prilično kontroverzna zbog nepostojanja jasne granice između nadzvučnih i hipersoničnih strujanja, HS se može okarakterizirati određenim fizičkim fenomenima koji se više ne mogu zanemariti kada se razmatraju, a to su:

Tanak sloj udarnog vala

Kako se brzina i odgovarajući Machovi brojevi povećavaju, gustoća iza udarnog vala (SW) također raste, što odgovara smanjenju volumena iza udara zbog očuvanja mase. Stoga sloj udarnog vala, to jest volumen između uređaja i udarnog vala, postaje tanak pri visokim Machovim brojevima, stvarajući tanak granični sloj (BL) oko uređaja.

Stvaranje viskoznih udarnih slojeva

Dio velike kinetičke energije sadržane u struji zraka, pri M > 3 (viskozno strujanje), pretvara se u unutarnju energiju zbog viskozne interakcije. Povećanje unutarnje energije ostvaruje se povećanjem temperature. Budući da je gradijent tlaka normalan na protok unutar graničnog sloja približno nula, značajno povećanje temperature pri visokim Machovim brojevima dovodi do smanjenja gustoće. Dakle, PS na površini vozila raste i pri visokim Machovim brojevima stapa se s tankim slojem udarnog vala u blizini pramca, tvoreći viskozni udarni sloj.

Pojava valova nestabilnosti u PS, koji nisu karakteristični za sub- i nadzvučna strujanja

Protok visoke temperature

Protok velike brzine na prednjoj točki uređaja (točka ili područje kočenja) uzrokuje zagrijavanje plina do vrlo visokih temperatura (do nekoliko tisuća stupnjeva). Visoke temperature pak stvaraju neravnotežna kemijska svojstva toka, koja se sastoje u disocijaciji i rekombinaciji molekula plina, ionizaciji atoma, kemijskim reakcijama u toku i s površinom aparata. U tim uvjetima procesi prijenosa topline konvekcijom i zračenjem mogu biti značajni.

Parametri sličnosti

Parametri protoka plina obično se opisuju skupom kriterija sličnosti, koji omogućuju smanjenje gotovo beskonačnog broja fizikalnih stanja u grupe sličnosti i koji omogućuju usporedbu protoka plina s različitim fizikalnim parametrima (tlak, temperatura, brzina itd.). .) jedno s drugim. Na tom se principu temelje eksperimenti u zračnim tunelima i prijenos rezultata tih eksperimenata na stvarne letjelice, unatoč tome što se kod cijevnih eksperimenata veličina modela, brzina protoka, toplinska opterećenja itd. mogu uvelike razlikovati od stvarnih uvjeti leta, istovremeno vremenski parametri sličnosti (Machovi brojevi, Reynoldsovi brojevi, Stantonovi brojevi itd.) odgovaraju onima leta.

Za transonično i nadzvučno ili kompresibilno strujanje, u većini slučajeva takvi parametri kao što su Machov broj (omjer brzine strujanja i lokalne brzine zvuka) i Reynolds dovoljni su za potpuni opis strujanja. Za hipersonično strujanje ti su parametri često nedostatni. Prvo, jednadžbe koje opisuju oblik udarnog vala postaju praktički neovisne pri brzinama od 10 M. Drugo, povećana temperatura hipersoničnog protoka znači da efekti povezani s neidealnim plinovima postaju vidljivi.

Uzimanje u obzir učinaka u stvarnom plinu znači da je za potpuni opis stanja plina potreban veći broj varijabli. Ako se mirni plin u potpunosti opisuje s tri veličine: tlakom, temperaturom, toplinskim kapacitetom (adijabatskim indeksom), a plin koji se kreće opisuje se s četiri varijable, što također uključuje brzinu, tada vrući plin u kemijskoj ravnoteži također zahtijeva jednadžbe stanja za njegove sastavne kemijske komponente, a plin s procesima disocijacije i ionizacije također mora uključivati ​​vrijeme kao jednu od varijabli svog stanja. Općenito, to znači da u bilo koje odabrano vrijeme neravnotežni tok zahtijeva između 10 i 100 varijabli za opisivanje stanja plina. Osim toga, razrijeđeno hipersonično strujanje (HF), koje se obično opisuje pomoću Knudsenovih brojeva, ne poštuje Navier-Stokesove jednadžbe i zahtijeva njihovu modifikaciju. HP se obično kategorizira (ili klasificira) pomoću ukupne energije, izražene pomoću ukupne entalpije (mJ/kg), ukupnog tlaka (kPa) i temperature stagnacije protoka (K) ili brzine (km/s).

Idealan plin

U tom slučaju prolazni protok zraka može se smatrati idealnim protokom plina. GP u ovom režimu još uvijek ovisi o Machovim brojevima i simulacija je vođena temperaturnim invarijantama, a ne adijabatskim zidom, koji se javlja pri nižim brzinama. Donja granica ovog područja odgovara brzinama od oko 5 Macha, gdje SPV mlaznice podzvučnog izgaranja postaju neučinkovite, a gornja granica odgovara brzinama u području od 10-12 Macha.

Idealan plin s dvije temperature

Dio slučaja idealnog protoka plina velike brzine, u kojem se struja zraka u prolazu može smatrati kemijski idealnom, ali vibracijska temperatura i rotaciona temperatura plina moraju se razmatrati odvojeno, što rezultira u dva odvojena temperaturna modela. Ovo je od posebne važnosti u dizajnu nadzvučnih mlaznica, gdje vibracijsko hlađenje zbog molekularne ekscitacije postaje važno.

Disocirani plin

Način dominacije prijenosa zračenja

Pri brzinama većim od 12 km/s prijenos topline u aparat počinje se odvijati uglavnom radijalnim prijenosom, koji s povećanjem brzine počinje dominirati nad termodinamičkim prijenosom. Modeliranje plina u ovom slučaju podijeljeno je u dva slučaja:

  • optički tanak - u ovom slučaju se pretpostavlja da plin ne apsorbira zračenje koje dolazi iz njegovih drugih dijelova ili odabranih jedinica volumena;
  • optički debeo - gdje se uzima u obzir apsorpcija zračenja od strane plazme, koja se zatim ponovno emitira, uključujući i na tijelo uređaja.

Modeliranje optički debelih plinova složen je zadatak jer, zbog proračuna prijenosa zračenja u svakoj točki protoka, obujam proračuna eksponencijalno raste s brojem razmatranih točaka.

Postavljaju mi ​​pitanja o ispitivanju nove rakete Avangard s "hipersoničnim" (brzina leta u atmosferi zove se 20-27 Macha, tj. brzina zvuka) bojevim glavama.

Iskreno rečeno, nema dovoljno informacija za ozbiljan komentar, a ono što je dostupno krajnje je kontradiktorno. Ali nešto se može reći.

Počet ću s definicijom "hipersoničnog". U zrakoplovstvu se hipersoničnom brzinom smatra brzina već 5-6 (naravno, ili više) brzine zvuka za određenu visinu. Zašto za ovu? Jer brzina zvuka u zraku ovisi o njegovu tlaku, a tlak opada s visinom. Sukladno tome, na različitim visinama brzina zvuka je drugačija (ako nekoga zanima neka progugla ISA standard - International Standard Atmosphere).

Općenito, svako vozilo koje leti u atmosferi brzinom većom od M>5...6 ima hipersoničnu brzinu.
Na primjer, modul za spuštanje svemirske letjelice Soyuz, pri povratku iz svemira, ulazi u atmosferu prvom izlaznom brzinom (približno M = 23...24), a bilo koja lansirna raketa, koja kreće od površine Zemlje i ubrzava do prve escape velocity, također s tim da u nekom trenutku leti hipersoničnom brzinom (dok ne napusti atmosferu). Ali – pažnja! Ne mogu se nazvati hipersoničnim letjelicama! I tu počinje varanje koje čujemo iz službenih izvora kada se hvalimo našim novim oružjem: prvo “Bodežom”, sada “Avangardom”. Jer nije svako vozilo koje leti hipersoničnom brzinom "hipersonična letjelica". Primjerice, bojeve glave balističkih projektila koje lete od sredine prošlog stoljeća i ulaze u atmosferu hipersoničnom brzinom nisu hipersonične letjelice (HAV).

U zrakoplovstvu postoji jasna definicija GLA - to je letjelica koja neko vrijeme izvodi STOJAN hipersonični let u atmosferi. Stalan je kada potisak motora kompenzira otpor zraka (osigurana je konstantnost hipersonične brzine), a sila teže kompenzirana aerodinamičkim uzgonom (konstantnost visine leta). U tom slučaju manevriranje (promjena smjera leta) može se ostvariti otklonom aerodinamičkih površina (kormila) ili promjenom vektora potiska motora.

Motor može biti raketni (na tekuće ili kruto gorivo) ili zračno-mlazni (na primjer, hipersonični ramjet).

Raketni motor radi vrlo kratko vrijeme, mjereno u sekundama (desetkama). Stoga uređaj s raketnim motorom najprije ubrzava, a zatim, nakon što ostane bez goriva i isključi motor, leti po inerciji, usporen otporom nadolazećeg strujanja zraka. Zato raketa, koja dio vremena leti nadzvučnom brzinom, NIJE hipersonična letjelica. Prema tome, Kinzhal je aerobalistički projektil Iskander koji se lansira iz zraka, ali ne i hipersonična letjelica. Kao isti "Sotona" ili "Iskander".

Ravnomjerni hipersonični let može osigurati samo hipersonični mlazni motor za udisanje zraka (scramjet engine), koji se od raketnog motora razlikuje po tome što se njegovo gorivo (gorivo i oksidans) skladišti u zrakoplovu i izgara u desecima sekundi, tada se u hipersoničnom vozilu sa scramjet motorom nalazi samo gorivo, a oksidans (kisik) se uzima iz okolne atmosfere. To je ono što osigurava reda veličine veću učinkovitost (isplativost) Scramjet motora, a njegovo vrijeme rada je nekoliko desetaka minuta ili više.

Da rezimiramo rečeno: hipersonična letjelica je vozilo hipersonične KRSTAREĆE brzine, koje u pravilu radi USTANOVLJENI let hipersoničnom brzinom zahvaljujući hipersoničnom motoru koji diše zrak. A prema dostupnim informacijama, niti Avangard niti njegove klizeće bojeve glave nisu hipersonične letjelice, već samo manevarske bojeve glave s povećanim atmosferskim segmentom leta. I naizgled - leti po inerciji. Dopustite mi da vas podsjetim da su prva lansiranja prototipova takvih bojevih glava izvedena u SSSR-u još 1960-ih (na primjer, "raketoplan MP-1" Vladimira Čelomeja).

Što se tiče stvarne izrade istinski hipersoničnih letjelica sa scramjet motorima, radi se o vrlo složenom inženjerskom zadatku čije rješenje Avangard nije niti blizu. A je li moderna Rusija uopće “pretvrda” za to, veliko je pitanje... Ni Amerikanci u tome još nisu uspjeli, a mi smo im po tom pitanju u guzici, iako je SSSR imao dobre pomake u okviru tema "Hladnoća".

Zašto "Hladno"? Da, jer jedino gorivo za hipersonične letjelice može biti tekući vodik ili ukapljeni plin, čiji toplinski kapacitet pomaže u hlađenju vozila i hipersoničnog motora u letu.
Još dvije točke koje zahtijevaju pojašnjenje, sudeći prema komentarima o lansiranju Avangarda.

Prva je temperatura prednjeg ("vjetrenog") dijela bojeve glave na 2000 stupnjeva. S temperaturom u fronti udarnog vala od 20.000 stupnjeva - sasvim realno. Dovoljno je prisjetiti se da su "ugljik-ugljik" čarape na Buranu izdržale temperature do 1750 stupnjeva, a od tada su se pojavili novi materijali (za one koji su zainteresirani, pogledajte ovdje http://www.buran.ru/htm/tersaf4. htm, ispod posta je slika za popločanu toplinsku zaštitu "Buran").

Druga je brzina leta M=27. Mnogi su primijetili da je ova brzina veća od prve kozmičke brzine, tj. i naš Buran, i američki šatlovi, i razni landeri, kao i sve bojeve glave balističkih raketa, manjom brzinom ulaze u atmosferu. Na primjer, za Buran, proračun putanje slijetanja počeo je s visine od 152.500 metara ("službena granica" svemira je 100 km) - u tom trenutku imao je brzinu od 7.578 metara u sekundi, što je bilo jednako 22.82 macha. Brod je padao, t.j. ubrzao, pa je maksimalni Machov broj = 27,92 postignut na visini od 93-90 km. Još je svemir, atmosfere gotovo da i nema. Na primjer, visina brzine (dinamički pritisak nadolazećeg toka) na ovoj visini pri navedenoj brzini od 7,5 km/s iznosi samo... 10 kg po kvadratnom (!) metru. U takvim uvjetima samo potpuni idiot može govoriti o “hipersoničnom” letu na visini od 90 km. Pa, ili humanist. Pa po temperaturi se već sve vidi - od početnih 27 Celzijevih stupnjeva u orbiti do visine od 90 km, temperatura se uspijeva popeti do 1200 stupnjeva.

Međutim, ako govorimo o maksimalnom zagrijavanju (ovdje je važan kumulativni učinak, a pritisak brzine raste brže od stope smanjenja brzine), tada se maksimum od 1656 stupnjeva C postiže na visini od 77800 metara (brzina 7582 m /s, odnosno M = 26,69), i ostaje do visine 69400 metara (brzina 6277 m/s, ili M=21,05). Kao što vidite, spomenute brzine M=27 su sasvim realne, ali stabilan let u ovom režimu je nezamisliv s modernim tehnologijama. Sve što danas čujemo je amatersko izvlačenje brojeva iz konteksta.

Pa što se tiče "novogodišnjeg poklona" - prvo vratite mirovinu, balabol...

PS: što još mogu dodati. Sredinom "nultih" godina pojavila se izuzetno zanimljiva i strogo povjerljiva tema (za napete kompetentne drugove mogu dati poveznicu na jedinu otvorenu publikaciju u časopisu "Zrakoplovna oprema i tehnologije" NPO "Molniya") - tzv. “transatmosferske letjelice". Ukratko - STALNI Let u atmosferi pri krstarećim brzinama IZNAD prve brzine bijega. Ali ovdje, očito, to apsolutno nije slučaj...

PPS: i na kraju (da budem precizan) - kao definiciju za “hipersonične letjelice” upotrijebio sam definiciju pojma “hipersonične letjelice”


Povećanje radnih temperatura materijala za zaštitu od topline