Viteză hipersonică km/h. Hipersunet mortal. Din istoria aviației
În ianuarie, a avut loc un eveniment semnificativ: clubul proprietarilor de tehnologie hipersonică a fost completat cu un nou membru. Pe 9 ianuarie 2015, China a testat un planor hipersonic numit WU-14. Acesta este un vehicul ghidat care este montat deasupra unei rachete balistice intercontinentale (ICBM). Racheta ridică planorul în spațiu, după care planorul se scufundă spre țintă, dezvoltând o viteză de mii de kilometri pe oră.
Potrivit Pentagonului, vehiculul hipersonic chinezesc WU-14 poate fi instalat pe diferite rachete balistice chineze cu o rază de tragere de la 2 mii la 12 mii km. În timpul testelor din ianuarie, WU-14 a atins o viteză de 10 Mach, adică mai mult de 12,3 mii km/h. Sistemele moderne de apărare aeriană nu sunt capabile să lovească în mod fiabil o țintă de manevră care zboară cu o asemenea viteză. Astfel, China a devenit a treia țară, după Statele Unite și Rusia, care deține tehnologia purtătorilor hipersonici de arme nucleare și convenționale.
Planorul hipersonic HTV-2 se separă de treapta superioară (SUA)
Statele Unite și China lucrează la proiecte similare pentru planoare hipersonice care sunt inițial stimulate prin ridicarea la altitudine mare de un vehicul de lansare și apoi accelerate în timpul unei coborâri controlate de la altitudini mari. Avantajele unui astfel de sistem sunt o rază lungă de acțiune (până la o lovitură globală în orice punct de pe suprafața Pământului), un design relativ simplu al planorului (fără motor de propulsie), o masă mare a focosului și viteza mare de zbor (mai mult de 10 Mach).
Rusia se concentrează pe dezvoltarea de rachete hipersonice ramjet (scramjet) care pot fi lansate de la sol, nave sau avioane de luptă. Există un proiect ruso-indian de dezvoltare a unor astfel de sisteme de arme, astfel încât până în 2023 și India să se alăture „clubului hipersonic”. Avantajul rachetelor hipersonice este un cost mai mic și o mai mare flexibilitate de utilizare, spre deosebire de planoarele lansate folosind ICBM-uri.
Rachetă hipersonică experimentală cu scramjet X-51A WaveRider (SUA)
Ambele tipuri de arme hipersonice pot transporta un focos convențional sau nuclear. Experții de la Australian Strategic Policy Institute au calculat că energia cinetică a impactului unui focos hipersonic (fără un focos puternic exploziv sau nuclear) cu o masă de 500 kg și o viteză de 6 M în ceea ce privește distrugerea cauzată este comparabilă cu detonarea focosului unei rachete subsonice convenționale AGM-84 Harpoon, echipată cu un focos cu o masă explozivă de aproximativ 100 kg. Acesta este doar un sfert din puterea de foc a rachetei antinavă rusești P-270 Moskit, cu o masă explozivă de 150 kg și o viteză de 4 Mach.
S-ar părea că armele hipersonice nu sunt cu mult superioare armelor supersonice existente, dar totul nu este atât de simplu. Faptul este că focoasele de rachete balistice sunt ușor de detectat la distanțe mari și cad pe o traiectorie previzibilă. Și deși viteza lor este enormă, tehnologia computerizată modernă a făcut posibilă interceptarea focoaselor în timpul etapei de coborâre, așa cum a demonstrat sistemul american de apărare antirachetă cu succes variabil.
În același timp, aeronavele hipersonice se apropie de țintă pe o traiectorie relativ plană, rămân în aer pentru o perioadă scurtă de timp și pot manevra. În majoritatea scenariilor, sistemele moderne de apărare aeriană nu sunt capabile să detecteze și să angajeze o țintă hipersonică într-o perioadă scurtă de timp.
O rachetă hipersonică cu o viteză de 6 M va zbura distanța de la Londra la New York în doar 1 oră
Rachetele antiaeriene moderne pur și simplu nu pot ajunge din urmă cu o țintă hipersonică; de exemplu, o rachetă din sistemul de rachete antiaeriene S-300 poate accelera la o viteză de 7,5 Mach și chiar și atunci doar pentru o perioadă scurtă de timp. Astfel, în marea majoritate a cazurilor, o țintă cu o viteză de aproximativ 10 M va fi „prea dură” pentru aceasta. În plus, letalitatea armelor hipersonice poate fi crescută prin utilizarea unui focos de grup: schijele de mare viteză din „cuiele” de tungsten pot dezactiva o instalație industrială, o navă mare sau pot distruge o concentrație de forță de muncă și vehicule blindate peste o mare. zonă.
Proliferarea armelor hipersonice capabile să treacă prin orice sisteme de apărare aeriană ridică noi probleme de asigurare a securității globale și a parității militare. Dacă nu se realizează descurajarea echilibrului în acest domeniu, așa cum este cazul armelor nucleare, loviturile hipersonice ar putea deveni un instrument comun de presiune, deoarece doar câteva focoase hipersonice pot distruge economia unei țări mici.
Potrivit calculelor Pentagonului, programul american de lovitură globală rapidă folosind arme hipersonice va face posibilă lovirea oricărei ținte oriunde în lume în decurs de o oră fără contaminarea cu radiații a zonei. Chiar și în cazul unui conflict nuclear, sistemul poate înlocui parțial armele nucleare, lovind până la 30% din ținte.
Astfel, membrii „clubului hipersonic” vor avea posibilitatea de a garanta aproape distrugerea infrastructurii critice inamice, de exemplu, centrale electrice, centre de control al armatei, baze militare, orașe mari și facilități industriale. Potrivit experților, au mai rămas 10-15 ani până la apariția primelor modele de producție de arme hipersonice, așa că mai este timp să se dezvolte acorduri politice care să limiteze utilizarea unor astfel de arme în conflictele locale. Dacă nu se ajunge la astfel de acorduri, există un risc ridicat de dezastre umanitare și mai mari asociate cu utilizarea de noi arme.
Hypersonic este o aeronavă capabilă să zboare la viteze hipersonice.
Ce este viteza hipersonică
În aerodinamică, este adesea folosită o cantitate care arată raportul dintre viteza unui flux sau corp și viteza sunetului. Acest raport se numește numărul Mach, numit după omul de știință austriac Ernst Mach, care a pus bazele aerodinamicii supersonice.
Unde M – numărul Mach;
u – fluxul de aer sau viteza corpului,
c s – viteza de propagare a sunetului.
În atmosferă, în condiții normale, viteza sunetului este de aproximativ 331 m/s. Viteza unui corp la Mach 1 corespunde vitezei sunetului. Viteza supersonică este numită în intervalul de la 1 la 5 Mach. Dacă depășește 5 Mach, atunci acesta este deja intervalul hipersonic. Această împărțire este condiționată, deoarece nu există o graniță clară între vitezele supersonice și hipersonice. Așa au convenit să numere în anii 70 ai secolului XX.
Din istoria aviației
„Silbertvogel”
Ei au încercat mai întâi să creeze un avion hipersonic în timpul celui de-al Doilea Război Mondial în Germania nazistă. Autorul acestui proiect, care s-a numit „ Silbertvogel„(pasăre de argint) a fost omul de știință austriac Eugen Senger. Avionul avea alte nume: „ Bomber american», « bombardier orbital», « Antipodal-Bombarder», « Skipper atmosferă», « Ural-Bomber" Era un bombardier propulsat de rachete care putea transporta până la 30 de tone de bombe. Era destinat să bombardeze Statele Unite și zonele industriale ale Rusiei. Din fericire, în acele zile era imposibil să construiești un astfel de avion în practică și a rămas doar în desene.
X-15 nord-american
În anii 60 ai secolului XX, în Statele Unite a fost creat primul avion-rachetă, X-15, a cărui sarcină principală era studierea condițiilor de zbor la viteze hipersonice. Acest dispozitiv a reușit să depășească o înălțime de 80 km. Recordul a fost considerat zborul lui Joe Walker, efectuat în 1963, când s-a atins o altitudine de 107,96 km și o viteză de 5,58 M.
X-15 a fost suspendat sub aripa bombardierului strategic B-52. La o altitudine de 15 km, s-a separat de aeronava de transport. În acel moment, propriul său motor de rachetă cu propulsie lichidă a pornit. A funcționat timp de 85 de secunde și s-a oprit. Până în acest moment, viteza avionului ajunsese la 39 m/s. În punctul cel mai înalt al traiectoriei (apogeu), dispozitivul era deja în afara atmosferei și a stat în imponderabilitate aproape 4 minute. Pilotul a efectuat cercetările planificate, a folosit cârme de gaz pentru a direcționa avionul în atmosferă și a aterizat curând. Recordul de altitudine realizat de X-15 a durat aproape 40 de ani, până în 2004.
X-20 Dyna Soar
Din 1957 până în 1963 La ordinul Forțelor Aeriene ale SUA, Boeing a dezvoltat bombardierul de recunoaștere interceptor spațial cu echipaj X-20. Programul a fost numit X-20 Dyna-Soar. X-20 urma să fie lansat pe orbită la o altitudine de 160 km de un vehicul de lansare. Viteza avionului a fost planificată să fie puțin mai mică decât prima viteză cosmică, astfel încât să nu devină un satelit al Pământului. De la înălțime, avionul trebuia să „se scufunde” în atmosferă, coborând la 60-70 km și să efectueze fie fotografii, fie bombardări. Apoi s-a ridicat din nou, dar la o înălțime mai mică decât cea originală și din nou „s-a scufundat” și mai jos. Și așa mai departe până când a aterizat pe aerodrom.
În practică, au fost realizate mai multe modele X-20, iar piloții de astronauți au fost instruiți. Dar din mai multe motive, programul a fost anulat.
Proiectul „Spirala”
Ca răspuns la program X-20 Dyna-Soarîn anii 1960 Proiectul Spiral a fost lansat în URSS. Acesta a fost un sistem fundamental nou. S-a presupus că o aeronavă puternică de propulsie cu motoare care respira aer, cu o greutate de 52 de tone și 28 m lungime, accelerează până la o viteză de 6 M. O aeronavă orbitală cu echipaj cu cântărire de 10 tone și 8 m lungime se va lansa din „spate” la un altitudine de 28-30 km Ambele aeronave care decolează împreună de pe aerodrom ar putea efectua fiecare individual o aterizare independentă. În plus, aeronava de propulsie cu viteza sa hipersonică a fost planificată să fie folosită și ca avion de pasageri.
Deoarece erau necesare tehnologii noi pentru a crea o astfel de aeronavă hipersonică, proiectul prevedea posibilitatea utilizării nu a unei aeronave hipersonice, ci a unei aeronave supersonice.
Întregul sistem a fost dezvoltat în 1966 la biroul de proiectare OKB-155 de către A.I. Mikoyan. Două versiuni ale modelului au fost supuse unui ciclu complet de cercetare aerodinamică la Institutul Central Aerodinamic numit după. Profesorul N.E. Jukovski în 1965-1975 Dar tot nu a funcționat să creez avionul. Și acest program, ca și cel american, a fost restrâns.
Aviația hipersonică
Până la începutul anilor '70. În secolul al XX-lea, zborurile cu viteze supersonice au devenit obișnuite pentru aeronavele militare. Au apărut și avioane supersonice de pasageri. Aeronavele aerospațiale ar putea trece prin straturi dense ale atmosferei la viteze hipersonice.
În URSS, lucrările la o aeronavă hipersonică au început la Biroul de Proiectare Tupolev la mijlocul anilor '70. Cercetarea și proiectarea au fost efectuate pe o aeronavă capabilă să atingă viteze de până la 6 M (TU-260) cu o rază de zbor de până la 12.000 km, precum și pe o aeronavă intercontinentală hipersonică TU-360. Raza sa de zbor trebuia să atingă 16.000 km. A fost pregătit chiar și un proiect pentru o aeronavă hipersonică de pasageri, concepută pentru a zbura la o altitudine de 28-32 km cu o viteză de 4,5 - 5 Mach.
Dar pentru ca avioanele să zboare la viteze supersonice, motoarele lor trebuie să aibă caracteristici atât ale tehnologiei aviației, cât și ale tehnologiei spațiale. Motoarele care respira aer (WRD) existente care foloseau aerul atmosferic aveau restricții de temperatură și puteau fi utilizate la avioane ale căror viteze nu depășeau 3 M. Iar motoarele de rachete trebuiau să transporte o cantitate mare de combustibil la bord și nu erau potrivite pentru zboruri lungi în atmosferă.
S-a dovedit că cel mai rațional pentru o aeronavă hipersonică este un motor ramjet (motor ramjet), care nu are părți rotative, în combinație cu un motor turboreactor (TRE) pentru accelerare. S-a presupus că motoarele ramjet cu hidrogen lichid erau cele mai potrivite pentru zboruri la viteze hipersonice. Iar motorul de rapel este un turboreactor care funcționează cu kerosen sau hidrogen lichid.
Pentru prima dată, vehiculul fără pilot X-43A a fost echipat cu un motor ramjet, care, la rândul său, a fost instalat pe vehiculul de lansare de croazieră Pegasus.
Pe 29 martie 2004, un bombardier B-52 a decolat în California. Când a ajuns la o altitudine de 12 km, X-43A a decolat de pe el. La o altitudine de 29 km, s-a separat de vehiculul de lansare. În acest moment s-a lansat propriul său ramjet. A funcționat doar 10 secunde, dar a reușit să atingă o viteză hipersonică de 7 Mach.
În acest moment, X-43A este cea mai rapidă aeronavă din lume. Este capabil să atingă viteze de până la 11.230 km/h și se poate ridica la o înălțime de până la 50 km. Dar acesta este încă un vehicul aerian fără pilot. Dar nu este departe ora când vor apărea aeronavele hipersonice, pe care pasagerii obișnuiți vor putea zbura.
Am discutat cândva o opinie destul de sceptică, dar nimeni nu oprește această muncă și toată lumea merge înainte.
Potrivit unei surse din complexul militar-industrial, cea mai nouă rachetă hipersonică antinavă rusă Zircon a atins opt viteze de sunet în timpul testării.
Potrivit sursei, „în timpul testelor rachetei, s-a confirmat că viteza acesteia în marș atinge Mach 8”, transmite TASS. În plus, după cum a menționat sursa, rachetele Zircon pot fi lansate de la lansatoare universale 3S14, care sunt folosite și pentru rachetele Caliber și Oniks.
Poligonul de tragere al lui Zircon, conform datelor deschise, este de aproximativ 400 de kilometri. În februarie, o sursă informată a raportat că racheta hipersonică Zircon, concepută pentru submarinele clasei Yasen și Husky, ar putea fi lansată de pe un transportator maritim pentru prima dată în această primăvară. În aprilie 2016, o sursă din complexul militar-industrial rus a menționat că Zirconul ar trebui să intre în producție de masă în 2018.
Americanul X-51AWaverider a arătat o viteză de 4,8 MAX în timpul ultimului zbor de testare.
Și acum puțin mai multe despre Zircon.
Numărul „Mach” sau „M” determină raportul dintre viteza de curgere locală și viteza sunetului - 331 m/s. Depășirea vitezei sunetului de șase până la opt ori este una dintre provocările globale pentru dezvoltarea aeronavelor moderne și a științei rachetelor. Odată cu apariția aeronavelor hipersonice, designerii asociază o descoperire într-o nouă generație de a șasea aeronave. Din punct de vedere militar, aeronavele hipersonice sunt arme de lovitură extrem de eficiente. Zborul hipersonic nu se distinge de sistemele radar moderne. Crearea de mijloace de interceptare a unor astfel de rachete nu există și nici măcar nu este avută în vedere.
Dezarmarea globală
URSS a înțeles acest lucru încă din anii 60 ai secolului trecut, când a proiectat un sistem de apărare antirachetă non-aeriană cu rachete A-135 situate lângă Moscova. Sistemul de interceptare a focoaselor nucleare care intră în atmosferă cu o viteză de 5-10 km pe secundă este rezolvat într-un mod cu totul unic la complex. Dacă electronicele încă nu le văd, atunci racheta ar trebui să fie îndreptată nu „spre un ban”, ci „spre lumina albă”, se pare că designerii au decis și au instalat un focos nuclear pe racheta antirachetă. Adică, știind despre un atac nuclear, racheta antirachetă sovietică a fost lansată în zona în care ar fi trebuit să fie amplasate unitățile nucleare inamice pentru a le distruge cu ajutorul unei explozii nucleare care se apropie în atmosferă. Să ne amintim că acest sistem este încă în funcțiune. Și este considerat singurul sistem NMD eficient din lume.
„Pentru a detecta ținte atacante, pentru a îndrepta antirachetele spre ele și pentru a trage o salvă de contra, aveți câteva zeci de minute”, Vladimir Dvorkin, care a condus până în 2001 al 4-lea Institut Central de Cercetare al Ministerului Apărării (un institut care se ocupă de dezvoltare). și utilizarea armelor nucleare), a declarat canalului TV Zvezda. „Racheta navală americană Trident zboară la noi în 15-20 de minute, iar Minuteman-3 de la uscat - 25-35 de minute.”
Acest lucru reduce probabilitatea de „dezarmare a inamicului”, spune expertul; avem întotdeauna timp să ne pregătim, să întâlnim aceste rachete și cel puțin să le distrugem pe majoritatea. În consecință, rămâne posibilă posibilitatea unui atac nuclear de răzbunare pe teritoriul SUA. Prin urmare, un nou concept de război nuclear este dezvoltat astăzi în America. Ca parte a programului de „fulger global”, Washingtonul intenționează să obțină arme capabile să zboare distanța dintre Statele Unite și Rusia în jumătate sau chiar de trei ori mai puțin timp, astfel încât inamicul să nu aibă nici cea mai mică șansă de a reacționa. Acest lucru este de așteptat să fie realizat prin crearea de avioane hipersonice.
Spre deosebire de rachetele balistice, rachetele hipersonice vor fi lansate din bombardiere, precum și lansatoare de la sol Mk-41. Acest lucru ar trebui să facă imposibilă detectarea lansării pentru sistemele existente de avertizare asupra atacurilor cu rachete spațiale și terestre. Aceasta înseamnă că va crea iluzia de a putea începe și câștiga un război nuclear cu impunitate. Această teorie este foarte populară în comunitatea de experți din SUA.
Drept urmare, numai în Statele Unite, mai multe proiecte promițătoare sunt dezvoltate de diverse departamente: X-43A (NASA), X-51A (Air Force), AHW (Ground Forces), ArcLight (DARPA, Navy), Falcon HTV -2 (DARPA, Forțele Aeriene). Apariția lor, potrivit experților, va face posibilă crearea rachetelor de croazieră de aviație hipersonice cu rază lungă de acțiune, a unei rachete de croazieră navale în versiuni anti-navă și de atac împotriva țintelor terestre până în 2018-2020 și a unei aeronave de recunoaștere până în 2030.
Franța se luptă să obțină hipersunetul. China a testat recent vehiculul de alunecare WU-14, care a reușit să atingă viteze hipersonice. Și, desigur, Rusia.
Cursa de tehnologie
„De obicei, rachetele de croazieră supersonice zboară cu o viteză de Mach 2-3”, spune Nikolai Grigoriev, candidat la științe fizice și matematice. - Dorim ca dispozitivele noastre să zboare la viteze mai mari decât Mach 6. Mai mult, acest zbor trebuie să fie lung. Cel puțin 7-10 minute, timp în care dispozitivul trebuie să atingă independent o viteză de peste o mie și jumătate de metri pe secundă.”
Primul vehicul hipersonic a fost creat în URSS la sfârșitul anilor 70 ai secolului trecut. În 1997, designerii Dubna MKB „Raduga” l-au arătat pentru prima dată la show-ul aerian MAKS. A fost prezentat ca un sistem al unei noi clase - aeronava experimentală hipersonică (GELA) X-90. În Occident se numea AS-19 Koala. Potrivit companiei, racheta a zburat la o rază de acțiune de până la 3 mii de km. Purta două focoase care pot fi vizate individual, capabile să lovească ținte la o distanță de 100 km de punctul de separare. X-90 ar putea fi transportat de o versiune extinsă a bombardierului strategic Tu-160M.
La începutul anilor 90 ai secolului trecut, IKB a desfășurat lucrări în comun cu inginerii germani cu privire la problema hipersunetelor pe baza celeilalte rachete ale sale, X-22 „Storm” (conform clasificării NATO - AS-4 Kitchen). Această rachetă de croazieră supersonică face parte din compoziția armamentului standard al bombardierului cu rază lungă de acțiune Tu-22M3. Poate zbura 600 km și poate transporta un focos termonuclear sau convențional cu o greutate de 1 tonă. Racheta este concepută pentru a distruge portavioanele americane. În timpul experimentului , cu trepte superioare suplimentare instalate pe rachetă, vehiculul a putut fi adus în zbor în modul hipersonic.
În plus, după cum amintește Grigoriev, URSS a creat nava spațială reutilizabilă Buran, care, la intrarea în straturile dense ale atmosferei, a dezvoltat o viteză de Mach 25. Astăzi, potrivit expertului, sarcina este de a activa un astfel de zbor, adică mașina nu trebuie doar să „alunece”, ci să dezvolte și să mențină independent o astfel de viteză, să schimbe direcția de zbor.
De la „Koala” la „Yars”
Testarea vehiculelor hipersonice este un secret bine păzit. Se poate judeca cum merg lucrurile cu dezvoltarea lor numai după rapoartele americane de succes sau eșec în timpul anumitor lansări de testare. Ei au efectuat ultimul astfel de experiment în august. Racheta X-43A a fost lansată de la locul de testare Kodiak din Alaska. Racheta a fost dezvoltată ca un proiect comun al Armatei SUA și al Laboratorului Național Sandia, ca parte a conceptului „Prompt Global Strike”. Primul ei test a avut loc în noiembrie 2011. S-a presupus că, în timpul testelor actuale, racheta, cu o viteză de aproximativ 6,5 mii km/h, va atinge o țintă de antrenament pe atolul Kwajalein din Pacific. Drept urmare, dispozitivul a funcționat doar 7 secunde înainte de a arde în atmosferă. Cu toate acestea, SUA au numit acest zbor un succes - mașina a demonstrat capacitatea de a obține accelerația necesară.
X-90 sovietic, despre care cel puțin ceva se știe cu siguranță, a zburat mai departe și mai mult. După cum spun designerii, mașina s-a încălzit rapid din cauza rezistenței aerului, care a distrus dispozitivul sau a făcut ca mecanismele din interiorul corpului să fie inoperante. Pentru a realiza hipersunetul, un motor de rachetă ramjet necesita hidrogen, sau cel puțin combustibil constând în mare parte din hidrogen. Și acest lucru este extrem de dificil de implementat din punct de vedere tehnic, deoarece hidrogenul gazos are o densitate scăzută. Depozitarea hidrogenului lichid a prezentat alte dificultăți tehnice insurmontabile. Și, în cele din urmă, în timpul unui zbor hipersonic, în jurul lui X-90 a apărut un nor de plasmă, care a ars antenele radio, ceea ce a dus la pierderea controlabilității dispozitivului.
Cu toate acestea, aceste neajunsuri s-au transformat în cele din urmă în avantaje. Problema răcirii corpului și a combustibilului cu hidrogen a fost rezolvată prin utilizarea unui amestec de kerosen și apă ca componente. După încălzire, a fost alimentat într-un mini-reactor catalitic special, în care a avut loc o reacție de conversie catalitică endotermă, în urma căreia s-a produs hidrogen. Acest proces a dus la răcirea severă a corpului dispozitivului. Problema arderii antenelor radio a fost rezolvată într-un mod nu mai puțin original, pentru care au început să folosească însuși norul de plasmă.
În același timp, norul de plasmă a permis dispozitivului nu numai să se miște în atmosferă cu o viteză de 5 km pe secundă, ci și să facă acest lucru pe traiectorii „spărțite”. Aparatul ar putea schimba brusc direcția de zbor. În plus, norul de plasmă a creat și efectul de invizibilitate a dispozitivului pentru radare. X-90 nu a intrat în serviciu; lucrările la rachetă au fost suspendate în 1992.
Dar principiile funcționării sale sunt foarte asemănătoare cu descrierea acțiunilor de manevrare a focoaselor nucleare ale Topol-M, Yars și noile rachete balistice RS-26. Ministerul Apărării le-a citat în mod repetat ca exemplu de depășire a oricărui sistem de apărare antirachetă. Unitatea de manevră poate vira în orice secundă, schimbând în mod imprevizibil direcția de zbor, care este garantat să lovească ținta. Niciun sistem național de apărare antirachetă nu este capabil să calculeze o astfel de traiectorie și să vizeze unitatea de apărare antirachetă care atacă.
Luptă cu „ornitorincul”
Anul trecut, Ministerul Apărării a anunțat că armele hipersonice vor fi echipate în primul rând cu avioane cu rază lungă de acțiune. La acel moment, rachetele existau deja, deși zborul lor hipersonic a durat doar câteva secunde. Viceprim-ministrul Dmitri Rogozin a declarat acest lucru în mod repetat. Cu toate acestea, nici armata, nici viceprim-ministrul, nici reprezentanții industriei nu au oferit detalii specifice.
Succesele actuale în crearea aeronavelor hipersonice pot fi judecate doar prin dovezi indirecte. De exemplu, în această vară, Tactical Missiles Corporation, Ministerul Apărării și Ministerul Industriei și Comerțului au raportat că au convenit asupra unui program de creare a tehnologiilor de rachete hipersonice. Peste 2 miliarde de ruble vor fi investite în dezvoltarea unei tehnologii promițătoare, iar primul dispozitiv va apărea cel târziu în 2020. Ce fel de dispozitive vor fi acestea, ce caracteristici vor avea și în ce scopuri nu se anunță.
Faptul că baza, așa cum se spune, este acolo, poate fi judecat cel puțin din expoziția MAKS din Jukovski, lângă Moscova. În 2011, Institutul Central de Inginerie a Motoarelor de Aviație din Lytkarino, lângă Moscova, a demonstrat o serie de vehicule hipersonice promițătoare. La standul institutului au fost expuse mai multe modele de rachete promițătoare, mai asemănătoare nu cu rachetele clasice în formă de trabuc, ci cu capodopera unui sculptor de avangardă, care a luat ca prototip pentru creația sa ornitorincul animal australian - cazma aplatizată. - „nasul” în formă de caren, formele tocate ale corpului rachetei în sine. Apoi, un reprezentant al institutului, Vyacheslav Semenov, a spus că în 2012 Ministerul Apărării va prezenta un model de zbor complet operațional al unei rachete de croazieră hipersonice. Despre asta a vorbit și Boris Obnosov. Ce anume s-a discutat nu se știe. Nu au existat rapoarte oficiale despre noua rachetă în presă. Cu toate acestea, numele complexului promițător „Zircon” a fost menționat în mod repetat.
Conform indicațiilor indirecte, se bazează pe o rachetă creată pe baza rachetei supersonice antinavă Yakhont și a analogului său ruso-indian BrahMos. Indian BrahMos Aerospace Limited a anunțat în mod repetat că lucrează pentru crearea unei versiuni hipersonice a produselor sale. Același „Ornitorincă” și-a demonstrat modelul.
În viitor, rachetele Zircon vor fi instalate pe cele mai recente submarine nucleare multifuncționale rusești de generația a cincea, Huskies, care sunt în prezent în dezvoltare la biroul de proiectare Malachite. Crusătorul de rachete Admiral Nakhimov, aflat în reparații și modernizare la Severodvinsk, până în 2018 va fi echipat cu un sistem universal de tragere pe navă, care permite utilizarea rachetelor Caliber, Onyx și promițătoare rachete anti-navă hipersonice Zircon.
surse
Informații generale
Zborul cu viteză hipersonică face parte din regimul de zbor supersonic și se efectuează într-un flux de gaz supersonic. Fluxul de aer supersonic este fundamental diferit de cel subsonic, iar dinamica zborului aeronavei la viteze peste viteza sunetului (peste 1,2 M) este fundamental diferită de zborul subsonic (până la 0,75 M; intervalul de viteză de la 0,75 la 1,2 M se numește viteză transsonică). ).
Determinarea limitei inferioare a vitezei hipersonice este de obicei asociată cu începerea proceselor de ionizare și disociere a moleculelor din stratul limită (BL) din apropierea vehiculului care se deplasează în atmosferă, care începe să apară la aproximativ 5 M. Această viteză se caracterizează și prin faptul că un motor ramjet (“Sramjetul subsonic cu combustie” devine inutil din cauza frecării extrem de mari care apare atunci când aerul care curge este decelerat în acest tip de motor. Astfel, în intervalul de viteză hipersonică, pentru a continua zborul, este posibil să se utilizeze doar un motor rachetă sau un ramjet hipersonic (scramjet) cu ardere supersonică a combustibilului.
Caracteristici de curgere
În timp ce definiția fluxului hipersonic (HS) este destul de controversată din cauza lipsei unei granițe clare între fluxurile supersonice și hipersonice, HS poate fi caracterizată prin anumite fenomene fizice care nu mai pot fi ignorate atunci când sunt luate în considerare, și anume:
Strat subțire de undă de șoc
Pe măsură ce viteza și numerele Mach corespunzătoare cresc, densitatea din spatele undei de șoc (SW) crește, de asemenea, corespunzătoare unei scăderi a volumului în spatele șocului datorită conservării masei. Prin urmare, stratul undei de șoc, adică volumul dintre dispozitiv și unda de șoc, devine subțire la numere Mach mari, creând un strat limită subțire (BL) în jurul dispozitivului.
Formarea straturilor de șoc vâscoase
O parte din energia cinetică mare conținută în fluxul de aer, la M > 3 (flux vâscos), este convertită în energie internă datorită interacțiunii vâscoase. O creștere a energiei interne se realizează printr-o creștere a temperaturii. Deoarece gradientul de presiune normal cu curgerea din stratul limită este aproximativ zero, o creștere semnificativă a temperaturii la numere Mach ridicate duce la o scădere a densității. Astfel, PS de pe suprafața vehiculului crește și la numere Mach mari se contopește cu un strat subțire al undei de șoc lângă prova, formând un strat de șoc vâscos.
Apariția undelor de instabilitate în PS, care nu sunt caracteristice fluxurilor sub- și supersonice
Debit de temperatură ridicată
Debitul de mare viteză în punctul frontal al aparatului (punctul sau regiunea de frânare) face ca gazul să se încălzească la temperaturi foarte ridicate (până la câteva mii de grade). Temperaturile ridicate, la rândul lor, creează proprietăți chimice de neechilibru ale fluxului, care constau în disocierea și recombinarea moleculelor de gaz, ionizarea atomilor, reacții chimice în flux și cu suprafața aparatului. În aceste condiții, procesele de convecție și transfer radiativ de căldură pot fi semnificative.
Parametrii de similaritate
Parametrii fluxurilor de gaz sunt de obicei descriși printr-un set de criterii de similitudine, care permit reducerea unui număr aproape infinit de stări fizice în grupuri de similaritate și care permit compararea fluxurilor de gaz cu diferiți parametri fizici (presiune, temperatură, viteză etc. .) unul cu altul. Pe acest principiu se bazează experimentele în tuneluri de vânt și transferul rezultatelor acestor experimente pe aeronave reale, în ciuda faptului că în experimentele cu tuburi dimensiunea modelelor, vitezele de curgere, încărcările termice etc. pot diferi foarte mult de cele reale. conditiile de zbor, in acelasi timp, parametrii de similitudine (numerele Mach, numerele Reynolds, numere Stanton etc.) corespund celor de zbor.
Pentru fluxul transonic și supersonic sau compresibil, în majoritatea cazurilor, parametri precum numărul Mach (raportul dintre viteza curgerii și viteza locală a sunetului) și Reynolds sunt suficienți pentru a descrie complet fluxul. Pentru un flux hipersonic, acești parametri sunt adesea insuficienti. În primul rând, ecuațiile care descriu forma undei de șoc devin practic independente la viteze de la 10 M. În al doilea rând, temperatura crescută a fluxului hipersonic înseamnă că efectele legate de gazele neideale devin vizibile.
Luând în considerare efectele într-un gaz real înseamnă că este necesar un număr mai mare de variabile pentru a descrie pe deplin starea gazului. Dacă un gaz staționar este complet descris de trei mărimi: presiune, temperatură, capacitate termică (indice adiabatic), iar un gaz în mișcare este descris de patru variabile, care include și viteza, atunci un gaz fierbinte în echilibru chimic necesită, de asemenea, ecuații de stare pentru componentele sale chimice constitutive și un gaz cu procese de disociere și ionizare trebuie să includă și timpul ca una dintre variabilele stării sale. În general, aceasta înseamnă că, în orice moment ales, debitul de neechilibru necesită între 10 și 100 de variabile pentru a descrie starea gazului. În plus, fluxul hipersonic rarefiat (HF), descris de obicei în termeni de numere Knudsen, nu se supune ecuațiilor Navier-Stokes și necesită modificarea acestora. HP este de obicei clasificată (sau clasificată) folosind energia totală, exprimată folosind entalpia totală (mJ/kg), presiunea totală (kPa) și temperatura de stagnare a curgerii (K) sau viteza (km/s).
Gaz ideal
În acest caz, fluxul de aer care trece poate fi considerat un flux de gaz ideal. GP în acest regim depinde încă de numerele Mach și simularea este ghidată de invarianții de temperatură, mai degrabă decât de peretele adiabatic, care are loc la viteze mai mici. Limita inferioară a acestei regiuni corespunde vitezelor în jur de 5 Mach, unde jeturile SPV cu combustie subsonică devin ineficiente, iar limita superioară corespunde vitezelor în regiunea 10-12 Mach.
Gaz ideal cu două temperaturi
Face parte din cazul fluxului de gaz ideal de mare viteză, în care fluxul de aer care trece poate fi considerat ideal din punct de vedere chimic, dar temperatura de vibrație și temperatura de rotație a gazului trebuie luate în considerare separat, rezultând două modele de temperatură separate. Acest lucru este de o importanță deosebită în proiectarea duzelor supersonice, unde răcirea vibrațională datorată excitației moleculare devine importantă.
Gaz disociat
Modul dominant al transferului de radiații
La viteze de peste 12 km/s, transferul de căldură către aparat începe să aibă loc în principal prin transfer radial, care începe să domine asupra transferului termodinamic odată cu creșterea vitezei. Modelarea gazelor în acest caz este împărțită în două cazuri:
- subțire optic - în acest caz se presupune că gazul nu reabsoarbe radiația care provine din celelalte părți ale sale sau din unitățile de volum selectate;
- gros optic - unde se ia în considerare absorbția radiației de către plasmă, care este apoi reemisă, inclusiv pe corpul dispozitivului.
Modelarea gazelor groase optic este o sarcină complexă deoarece, datorită calculului transferului radiativ în fiecare punct al fluxului, volumul calculelor crește exponențial cu numărul de puncte luate în considerare.
Mi se pun întrebări despre testarea noii rachete Avangard cu focoase „hipersonice” (viteza de zbor în atmosferă se numește Mach 20-27, adică viteza sunetului).
Sincer să fiu, nu există suficiente informații pentru un comentariu serios, iar ceea ce este disponibil este extrem de contradictoriu. Dar se poate spune ceva.
Voi începe cu definiția „hipersonic”. În aviație, viteza hipersonică este considerată a fi o viteză de deja 5-6 (desigur, sau mai mult) viteza sunetului pentru o anumită altitudine. De ce pentru acesta? Pentru că viteza sunetului în aer depinde de presiunea acestuia, iar presiunea scade odată cu înălțimea. În consecință, la diferite altitudini, viteza sunetului este diferită (dacă cineva este interesat, căutați pe google standardul ISA - International Standard Atmosphere).
În general, orice vehicul care zboară în atmosferă cu o viteză mai mare de M>5...6 are viteză hipersonică.
De exemplu, modulul de coborâre al navei spațiale Soyuz, la întoarcerea din spațiu, intră în atmosferă la prima viteză de evacuare (aproximativ M = 23...24), și orice vehicul de lansare, pornind de la suprafața pământului și accelerând până la prima. viteza de evacuare, de asemenea, la un moment dat zboară cu viteză hipersonică (până când iese din atmosferă). Dar - atenție! Nu pot fi numite avioane hipersonice! Și aici începe înșelăciunea, pe care o auzim din surse oficiale când ne lăudăm cu noua noastră armă: mai întâi „Pumnalul”, acum „Avangarda”. Pentru că nu orice vehicul care zboară cu viteză hipersonică este o „aeronava hipersonică”. De exemplu, focoasele de rachete balistice care zboară de la mijlocul secolului trecut și intră în atmosferă cu viteză hipersonică nu sunt avioane hipersonice (HAV).
În aviație, există o definiție clară a unui GLA - aceasta este o aeronavă care de ceva timp efectuează un zbor hipersonic STEADY în atmosferă. Stabil este atunci când tracțiunea motorului compensează rezistența aerului (se asigură constanta vitezei hipersonice), iar forța gravitației este compensată de portanța aerodinamică (constanța altitudinii de zbor). În acest caz, manevrarea (schimbarea direcției de zbor) poate fi realizată prin devierea suprafețelor aerodinamice (cârme) sau prin schimbarea vectorului de tracțiune a motorului.
Motorul poate fi rachetă (propulsant lichid sau solid) sau cu jet de aer (de exemplu, ramjet hipersonic).
Motorul rachetei funcționează pentru un timp foarte scurt, măsurat în secunde (zeci). Prin urmare, un dispozitiv cu un motor rachetă preia mai întâi viteză, iar apoi, după ce a rămas fără combustibil și a oprit motorul, zboară prin inerție, încetinit de rezistența fluxului de aer care se apropie. De aceea, o rachetă, care zboară cu viteză supersonică o parte din timp, NU ESTE o aeronavă hipersonică. În consecință, Kinzhal este o rachetă aerobalistică Iskander lansată în aer, dar nu o aeronavă hipersonică. Ca același „Satana” sau „Iskander”.
Zborul hipersonic stabil poate fi asigurat doar de un motor cu reacție hipersonic care respira aer (motor scramjet), care diferă favorabil de un motor rachetă prin faptul că, în timp ce combustibilul său (combustibil și oxidant) este stocat la bordul aeronavei și ars în zeci de secunde, apoi într-un vehicul hipersonic cu un motor scramjet la bord numai combustibil, iar oxidantul (oxigenul) este luat din atmosfera înconjurătoare. Acesta este ceea ce asigură o eficiență (eficiență a costurilor) cu ordine de mărime mai mare a unui motor scramjet, iar timpul de funcționare al acestuia este de zeci de minute sau mai mult.
Pentru a rezuma ceea ce s-a spus: o aeronavă hipersonică este un vehicul cu o viteză de CROAZIERĂ hipersonică, care efectuează zbor STEADY la viteză hipersonică, de regulă, datorită unui motor hipersonic cu aer respirator. Și din informațiile disponibile, nici Avangard, nici focoasele sale de planare nu sunt avioane hipersonice, ci doar focoase de manevră cu un segment de zbor atmosferic crescut. Și aparent - zburând prin inerție. Permiteți-mi să vă reamintesc că primele lansări de prototipuri ale unor astfel de focoase au fost efectuate în URSS încă din anii 1960 (de exemplu, „avioanele rachete” MP-1 ale lui Vladimir Chelomey).
În ceea ce privește crearea efectivă a aeronavelor cu adevărat hipersonice cu motoare scramjet, aceasta este o sarcină de inginerie foarte complexă, a cărei soluție nu este nici măcar aproape de a fi rezolvată de Avangard. Și dacă Rusia modernă este chiar „prea dură” pentru a face asta este o mare întrebare... Nici americanii nu au reușit încă acest lucru și suntem în fundul lor în acest sens, deși URSS a avut evoluții bune în cadrul tema „Rece”.
De ce „rece”? Da, pentru că singurul combustibil pentru aeronavele hipersonice poate fi hidrogenul lichid sau gazul lichefiat, a cărui capacitate termică ajută la răcirea vehiculului și a motorului hipersonic în zbor.
Încă două puncte care necesită clarificări, judecând după comentariile la lansarea Avangard.
Prima este temperatura părții frontale („în vânt”) a focosului la 2000 de grade. Cu o temperatură în frontul undei de șoc de 20.000 de grade - destul de realist. Este suficient să ne amintim că șosetele „carbon-carbon” de pe Buran au rezistat la temperaturi de până la 1750 de grade, iar de atunci au apărut materiale noi (pentru cei interesați, vezi aici http://www.buran.ru/htm/tersaf4. htm, mai jos Postarea contine o poza pentru protectia termica gresie "Buran").
A doua este viteza de zbor M=27. Mulți oameni au observat că această viteză este mai mare decât prima viteză cosmică, adică. iar Buranul nostru, și navetele americane și diverse aterizare, ca toate focoasele de rachete balistice, intră în atmosferă cu o viteză mai mică. De exemplu, pentru Buran, calculul traiectoriei de aterizare a început de la o altitudine de 152.500 de metri („limita oficială” a spațiului este de 100 km) - în acest moment avea o viteză de 7.578 de metri pe secundă, care era egală cu 22.82 martie. Nava cădea, adică. accelerat, astfel încât numărul maxim de Mach = 27,92 a fost atins la o altitudine de 93-90 km. Mai e spațiu, aproape că nu e atmosferă. De exemplu, înălțimea vitezei (presiunea dinamică a fluxului care se apropie) la această înălțime la viteza indicată de 7,5 km/s este de numai... 10 kg pe metru pătrat (!). În astfel de condiții, doar un idiot complet poate vorbi despre zborul „hipersonic” la o altitudine de 90 km. Ei bine, sau un umanist. Ei bine, totul se vede deja din punct de vedere al temperaturii - de la primele 27 de grade Celsius pe orbită până la o altitudine de 90 km, temperatura reușește să crească la 1200 de grade.
Totuși, dacă vorbim de încălzire maximă (efectul cumulat este important aici, iar presiunea vitezei crește mai repede decât rata de scădere a vitezei), atunci se atinge un maxim de 1656 grade C la o altitudine de 77800 metri (viteza 7582 m). /s, sau M = 26,69), și rămâne până la altitudinea 69400 metri (viteză 6277 m/s, sau M=21,05). După cum puteți vedea, vitezele menționate M=27 sunt destul de realiste, dar zborul constant în acest mod este de neconceput cu tehnologiile moderne. Tot ce auzim astăzi sunt amatori care smulg numerele din context.
Ei bine, în ceea ce privește „cadoul de Anul Nou” - mai întâi întoarce-ți pensia, balabol...
PS: ce sa mai adaug. La mijlocul anilor „zero” a apărut un subiect extrem de interesant și extrem de secret (pentru tovarășii competenți tensionați pot da un link către singura publicație deschisă din revista „Echipamente și tehnologii aviatice” a NPO „Molniya”). - așa-numita „aeronavă transatmosferică”. Pe scurt - STEADY Zbor în atmosferă la viteze de croazieră DEPEȘTE prima viteză de evacuare. Dar aici, aparent, nu este absolut cazul...
PPS: și în sfârșit (ca să fiu precis) - ca definiție pentru „aeronava hipersonică” am folosit definiția termenului „aeronava hipersonică”
Creșterea temperaturilor de funcționare a materialelor de protecție termică