Содержание
NI: Новый гиперзвуковой самолет SR-72 скоро может быть поднят в воздух
Баллистические ракеты — не единственное направление в ОПК, пытающееся использовать технологии гиперзвука. В США уже несколько лет работают над созданием гиперзвукового самолета SR-72. Приверженцы и адепты этого перспективного аппарата утверждают, что «скорость — это новая невидимость». Военный обозреватель «Газеты.Ru» Михаил Ходаренок рассказывает, какое будущее ждет гиперзвуковую авиацию и с какими вызовами сталкиваются ее производители.
Гиперзвуковое оружие, способное осуществлять полет на скоростях в пять раз превышающих скорость звука, сегодня в тренде оборонных промышленных комплексов по всему миру. Китай, Россия и США энергично и относительно открыто реализуют широкий спектр программ гиперзвукового оружия, добавляя масла в огонь растущей гонки вооружений.
Хотя баллистические ракеты большой дальности уже могут развивать гиперзвуковые скорости, они движутся по предсказуемым траекториям и могут быть обнаружены заранее, что дает военным и политическим лидерам время для соответствующей реакции.
Кроме того, все большее количество систем противоракетной обороны может быть, по крайней мере, хотя бы частично отражать удары баллистических ракет, пишет издание The National Interest.
Впрочем, гиперзвуковые ракеты — не единственная сфера, где ОПК ведущих стран пытается применить технологии сверхзвуковых скоростей.
Еще в 2013 году исполнительный директор Lockheed Martin Роберт Вайс вызвал ажиотаж, когда сказал изданию Aviation Week, что его авиакосмическая корпорация активно занимается разработкой гиперзвукового самолета. Вайс тогда заявил, что перспективная машина под названием SR-72 пойдет на замену выведенного из эксплуатации легендарного самолета-шпиона SR-71 Blackbird («Черный дрозд»).
Как пишет The National Interest, ни один пилотируемый самолет, находящийся в то время в эксплуатации, не мог сравниться с боевыми вылетами SR-71 на предельную дальность со скоростью 3М. До недавнего времени, отмечает издание, SR-71 просто превосходили зенитные управляемые ракеты, выпущенные по ним во время фоторазведки над Северной Кореей и Ближним Востоком.
Поскольку боевое применение «Черного дрозда» освещено сравнительно слабо, целесообразно рассказать об этой странице биографии самолета поподробнее.
Боевые стрельбы по SR-71
«Газета.Ru» не располагает данными об обстрелах зенитными ракетными подразделениями самолетов SR-71 в небе Северной Кореи. Что касается боевых действий во Вьетнаме (о них The National Interest почему-то не упоминает), то в тот период самолеты SR-71 вели воздушную разведку территории ДРВ с высот 23–24 тыс. м и действовали только в светлое время суток при ясной и солнечной погоде. При этом скорость их полета над территорией Северного Вьетнама находилась в пределах от 2800 до 3200 км/час (временами до 3700 км/час).
Особенности стрельб зенитных ракетных войск по SR-71 в первую очередь связаны с его большими высотами полета самолета и скоростью.
Высокие тактико-технические и летные характеристики «Черного дрозда» в сочетании с наличием на борту аппаратуры предупреждения об облучении РЛС и пуске ЗУР, а также аппаратуры постановки активных помех обеспечивали эффективное применение машины и малую вероятность ее уничтожения огнем ЗРК, использовавшихся в ту пору во Вьетнаме.
При таких параметрах движения SR-71 для ЗРК СА-75М глубина зоны поражения ограничивалась всего 5-9 км при предельном параметре цели, равном 14-18 км. Необходимая дальность пуска для обеспечения встречи ракеты с самолетом на дальней границе зоны поражения составляла 75-76 км. В этих условиях была возможна стрельба только при отсутствии помех и наведении ЗУР по методу «половинного спрямления» («ПС»).
Для своевременного открытия огня по «Черному дрозду» дальность его обнаружения должна была составлять не менее 100–105 км при подготовке данных с помощью автоматизированного прибора пуска ЗРК СА-75. Фактически средняя дальность обнаружения SR-71 (по опыту работы вьетнамских расчетов) составляла всего 70-75 км.
Это в принципе позволяло производить стрельбу по заранее рассчитанным исходным данным, однако наличие аппаратуры разведки и постановки активных помех давало возможность экипажам «Черных дроздов» своевременно принимать эффективные ответные действия.
Так, через 4–5 с после переключения радиопередатчика команд управления ракетой (РПК) ЗРК СА-75М на антенну на SR-71 включалась аппаратура постановки активных шумовых помех.
При этом зенитные ракетные дивизионы, для которых параметр цели был в пределах до 10 км, отметку от самолета на фоне интенсивных помех не наблюдали и могли в этом случае осуществлять наведение ЗУР только по методу «трех точек» («ТТ»).
Дивизионы, для которых параметр воздушного разведчика составлял 10-15 км, наблюдали SR-71 на фоне помех только с дальности 30-40 км, то есть возможность перехода на метод «половинного спрямления» была у них только перед встречей ракеты с целью. Цель на фоне помех наблюдалась на всем маршруте полета дивизионами, для которых параметр составлял более 38-40 км, то есть существенно больше предельного параметра, допустимого для СА-75М.
В 1968-1969 годов зенитные ракетные войска ПВО ДРВ провели 22 стрельбы по стратегическим самолетам-разведчикам SR-71, израсходовав при этом 29 ЗУР В-750 различных модификаций.
Все стрельбы оказались неудачными.
В период боевых действий на Ближнем Востоке в октябре 1973 года, а также и после их прекращения SR-71 совершили несколько разведывательных рейдов над территорией Египта и Сирии, действуя с континентальной части США.
Полет в район разведки проходил без промежуточных посадок с пятью-шестью дозаправками в воздухе. Общая протяженность маршрута составляла около 23 тыс. км, полетное время — более 10 часов. В воздушном пространстве над разведываемой территорией ОАР, CAP, Иордании и Ливана самолеты SR-71 находились от 35 до 55 минут, высота полета в районе разведки составляла 20-22 тыс. м, скорость — свыше 3000 км/час.
Зенитные ракетные войска Сирии и Египта стрельб по SR-71 не проводили, так как практически не были обеспечены своевременной радиолокационной информацией, необходимой для приведения зрдн в готовность к пускам ЗУР.
В ходе операции «Огонь в прерии» в апреле 1986 году огонь по SR-71 также не открывался. Самолеты беспрепятственно осуществляли воздушную разведку.
Таким образом, в ходе боевых действий ни один из «Черных дроздов» так и не был поражен огнем зенитных ракетных войск.
Возможный облик SR-72
Теперь новейшие ракеты класса «земля-воздух» делают скорость 3М недостаточной для обеспечения выживания боевого самолета, но гиперзвуковой летательный аппарат может снова опередить угрозы, направленные против него, пишет The National Interest.
SR-72, изображенный на рендере компании Lockheed Martin, характеризовался как самолет, способный осуществлять полет со скоростью в шесть раз превышающей скорость звука.
Однако проблема заключалась не столько в создании самолета, который мог бы развивать гиперзвуковые скорости, сколько в обеспечении того, чтобы он также мог взлетать и осуществлять посадку на более низких скоростях. Напомним, что первый пилотируемый гиперзвуковой летательный аппарат Х-15, совершавший суборбитальные космические полеты (достигал высоты 108 км) на скорости 6,7М, поднимался в воздух и запускался с помощью стратегического бомбардировщика B-52.
Исполнительный директор Lockheed Martin Роберт Вайс заявил следующее: «…все, что я могу сказать, так это что технология является зрелой и мы, вместе с DARPA, прилагаем все усилия, чтобы получить эту возможность в руки наших военных как можно скорее. Я не могу обозначить какие-либо сроки или любую другую конкретную информацию о возможностях этого самолета.
Все это очень деликатно. Мы можем признать возможности, которые есть, но любые особенности программы пока не подлежат оглашению».
Сообщается, что Lockheed и фирма Aerojet Rocketdyne совершили прорыв, разработав двигатель с комбинированным циклом, включающий в себя два турбореактивных двигателя для работы на скоростях ниже 3М и гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) для гиперзвуковых крейсерских полетов.
ГПВРД создает тягу за счет всасывания воздуха при движении на сверхзвуковых скоростях. Это означает, что отдельный двигатель должен довести самолет до этих скоростей, прежде чем ГПВРД сможет включиться в работу.
Двигатель с комбинированным циклом делает жизнеспособным решение с двумя двигателями, поскольку турбореактивный двигатель и ГПВРД будут использовать одни и те же воздухозаборники и выпускные сопла.
Роберт Вайс ясно дал понять, что надеется, что Lockheed Martin получит финансирование на строительство однодвигательного пилотируемого испытательного самолета длиной шестьдесят футов (размером с реактивный истребитель), который будет стоить «всего» $1 млрд.
Затем это привело бы к разработке действующего двухмоторного SR-72 высотой более ста футов.
В течение шести лет после выступления Роберта Вайса официальные лица Lockheed Martin продолжали привлекать внимание к якобы секретной программе, даже слишком секретной, чтобы ее можно было разглашать публике, в то же время делая заявления, в которых вроде как подразумевалось, что в компании уже построили испытательный стенд SR-72.
Раскрутка компанией Lockheed Martin гиперзвукового самолета, который, возможно, уже существует (или не существует), явно нацелена на выделение дополнительного финансирования.
Это может быть связано с тем, что корпорация реализует проект с Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), которое фокусируется на инновационной разработке передовых технологий, зачастую намного опережающих реальные возможности промышленности.
Хотя ВВС США заинтересованы в принятии на вооружение гиперзвуковых самолетов в долгосрочной перспективе, пишет The National Interest, они уже знают, чего они хотят в ближайшем будущем — множество стелс-истребителей F-35 (также построенных Lockheed) и готовящиеся к запуску в серийное производство стратегических бомбардировщиков нового поколения B-21 Raider.
Поскольку ВВС США уже не могут сразу закупить все самолеты, которые ей нужны, найти финансирование для реализации очень дорогой авангардной концепции будет весьма непросто.
Гиперзвуковой бомбардировщик
Аббревиатура Blackbird «SR» расшифровывается как «стратегическая разведка», отражая, что его задача заключалась в том, чтобы незамедлительно проникнуть в защищаемое воздушное пространство и сделать снимки того, что происходит внизу, прежде чем кто-либо сможет переместиться или скрыть объекты разведки. Однако название SR-72, возможно, вводит в заблуждение по ряду причин.
Гиперзвуковой SR-72 почти наверняка будет беспилотным летательным аппаратом. Другими словами, БЛА, обычно получающим в США обозначение «Q».
В какой степени SR-72 будет полагаться на систему «человек в контуре» (что может быть подвержено сбоям) или на заранее запрограммированное управление по сравнению с его собственными автономными алгоритмами, остается интересным вопросом, пишет The National Interest.
Более того, хотя SR-72 будет выполнять роль самолета стратегической разведки, он также наверняка будет предназначаться для ударов по объектам противника, причем с очень малым подлетным временем. Другими словами, это будет бомбардировщик.
Осуществляя полет со скоростью около 4000 миль в час, гиперзвуковой бомбардировщик теоретически может вылететь с базы на континентальной части США и поразить цели, перелетев через Тихий или Атлантический океан всего за 90 минут.
В отличие от различных разрабатываемых гиперзвуковых ракет, он мог затем вернуться на аэродром вылета и подготовлен для дальнейших боевых вылетов.
Роберт Вайс заявил, что с самого начала SR-72 предполагалось, что этот самолет будет обладать «ударными способностями». По имеющимся сведениям, проект SR-72 является продолжением гиперзвукового испытательного стенда Falcon HTV-3 с ракетным двигателем, который был связан с американской программой Быстрого глобального удара.
Тем не менее, экономическая эффективность гиперзвукового бомбардировщика/разведывательного самолета является весьма дискуссионной.
Он наверняка не будет обладать необходимыми характеристиками скрытности полета, поскольку тепло, выделяемое при движении на таких высоких скоростях, сделает подобные самолеты хорошо видимыми для средств разведки. Помимо этого, при скорости М – 5-6 сгорят все радиопоглощающие покрытия.
Таким образом, вероятные противники, скорее всего, обнаружат его приближение, даже если у них будет относительно мало времени для соответствующей реакции.
Хотя он может превосходить возможности современных ракет ПВО, существование SR-72, несомненно, будет способствовать дальнейшему развитию управляемых ракет класса «земля-воздух», способных поражать гиперзвуковые цели.
Используемый в качестве бомбардировщика, SR-72 также потребовал бы дорогостоящей разработки авиационных средств поражения, предназначенных для запуска на таких высоких скоростях.
SR-71 Blackbird был списан (последний раз машина поднималась в воздух в 1998 году), и не заменен никаким другим летательным аппаратом.
Воздушная разведка стала не столь востребована из-за улучшения возможностей спутников-шпионов. Кроме того, на оснащение войск поступили БЛА. Хотя их скорость полета не столь велика, степень радиолокационной заметности стала существенно ниже. Кроме того, они на порядки дешевле, а срок их службы намного дольше. К таковым БЛА относится, к примеру, Lockheed Martin RQ-170 Sentinel. Это беспилотный летательный аппарат, созданный с применением технологии стелс по принципу летающее крыло. Буква «R» в названии аппарата означает, что он предназначен для разведки, а «Q» означает «беспилотный аппарат».
Конечно, Blackbird может быстро проникнуть в защищенное воздушное пространство, но дрон-невидимка может делать это медленнее, но устойчиво вращаться вокруг интересующей области, обеспечивая видеопоток в реальном времени в течение нескольких часов.
К слову говоря, Пентагон заключил контракт с корпорацией Northrop Grumman на создание сверхмалых малозаметных БЛА RQ-180 с длительным сроком службы. И это решение может быть воспринято как принятое за счет SR-72.
Напомним, Northrop Grumman RQ-180 — разведывательный БЛА, разработанный компанией в рамках проекта «Joint Unmanned Combat Air Systems» может патрулировать в течение 24 часов на высоте до 18 000 метров.
«RQ-180 представляет собой новое поколение БЛА, предназначенных для действий в условиях противодействия противника, обладающего развитой системой ПВО и ВВС. Главное назначение RQ-180 — осуществление воздушной разведки с применением комплекса современной аппаратуры, включающей в свой состав активные (с АФАР) и пассивные разведывательные системы», — рассказал «Газете.Ru» заместитель директора Центра анализа стратегий и технологий Константин Макиенко.
Промоутеры SR-72 утверждают, что «скорость — это новая невидимость», что отражает растущую веру в то, что улучшенные сетевые датчики в конечном итоге снизят живучесть самолетов-невидимок, сделав скорость снова более важной в качестве средства защиты.
Учитывая растущий интерес Пентагона ко всем видам гиперзвукового оружия, вполне возможно, что кот Шредингера Lockheed в виде гиперзвукового БЛА может привлечь дополнительное финансирование.
Однако это может вступить в противоречие с парадигмой малозаметности, которой в настоящее время придерживаются ВВС США.
«Работы над проектом SR-72 еще очень много. И 2030 год, как дата поступления на оснащение Глобального ударного авиационного командования ВВС США первых самолетов SR-72, выглядит очень оптимистичной», — заключил Константин Макиенко.
Гонка в создании гиперзвуковых самолетов. Кто впереди всех?
- Майкл Демпси
- Би-би-си
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, Reaction
Подпись к фото,
В военной авиации в последние годы отмечается бурный интерес к гиперзвуковым технологиям
«Я всю свою жизнь занимаюсь тем, что быстро летает», — говорит Адам Диссель, возглавляющий американский отдел британской компании Reaction Engines («Реактивные двигатели»).
Эта компания создает авиационные двигатели, способные развивать головокружительные скорости и работать в таких условиях, когда существующие модели просто расплавились бы.
Задача — достичь гиперзвуковой скорости в 6400 км/ч, или примерно пять Махов [Число Маха — меняющаяся единица, показывающая скорость звука в зависимости от плотности воздуха, в которой находится летящее тело].
Компания планирует построить высокоскоростной пассажирский самолет к 2030 году. «Это необязательно должно быть 5 Махов. Может быть 4,5 Маха, что более достижимо с точки зрения физики», — говорит Диссель.
На таких скоростях можно за четыре часа долететь из Лондона в Сидней и всего за два — из Лос-Анджелеса в Токио.
Однако большая часть подобных разработок делается не для гражданской авиации, а для военной, где в последние годы отмечается бурный интерес к этим технологиям.
«Зоопарк гиперзвуковых систем»
Джеймс Эктон — британский физик, работающий в Фонде Карнеги в Вашингтоне.
Изучив, что предпринимают США, Китай и Россия в области гиперзвукового оружия, он пришел к выводу, что там сейчас проектируется целый «зоопарк гиперзвуковых систем».
Созданы специальные материалы, могущие выдержать высочайшие температуры, возникающие при скорости в 5 Махов, и целый ряд других технологий, делающих возможными гиперзвуковые полеты в земной атмосфере.
- Как построить гиперзвуковой авиалайнер
Эксперименты в области пилотируемых гиперзвуковых полетов начались в Америке еще в 1960-х годах, когда был создан самолет-ракетоплан X-15. Межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) также входят в атмосферу на очень высоких гиперзвуковых скоростях.
Теперь конкурирующие державы стремятся создать оружие, которое может на протяжении всего полета оставаться в атмосфере без выхода для охлаждения в открытый космос, и маневрировать, чтобы поражать движущиеся объекты, а не только стационарные, как МБР, нацеленные на города.
«Убийцы авианосцев»
В военных бюджетах трех держав увеличиваются траты на гиперзвуковые технологии.
На пресс-брифинге в Пентагоне 2 марта помощник директора управления минобороны США по научным разработкам Майк Уайт, отвечающий за гиперзвуковые технологии, заявил, что «конкуренты пытаются бросить вызов нашему доминированию в данной сфере».
Главная проблема гиперзвукового оружия — точность.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
КНР показал свое гиперзвуковое оружие на параде 2019 года
Сам факт обладания гиперзвуковыми ракетами, заранее прозванными «убийцами авианосцев», способен заставить американские авианосцы держаться в отдалении от побережья Китая.
Однако, чтобы попасть в атомный авианосец, идущий со скоростью 30 узлов (56 км/ч) и выше, требуются очень точные коррекции курса ракеты, чего сложно достичь на скорости в 5 Махов.
Тепло, возникающее на обшивке ракеты из-за трения о воздух, создает вокруг нее как бы футляр из плазмы.
Он может блокировать сигналы от внешних источников, например, спутников связи, и дезориентировать встроенную систему наведения, которая должна обнаружить движущуюся цель.
Автор фото, USAF
Подпись к фото,
Нос гиперзвукового самолета должен выносить экстремально высокие температуры
Плазма образуется там, где возникает самая высокая температура.
Конусообразная ракета окуталась бы слоем плазмы по всей своей поверхности, но ракета, имеющая форму дротика с небольшими крылышками, может сместить его подальше от частей, где расположены наиболее чувствительные антенны.
Акулья пасть
Гиперзвуковой полет и без того непрост, но проблему усугубляет химический распад. На крайне высоких скоростях и при огромных температурах молекулы кислорода начинают разлагаться на атомы, и это осложняет химические процессы, на которых основана работа любого потребляющего воздух двигателя.
Тем не менее, прогресс в гонке гиперзвуковых вооружений впечатляет.
Автор фото, USAF
Подпись к фото,
Гиперзвуковой X-51A развил скорость в 4,5 Маха
В 2010 году США запустили напоминающий формой акулью пасть беспилотный летательный аппарат, который продержался на гиперзвуковой скорости над Тихим океаном пять минут.
Целью была не столько скорость, сколько время.
Пять минут, возможно, не покажутся чем-то особенным, но в смысле преодоления преград на пути к гиперзвуковым полетам это был триумф.
Аппарат под названием X-51A был сброшен с летевшего на большой высоте бомбардировщика B-52 и с помощью ракетного ускорителя достиг скорости в 4,5 Маха до того, как включился его основной двигатель.
Автор фото, Dean Conger/Corbis/Getty
Подпись к фото,
Самолет-ракетоплан X-15, который США разрабатывали в 1960-е
Известный как прямоточный реактивный двигатель, он достигает гиперзвуковых скоростей за счет забора воздуха в топливную форсунку, выглядящую как акулья пасть, где он смешивается с топливом.
Чтобы поток всасываемого воздуха оказался достаточным, предварительная скорость должна быть высока. Температура воздуха, поступающего в форсунку, через несколько минут достигает тысячи градусов.
В 2010-13 годах четыре X-51A перелетели таким образом Тихий океан в одну сторону.
Ударная волна
Над созданием X-51A работала калифорнийская фирма Aerojet Rocketdyne, специализирующаяся на двигателях для космических кораблей. Степень секретности была такова, что даже спустя семь лет после завершения программы сотрудники компании соглашаются говорить с прессой исключительно на условиях анонимности.
«Главная фишка этой машины находилась в ее носовой части, где формируется ударная волна. Главные инвестиции пошли на разработку материалов», — рассказал один из создателей гиперзвукового аппарата.
По его словам, конструкторы многому научились на опыте ракетоплана X-15 1960-х годов и космических «шаттлов».
Автор фото, Reaction
Подпись к фото,
Reaction Engines создал двигатель, способный поглощать в полете раскаленный воздух
Reaction Engines недавно продемонстрировала гиперзвуковой прямоточный двигатель Sabre («Сабля»). Он способен поглощать в полете раскаленный воздух без перебоев, которые специалисты называют «икотой».
Новый двигатель включает в себя некое устройство для предварительного охлаждения, куда первым делом попадает раскаленный наружный воздух.
Дальнейшая задача заключается в том, чтобы смешать его с топливом для создания тяги.
Горячий, как лава
В октябре 2019 года компания Reaction Engines провела интенсивные стеновые испытания двигателя Sabre на полигоне в штате Колорадо. Имитировались условия гиперзвукового полета.
Поток раскаленного воздуха и сопла обычного сверхзвукового реактивного двигателя, закрепленного на стенде, направлялся в форсунку Sabre.
Устройство для охлаждения справилось с задачей, впрыскивая в систему под большим давлением охлаждающий агент, снижая температуру воздуха и позволяя смешивать его с топливом.
Нужные для этого двигателя материалы необычны.
Автор фото, Hermeus
Подпись к фото,
Будет ли американский президент летать с гиперзвуковой скоростью?
«Шаттлы» защищала от разогрева при вхождении в атмосферу оболочка из композитных плиток. Но после каждого полета они осыпались, что требовало интенсивного и дорогостоящего техобслуживания перед следующим полетом. Для коммерческих летательных аппаратов это не годится.
В качестве альтернативы в двигателе Sabre использован никелевый сплав под названием «инконел», выдерживающий температуру вулканической лавы.
«Это наше решение на данный момент. Мы также работаем над усовершенствованием отводных каналов, поглощающих тепло», — говорит Адам Диссель.
Таким образом, речь идет о сочетании сверхжаростойкого сплава со сложной системой регулировки температуры.
Гиперзвуковой борт № 1
Если это сработает, пассажирские полеты с гиперзвуковой скоростью могут стать реальностью лет через пятнадцать.
Начнется, вероятно, с небольших бизнес-джетов для VIP-персон.
Их потенциал уже оценило подразделение ВВС США, обслуживающее Белый дом. Оно заказало находящемуся в Атланте стартапу Hermeus предварительную оценку возможности создания и основных параметров самолета с вместимостью 20 пассажиров и скоростью 5 Махов.
Возможно, однажды и президент США присоединится к очень привилегированному клубу людей, путешествующих с гиперзвуковой скоростью.
Гиперзвук для пассажира — От первого лица — Пресс-центр
Версия для печати
Век высоких скоростей — так часто называют время, в которое мы живем. Современный ритм ставит перед нами новые все более сложные задачи. Это касается и специалистов авиационного сообщества. В наши дни, когда мы говорим о пассажирской авиации, трудно представить себе самолет, способный летать со скоростью порядка .
.. 7 000 — 8 000 км/ч! Тем не менее в настоящее время ученые Европейского Союза, России и Австралии работают над этой задачей.
- Ожидается, что лайнер сможет долететь из Брюсселя в Сидней за 2 часа 47 минут (слева), а из Брюсселя в Токио – за 2 часа 13 минут (справа). Иллюстрация с сайта www.esa.int
- MодельHEXAFLY-INT.Иллюстрация с сайта www.esa.int
- Расчетные исследования модели HEXAFLY-INT, выполненные в ЦАГИ
- Модель высокоскоростного гражданского самолета в экспозиции ЦАГИ на МАКС-2017
«Возможность быстрого перемещения на дальние расстояния — естественная потребность человека XXI века. Например, перемещение из Москвы в Сидней сегодня занимает больше суток суммарного „чистого времени“ полета. И, поверьте, это очень тяжело — я несколько раз летала в Австралию. Непростое испытание для организма. Поэтому идея создания летательного аппарата, который преодолеет такое расстояние, скажем, за три часа, очень заманчива», — считает Нина Воеводенко, начальник сектора отделения летательных аппаратов ФГУП «ЦАГИ».
Нина Владимировна — руководитель рабочего пакета расчетных исследований и численного моделирования международного проекта HEXAFLY-INT с российской стороны. (Название проекта является аббревиатурой полнго наименования High-SpeedEXperimental FLY Vehicles — INTernational (Высокоскоростной экспериментальный летательный аппарат)). Координатором проекта HEXAFLY-INT выступает ESA — ESTEC (Нидерланды). Помимо ЦАГИ, нашу страну в этой работе представляют ЦИАМ им. П.И. Баранова, ЛИИ им. М.М. Громова и ФАЛТ МФТИ.
Целью проекта, стартовавшего в 2014 году, является исследование концепции высокоскоростного гражданского самолета. Предполагается, что перспективное воздушное судно будет летать на крейсерском режиме при числах Маха 7–8. «Сейчас подобных аппаратов в принципе нет. Я не имею в виду ракеты. Крейсерских пассажирских самолетов, способных летать со скоростью, соответствующей числу Маха 5 и даже 3, — не существует», — подчеркивает Нина Воеводенко. Поэтому задача, стоящая перед участниками проекта, кажется, звучит поистине фантастично.
Тем не менее за аббревиатурой HEXAFLY-INT стоит работа целого ряда специалистов из Нидерландов, Германии, Франции, Италии, Бельгии, Великобритании, России и Австралии. Вместе они стремятся создать летательный аппарат, обладающий высоким для таких скоростей аэродинамическим качеством (порядка 6,5). Но важно понимать, что понятие «высокое аэродинамическое качество» для гиперзвукового самолета существенно отличается от этого же параметра в применении к дозвуковым пассажирским лайнерам, которые эксплуатируются сегодня (для таких судов этот показатель составляет около 18).
Интересно, как будет выглядеть футуристический летательный аппарат? Нижняя поверхность летательного аппарата имеет волнолетную конфигурацию. Такая компоновка имеет треугольное крыло с передней кромкой малого затупления и отрицательной поперечной V-образностью, что позволяет уменьшить сопротивление воздуха. Отличительной особенностью является и то, что воздухозаборник интегрирован в общую внешнюю форму. Эти характеристики в совокупности дают увеличение подъемной силы и аэродинамического качества на гиперзвуковых режимах.
Для управления летательным аппаратом используются элевоны, расположенные в конце крыла. В качестве топлива предполагается использовать водород. Закономерный вопрос — каковы ожидаемые габариты? Нина Владимировна конкретизирует: «Если речь идет о версии на 300 пассажиров — длина около 90 метров, общий вес около 400 тонн».
Есть ряд принципиальных вопросов, остающихся открытыми для участников HEXAFLY-INT. Прежде всего — создание двигателя, соответствующего характеристикам самолета и режимам его полета. Пожалуй, наряду с проблемой теплозащиты, это главная «ахиллесова пята». На таких скоростях полета отдельные части летательного аппарата могут «разогреться» до 2000 градусов. Таким образом, необходимо разработать специальные, термоустойчивые материалы для обшивки гиперзвукового лайнера, что послужит стимулом к приобретению новых знаний и технологий.
ЦАГИ в проекте выполняет значительный объем работ в направлении аэродинамики: производство моделей для эксперимента, трубные испытания, расчетные исследования.
«HEXAFLY-INT в очередной раз доказал уникальность нашей экспериментальной базы. В частности, аэродинамическая труба Т-116, обеспечивающая реальные условия эксперимента на гиперзвуковых режимах, позволила выявить проблемные места исследуемой компоновки. В установках других центров, участвующих в проекте, подобных результатов достичь было бы попросту невозможно. Зарубежные партнеры чрезвычайно высоко оценили качество эксперимента в нашей трубе», — рассказывает Нина Владимировна. И тут же подчеркивает, что и для ЦАГИ работа в этой кооперации является источником пополнения задела на будущее. «Мы занимаемся исследованиями в чрезвычайно важном и интересном для нас поле. Это возможность изучения ламинарно-турбулентного перехода, верификации наших методов, сравнения с данными коллег, результатами эксперимента… Это огромный пласт материала, ценность которого для продвижения науки трудно переоценить». Кстати, модель высокоскоростного самолета, созданная институтом для трубных экспериментов, вошла в экспозицию ЦАГИ на Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2017 и вызвала заметный интерес посетителей.
В 2019 году участники HEXAFLY-INT собираются провести летный эксперимент на полигоне в Бразилии. На ЦАГИ возложена задача изготовления модели для этого полета. В ходе эксперимента будет исследоваться бездвигательный вариант компоновки — так называемый «глайдер», вес которого — 400 килограммов, а размер — порядка 3 метров. Для создания летной модели потребуется … 10 тонн титана! «Это ответственная часть работы. Полет планируется проводить по сложной траектории с использованием твердотопливной ракеты, которая поднимет модель на суборбитальную траекторию (максимальная высота около 90 километров). Далее (после отделения от носителя) модель будет разгоняться за счет приобретенной потенциальной энергии и достигнет интересующего нас диапазона скоростей, соответствующих числам Маха 7–8, на высоте около 30 километров», — рассказывает Нина Воеводенко.
Сегодня гиперзвуковая пассажирская авиация — одно из актуальных направлений научной и инженерной мысли. Над концепциями суперскоростных самолетов, способных перенести пассажиров на дальние расстояния за короткое время, трудятся многие ученые разных стран мира.
Но проект HEXAFLY-INT уникален тем, что в нем объединили усилия специалисты разных стран. Аналогичной исследовательской кооперации по данной тематике не существует. Постоянный обмен опытом и наработками очень важен для создания этого, без преувеличения, фантастического летательного аппарата.
Каково быть пассажиром гиперзвукового самолета, пока представить трудно. «Этот проект — на далекое будущее», — размышляет Нина Воеводенко. «От первых самолетов, которые были созданы человеком, до нынешних лайнеров пройден огромный путь. Путь проб, ошибок, поисков. И летательные аппараты начала XX века казались не менее фантастическими и невообразимыми, чем создаваемый в проекте HEXAFLY-INT. Думаю, что гиперзвуковой самолет пройдет свой путь и в итоге займет достойное место в сегменте пассажирской авиации. И, что особенно важно, в ходе этой работы будут созданы соответствующие перспективные материалы, двигатели, а это даст импульс развитию всевозможных технологий и воздушного транспорта в целом».
Вернуться к списку
Взлет разрешен: эра гиперзвуковых полетов
Способность быстро путешествовать является отличительной чертой научно-фантастических фильмов. Звездный корабль «Энтерпрайз», шаттл «Шайенн» и «Тысячелетний сокол» — все они берут свое начало в самолетах или космических самолетах, которые могут путешествовать со скоростью более 5 Маха. реальность.
Инженеры Lockheed Martin извлекают уроки из первых гиперзвуковых полетов в сочетании с последними достижениями в области авиационных технологий, чтобы спроектировать и разработать следующую волну гиперзвуковых транспортных средств для критически важных операций.
Инновации прошлого, применение в будущем
Более 50 лет назад с базы ВВС Эдвардс в жаркой сухой пустыне Калифорнии взлетел самолет B-52, неся под крылом экспериментальный самолет с ракетным двигателем— Североамериканский Х-15. На высоте 45 000 футов Х-15 был запущен в полет, достигнув скорости 522 мили в час и приземлившись на сухом озере Роджерс всего в нескольких милях от него.
В то время как у пилота было только пять минут реального времени полета, монументальный первый полет X-15 подготовил почву для последующих испытаний крылатого самолета, который первым достигнет скорости 4, 5 и 6 Маха.
Наступила эра гиперзвуковых полетов.
Насколько быстр гиперзвуковой?
Дозвуковой = <610 миль в час | Околозвуковой = 610-915 миль в час | Сверхзвуковой = 915-3840 миль в час | Hypersonic = 3840+ миль в час
Наши инженеры используют результаты нескольких десятилетий работы, в том числе Hypersonic Technology Vehicle-2 (HTV-2), которая летала в 2010 и 2011 годах, для разработки гиперзвуковых транспортных средств, которые будут опережать наступающую угрозу .
Современные пассажирские самолеты летают со скоростью 550 миль в час или около 8 миль в минуту. Реактивный истребитель со скоростью 2 Маха летит со скоростью около 1400 миль в час или около 20 миль в минуту. На скоростях 5 Маха и выше трение может нагреть внешнюю часть самолета настолько, что расплавит обычный металлический самолет, что создает ряд сложных инженерных и физических проблем.
Обладая обширным опытом проектирования самолетов и ракет, Lockheed Martin использует опыт всей корпорации для решения этих задач с изобретательностью и скоростью — да, даже с большей скоростью.
Высота: Как высоко?
747 Авиалайнер = 30 000–40 000 футов | Разведывательный самолет U-2 = 70 000 футов | HTV-2 Hypersonic Tech Vehicle = <180 000 футов
Гиперзвуковые транспортные средства должны быть рассчитаны на экстремальные температуры на высоте значительно выше 50 000 футов. Гиперзвуковой аппарат на уровне земли будет испытывать давление, превышающее 700 фунтов на квадратный дюйм, что можно сравнить со слоном, стоящим на вашей ноге. Проще говоря, большие высоты снижают силы давления на гиперзвуковой аппарат до уровней, которые позволяют ему оставаться вместе.
Райан демонстрирует напечатанную на 3D-принтере гиперзвуковую модель, созданную в Инновационном гараже Хантсвилля — физическом пространстве, открытом для всех сотрудников Lockheed Martin, оснащенном оборудованием для экспериментов, проверки идей, создания прототипов и изучения новых технологий.
Инженеры Lockheed Martin уже сегодня создают эти технологии. В рамках нашего бизнеса команды проектируют, разрабатывают и строят гиперзвуковые транспортные средства для демонстрации летных испытаний. Одним из таких инженеров является Райан, который работает над гиперзвуковыми программами в компании Lockheed Martin в Хантсвилле, штат Алабама. Прочтите его историю:
Когда вы росли, кем вы хотели стать?
По правде говоря, следуя по стопам отца, я хотел стать инженером в Lockheed Martin. Живя в Хантсвилле, Ракетном городе, я всегда рос рядом с вершинами инженерных достижений как частью пейзажа, в частности, с вертикальным Сатурном V в Ракетно-космическом центре. Постоянное напоминание о невероятных достижениях космических программ вдохновило меня на желание раздвинуть границы техники и технологий.
Кроме очень, очень быстрой – как выглядит работа с гиперзвуковой технологией?
Высокая наглядность и важность этих возможностей для нашей национальной обороны создает сложную и привлекательную рабочую среду.
Критичность возможностей гиперзвуковых транспортных средств позволила добиться значительного перекрестного сотрудничества между ведущими экспертами из разных отраслей. Энергия национальной поддержки значительно ускорила разработку этих автомобилей. Так что, поверьте тому, кто находится на передовой, развитие гиперзвуковых технологий идет быстро… очень быстро.
Что бы вы хотели, чтобы сегодняшние студенты-инженеры знали, чего вы не знали в школе?
Чтобы превзойти свои ожидания как студента STEM, мой совет начинается с адаптации к любой ситуации. Начните с постановки долгосрочных и краткосрочных целей, которые бросят вам вызов, и в то же время будут расти ваши увлечения.
Любимый самолет Lockheed Martin?
Определенно жеребьевка между F-35 и AC-130.
Гиперзвуковой полет | Национальный музей авиации и космонавтики
Сегодня четверг, 24 февраля 1949 года; ручки на автоматических планшетах на Южной станции заняты отслеживанием высоты и курса ракеты, которая всего несколько мгновений назад была запущена с площадки в трех милях от испытательного полигона полигона Уайт-Сэндс.
Это ракета Фау-2, одна из многих, доставленных в США из Германии после Второй мировой войны. К этому времени запуск Фау-2 стал почти рутиной для экипажей в Уайт-Сэндс, но в этот день ни запуск, ни ракета не являются «рутинными». На вершине этого Фау-2 установлена тонкая игольчатая ракета под названием Капрал ВАК, которая служит второй ступенью Фау-2. Эти испытательные стрельбы комбинацией V-2/WAC Capral являются первой серьезной попыткой продемонстрировать использование 9 калибров.0079 многоступенчатая ракета для достижения больших скоростей и больших высот и является частью более крупной программы армии США под названием «Бампер». Во всех предыдущих запусках ракет любого значения, как в Соединенных Штатах, так и в Европе, использовалась только одноступенчатая Фау-2. В этот ясный февральский день плоттеры отслеживают V-2 на высоте 100 миль со скоростью 3500 миль в час, после чего капрал WAC зажигается. Стройная верхняя ступень разгоняется до максимальной скорости 5150 миль в час и достигает высоты 244 мили, превышая на здоровые 130 миль предыдущий рекорд, установленный одним только Фау-2.
Достигнув этой вершины, капрал WAC переворачивается и устремляется обратно в атмосферу со скоростью более 5000 миль в час.0079 . Таким образом, он становится первым объектом человеческого происхождения, достигшим гиперзвукового полета — впервые любое транспортное средство летело со скоростью, в пять раз превышающей скорость звука.* С тех пор на гиперзвуковой скорости летало множество транспортных средств — нос конусы межконтинентальных баллистических ракет, а также с людьми на борту космических капсул «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон», космического корабля «Шаттл» и гиперзвукового исследовательского корабля Х-15. Все эти транспортные средства имеют одну и ту же особенность — после первоначального набора высоты они, по сути, скользят обратно через атмосферу, используя только силу тяжести в качестве движущей силы (они падают обратно на поверхность земли). Число Маха колеблется от 7 Маха для X-15 до 36 Маха для капсулы Apollo. Действительно, гиперзвуковой режим полета определяется как полет на скорости 5 Маха и выше.
Однако это всего лишь эмпирическое правило. Как автомобиль разгоняется с 4,9 Маха9 до 5,01 поток не меняется с зеленого на красный, и не раздается раскат грома, в отличие от того, что происходит при разгоне аппарата с 0,99 до 1,01 Маха при выходе на сверхзвуковой режим полета. Здесь физика течения резко меняется при переходе от дозвукового к сверхзвуковому полету, и раздается удар грома (звуковой удар). Скорее, лучшим определением гиперзвукового полета является та высокоскоростная часть спектра полета, где определенные физические явления становятся более важными, которые не так важны на более низких скоростях. Одним из таких физических явлений является интенсивный аэродинамический нагрев поверхности за счет поверхностного трения и ударно-волнового нагрева. Защита от аэродинамического нагрева является доминирующей особенностью конструкции гиперзвуковых аппаратов.
Автомобиль Falcon Hypersonic Technology Vehicle 2 (HTV-2)
Недавним примером воздействия аэродинамического нагрева на гиперзвуковой аппарат являются испытания гиперзвукового транспортного средства 2 (HTV-2), совсем недавно объявленные Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA).
В августе 2011 года этот беспилотный аппарат был запущен ракетами до скорости 20 Маха, после чего он провел около 200 секунд в полете в атмосфере, прежде чем интенсивный аэродинамический нагрев привел к тому, что обшивка отслоилась от внутренней конструкции. В конце концов полет был прерван и отправлен в Тихий океан.
Х-43
Х-51
Сегодня большой интерес вызывает устойчивый полет в атмосфере на гиперзвуковых скоростях. Единственная двигательная установка, которая была бы практичной для этого применения, — это специализированный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, который будет иметь сверхзвуковой поток по всему двигателю — сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель внутреннего сгорания (ГПВРД). Это, однако, является серьезной технической проблемой, и после многих лет исследований и технических разработок две испытательные машины недавно поднялись в воздух с работающими ГПВРД, X-43, который достиг около 10 секунд устойчивой тяги в полете на скорости 9 Маха.
.6 и X-51, который проработал около 200 секунд на скорости 5 Маха. Это всего лишь детские шаги в направлении того, что может стать первыми миссиями такого гиперзвукового транспортного средства с воздушным дыханием для военных. Более того, была давняя мечта о гиперзвуковом транспорте — мечта о полете из Лондона в Токио за 90 минут. Недавняя статья в журнале Aerospace America , опубликованная Американским институтом аэронавтики и астронавтики**, еще раз рассмотрела статус этой мечты и закончилась следующим: что детская мечта о гиперзвуковом пассажирском самолете, или до него еще 30 лет?» Никто не знает ответа на этот вопрос, но в исторической перспективе развитие самолетов со времен братьев Райт было обусловлено желанием летать быстрее и выше. Хотя сегодня есть много других соображений, которые определяют технологию самолета, всегда будет предельная мечта о скорости и высоте, а это означает гиперзвуковой полет. Ссылки *Андерсон, Джон Д. мл., Гиперзвуковая и высокотемпературная газовая динамика , 2 -е издание , Американский институт аэронавтики и астронавтики, Рестон, Вирджиния, 2006.
**Уильямсон, Марк, «Гиперзвуковой транспорт … 30 Годы и холдинг?», Aerospace America , Vol. 50, № 5, май 2012 г., стр. 40-45.
| |||||||||||||||
