Americké vojenské letectvo testovalo X-51A Waverider, ktorý dokázal dosiahnuť rýchlosť 5-násobku rýchlosti zvuku a dokázal lietať viac ako 3 minúty, čím dosiahol svetový rekord, ktorý predtým držali ruskí vývojári. Test celkovo prebehol dobre, hypersonické zbrane sú pripravené na preteky.
27. mája 2010 bolo lietadlo X-51A Waverider (voľne preložené ako vlnový let a „nedobrovoľne“ako surfer) zhodené z bombardéra B-52 nad Tichým oceánom. Posilňovací stupeň X-51A, zapožičaný od známej rakety ATCAMS, priviedol Waverider do výšky 19,8 tisíc metrov, kde bol zapnutý hypersonický ramjet motor (GPRVD alebo scrumjet). Potom raketa vystúpila do výšky 21,3 tisíc metrov a nabrala rýchlosť Mach 5 (5 M - päť rýchlostí zvuku). Celkovo raketový motor pracoval asi 200 sekúnd, potom X-51A vyslal signál na sebazničenie v súvislosti s vypuknutím prerušenia telemetrie. Podľa plánu mala raketa vyvinúť rýchlosť 6 M (podľa projektu bola rýchlosť X-51 7 M, to znamená viac ako 8 000 km / h) a motor musel pracovať 300 sekúnd.
Testy neboli dokonalé, ale to im nebránilo v tom, aby sa stali vynikajúcim úspechom. Čas prevádzky motora trikrát prekonal predchádzajúci rekord (77 s), ktorý držalo sovietske (neskôr ruské) lietajúce laboratórium „Kholod“. Rýchlosť 5 M bola najskôr dosiahnutá s konvenčným uhľovodíkovým palivom, a nie s niektorými „exkluzívnymi“vodíkmi. Waverider použil JP-7, petrolej s nízkymi parami, ktorý sa používa na slávnom ultra-vysokorýchlostnom prieskumnom lietadle SR-71.
Čo je to Scrumjet a aká je podstata súčasných úspechov? Ramjetové motory (rázové motory) sú v zásade oveľa jednoduchšie ako prúdové motory (prúdové motory), ktoré sú všetkým známe. Ramjetový motor je jednoducho prívod vzduchu (jediná pohyblivá časť), spaľovacia komora a tryska. V tomto sa priaznivo porovnáva s prúdovými turbínami, kde sú k tejto elementárnej schéme, vynájdenej v roku 1913, pridané kombinované úsilie o pohon vzduchu do spaľovacej komory, ventilátor, kompresor a samotná turbína. V ramjetových motoroch túto funkciu vykonáva samotný protiľahlý prúd vzduchu, čo okamžite eliminuje potrebu sofistikovaných konštrukcií pracujúcich v prúde horúcich plynov a iných drahých radovánkach zo života prúdových motorov. Výsledkom je, že ramjet motory sú ľahšie, lacnejšie a menej citlivé na vysoké teploty.
Jednoduchosť však má svoju cenu. Motory s priamym tokom sú pri podzvukových rýchlostiach neúčinné (až 500-600 km / h vôbec nefungujú)-jednoducho nemajú dostatok kyslíka, a preto potrebujú ďalšie motory, ktoré zrýchlia zariadenie na efektívne rýchlosti. Vzhľadom na to, že objem a tlak vzduchu vstupujúceho do motora je obmedzený iba priemerom prívodu vzduchu, je mimoriadne ťažké efektívne ovládať ťah motora. Ramjetové motory sú zvyčajne „nabrúsené“na úzky rozsah prevádzkových otáčok a mimo neho sa začnú správať neadekvátne. Vzhľadom na tieto inherentné nedostatky pri podzvukových rýchlostiach a stredne nadzvukových prúdových motoroch radikálne prevyšujú svojich konkurentov s priamym tokom.
Situácia sa zmení, keď sa pohyblivosť lietadla zmení na 3 švihy z rozsahu. Pri vysokých letových rýchlostiach je vzduch vo vstupe motora stlačený natoľko, že potreba kompresora a ďalšieho vybavenia zmizne - presnejšie, stanú sa prekážkou. Ale pri týchto rýchlostiach sa nadzvukové ramjet motory SPRVD („ramjet“) cítia skvele. Ako sa však otáčky zvyšujú, výhody voľného „kompresora“(nadzvukové prúdenie vzduchu) sa pre konštruktérov motorov stávajú nočnou morou.
V prúdovom a SPVRD spaľuje petrolej relatívne nízky prietok - 0,2 M. To vám umožní dosiahnuť dobré premiešanie vzduchu a vstrekovaného petroleja, a teda aj vysokú účinnosť. Ale čím vyššia je rýchlosť prichádzajúceho prúdu, tým je ťažšie ho zabrzdiť a tým vyššie sú straty spojené s týmto cvičením. Od 6 M sa prietok musí spomaliť 25-30 krát. Zostáva iba spaľovať palivo nadzvukovým prúdom. Tu začínajú skutočné ťažkosti. Keď vzduch vstupuje do spaľovacej komory rýchlosťou 2,5-3 000 km / h, proces udržiavania spaľovania sa stáva podobným, podľa slov jedného z vývojárov, „snahe udržať zápalku zapálenú uprostred tajfúnu. Nie je to tak dávno, čo sa verilo, že v prípade petroleja to nie je možné.
Problémy vývojárov hypersonických vozidiel nie sú v žiadnom prípade obmedzené na vytvorenie funkčného SCRVD. Potrebujú tiež prekonať takzvanú tepelnú bariéru. Lietadlo sa zahrieva trením o vzduch a intenzita zahrievania je priamo úmerná štvorcu rýchlosti prúdenia: ak sa rýchlosť zdvojnásobí, zahrievanie sa zvýši štvornásobne. Zahrievanie lietadla za letu nadzvukovými rýchlosťami (najmä v malých výškach) je niekedy také veľké, že vedie k zničeniu konštrukcie a vybavenia.
Pri lietaní rýchlosťou 3 M, dokonca aj v stratosfére, je teplota vstupných okrajov prívodu vzduchu a predných hrán krídla viac ako 300 stupňov a zvyšku pokožky - viac ako 200. Zariadenie s rýchlosť 2-2,5 krát viac sa zahreje 4-6 krát viac. Súčasne, dokonca aj pri teplotách asi 100 stupňov, organické sklo zmäkčuje, pri 150 - pevnosť duralu sa výrazne znižuje, pri 550 - zliatiny titánu strácajú potrebné mechanické vlastnosti a pri teplotách nad 650 stupňov sa tavenina hliníka a horčíka, oceľ zmäkne.
Vysokú úroveň vykurovania je možné vyriešiť buď pasívnou tepelnou ochranou, alebo aktívnym odvodom tepla použitím zásob paliva na palube ako chladiča. Problém je v tom, že pri veľmi slušnej „chladiacej“schopnosti petroleja - tepelná kapacita tohto paliva je len polovičná ako voda - zle znáša vysoké teploty a objemy tepla, ktoré je potrebné „stráviť“, sú jednoducho obludný.
Najjednoduchším spôsobom, ako vyriešiť oba problémy (nadzvukové spaľovanie a chladenie), je opustiť petrolej v prospech vodíka. Ten relatívne pohotovo - v porovnaní s petrolejom, samozrejme - horí aj v nadzvukovom prúde. Tekutý vodík je zároveň zo zrejmých dôvodov aj vynikajúcim chladičom, ktorý umožňuje nepoužívať masívnu tepelnú ochranu a súčasne zaistiť prijateľnú teplotu na palube. Vodík má navyše trojnásobok výhrevnosti petroleja. To umožňuje zvýšiť hranicu dosiahnuteľných otáčok až na 17 M (maximum na uhľovodíkové palivo - 8 M) a súčasne urobiť motor kompaktnejším.
Nie je prekvapujúce, že väčšina predošlých rekordných hypersonických lietadiel lietala presne na vodík. Vodíkové palivo použilo naše lietajúce laboratórium „Kholod“, ktoré zatiaľ z hľadiska doby trvania scramjetového motora (77 s) zaujíma druhé miesto. Jemu NASA vďačí za rekordnú rýchlosť pre prúdové vozidlá: v roku 2004 dosiahlo bezpilotné lietadlo NASA X-43A bezpilotné lietadlo pri letovej výške 33,5 km rýchlosť 11 265 km / h (alebo 9,8 M).
Použitie vodíka však spôsobuje ďalšie problémy. Jeden liter tekutého vodíka váži iba 0,07 kg. Aj keď vezmeme do úvahy trikrát väčšiu „energetickú kapacitu“vodíka, znamená to štvornásobné zvýšenie objemu palivových nádrží s konštantným množstvom uloženej energie. Výsledkom je nafúknutie veľkosti a hmotnosti zariadenia ako celku. Tekutý vodík navyše vyžaduje veľmi špecifické prevádzkové podmienky - „všetky hrôzy kryogénnych technológií“plus špecifickosť samotného vodíka - je mimoriadne výbušný. Inými slovami, vodík je vynikajúcim palivom pre experimentálne vozidlá a kusové stroje, ako sú strategické bombardéry a prieskumné lietadlá. Ale ako palivo pre hromadné zbrane, ktoré môžu vychádzať z bežných platforiem ako normálny bombardér alebo torpédoborec, je nevhodné.
O to významnejší je úspech tvorcov X-51, ktorí sa dokázali zaobísť bez vodíka a zároveň dosahovať pôsobivé rýchlosti a rekordné ukazovatele na dobu letu s ramjet motorom. Časť rekordu je daná inovatívnym aerodynamickým dizajnom - práve tým vlnovým letom. Zvláštny uhlový vzhľad zariadenia, jeho divoko vyzerajúci dizajn vytvára systém šokových vĺn, práve oni, a nie telo zariadenia, sa stávajú aerodynamickým povrchom. Výsledkom je, že zdvíhacia sila vzniká s minimálnou interakciou dopadajúceho toku so samotným telom a v dôsledku toho intenzita jeho zahrievania prudko klesá.
X-51 má čierny vysokoteplotný tepelný štít typu uhlík-uhlík, ktorý sa nachádza iba na úplnom konci nosa a na spodnej strane. Hlavná časť tela je pokrytá bielym nízkoteplotným tepelným štítom, ktorý naznačuje relatívne jemný režim zahrievania: a to pri 6 až 7 metroch v pomerne hustých vrstvách atmosféry a nevyhnutných ponoroch do troposféry k cieľu.
Americká armáda namiesto vodíkového „monštra“získala zariadenie poháňané praktickým leteckým palivom, ktoré ho okamžite vynesie z oblasti zábavného experimentu do oblasti skutočnej aplikácie. Pred nami už nie je ukážka technológie, ale prototyp novej zbrane. Ak X-51A úspešne prejde všetkými testami, o niekoľko rokov sa začne vývoj plnohodnotnej bojovej verzie X-51A +, vybavenej najmodernejšou elektronickou náplňou.
Podľa predbežných plánov spoločnosti Boeing bude X-51A + vybavený zariadeniami na rýchlu identifikáciu a ničenie cieľov v podmienkach aktívnej opozície. Schopnosť ovládať vozidlo pomocou upraveného rozhrania JDAM určeného na zacielenie vysoko presnej munície bola úspešne testovaná počas predbežných testov v minulom roku. Lietadlo novej vlny dobre zapadá do štandardných rozmerov amerických rakiet, to znamená, že sa bezpečne hodí do lodných zvislých odpalovacích zariadení, transportných odpaľovacích kontajnerov a bombardovacích pozícií. Všimnite si toho, že raketa ATCAMS, z ktorej bol vypožičaný posilňovací stupeň pre Waverider, je operačno-taktickou zbraňou používanou americkými raketovými systémami MLRS s viacnásobným štartom.
Spojené štáty americké teda 12. mája 2010 nad Tichým oceánom testovali prototyp úplne praktickej hypersonickej riadenej strely, súdiac podľa plánovaného naplnenia, určenej na ničenie vysoko chránených pozemných cieľov (odhadovaný dolet je 1600 km). Snáď k nim časom pribudnú aj povrchové. Okrem obrovskej rýchlosti budú mať tieto rakety aj vysokú penetračnú schopnosť (mimochodom, energia tela zrýchleného na 7 M sa prakticky rovná náboju TNT s rovnakou hmotnosťou) a - dôležitú vlastnosť staticky nestabilných vĺn - schopnosť veľmi ostrých manévrov.
Toto nie je ani zďaleka jediné sľubné povolanie hypersonických zbraní.
Koncom 90. rokov 20. storočia správy Poradnej skupiny pre vesmírny výskum a vývoj NATO (AGARD) uviedli, že hypersonické rakety by mali mať tieto aplikácie:
- poraziť opevnené (alebo zakopané) nepriateľské ciele a komplexné pozemné ciele vo všeobecnosti;
- protivzdušná obrana;
- dobytie vzdušnej nadvlády (takéto rakety možno považovať za ideálny prostriedok na zachytenie vysoko lietajúcich vzdušných cieľov na dlhé vzdialenosti);
- protiraketová obrana - zachytenie odpaľovania balistických rakiet v počiatočnom štádiu trajektórie.
- používať ako opakovane použiteľné drony ako na údery na pozemné ciele, tak aj na prieskum.
Konečne je zrejmé, že hypersonické rakety budú najúčinnejším - ak nie jediným - protijedom proti hypersonickým útočným zbraniam.
Ďalším smerom vo vývoji hypersonických zbraní je vytvorenie malých scramjetových motorov na tuhé palivo montovaných do projektilov určených na ničenie vzdušných cieľov (kalibre 35-40 mm), ako aj obrnených vozidiel a opevnení (kinetické ATGM). V roku 2007 spoločnosť Lockheed Martin dokončila testy prototypu kinetickej protitankovej rakety CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Takáto strela vo vzdialenosti 3400 m úspešne zničila sovietsky tank T-72, vybavený vylepšeným reaktívnym pancierom.
V budúcnosti sa môžu objaviť ešte exotickejšie prevedenia, napríklad transatmosférické lietadlá schopné suborbitálnych letov v medzikontinentálnom dosahu. Manévrovanie nadzvukových hlavíc pre balistické rakety je tiež veľmi dôležité - a v blízkej budúcnosti. Inými slovami, v priebehu nasledujúcich 20 rokov sa vojenské záležitosti dramaticky zmenia a hypersonické technológie sa stanú jedným z najdôležitejších faktorov tejto revolúcie.
