Экспериментальная гиперзвуковая ракета Boeing HyFly (США)
Американские экспериментальные гиперзвуковые летательные аппараты. Часть 1
Развитие противовоздушной и противоракетной обороны вынуждает конструкторов искать новые возможности преодоления данных систем. Разрабатываются различные виды нового вооружения, среди которых и гиперзвуковые летательные аппараты (ГЛА). Наибольшую работу на сегодняшний день провели американские военные специалисты. Гиперзвуковые летательные аппараты призваны поражать стационарные и мобильные цели, включая сильно защищенные или заглубленные объекты, например, подземные КП. В США существует несколько различных программ по разработке ГЛА.
Одним из направлений развития ГЛА является разработка гиперзвуковых ракет.
Основными преимуществами проектов гиперзвуковых летательных аппаратов с осесимметричным корпусом, учитывая перспективы создания на их базе боевой ракеты, является возможности использования ракетных технологий. Это значительно снижает стоимость изделий и позволяет компактно размещать изделия во внутренних объемах носителей, и использовать имеющиеся стартовые системы. Осесимметричный корпус дает возможность осуществлять пуск из внутренних отсеков самолетов и внешних пилонов, из контейнеров на подводных лодках и кораблях, при помощи систем вертикального старта.
Одной из компаний, занимающейся разработкой гиперзвуковой ракеты, является «Boeing». С 1997 года компания «Boeing» совместно с фирмой «Аэроджет» по контракту с DARPA разрабатывала проект гиперзвуковой ракеты ARRMD. По тактико-техническим требованиям пуск ракеты должен был осуществляться запускаться за пределами зоны действия ПВО, дальность до 1000 км, расчетная крейсерская скорость М=6, стартовая масса 1000 кг при массе боевой части 110 кг. Предусматривалось использование инерциальной системы наведения и спутниковая коррекция. Ракета при выходе на цель начинала круто пикировать, поэтому скорость в момент удара составляла 1200 м/с — высокая кинетическая энергия ракеты усиливает поражающее воздействие. В 2001 году программу DARPA приостановили, поскольку силовая установка не была готова. Однако результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по ARRMD в 2002 году легли в основу принятой центром ONR ВМС США и DARPA программы HyFly. В проекте участвуют NASA, центр NAW военно-морских сил и лаборатория прикладной физики APL университета Гопкинса.
Boeing HyFly является программой разработки и оценки гиперзвуковых технологий, которые в дальнейшем могут быть использованы при серийном производстве относительно недорогой гиперзвуковой ракеты, предназначенной для поражения мобильных и стационарных целей, включая заглубленные и сильно защищенные объекты. Фирме «Boeing» было выделено на НИОКР около 116 млн. долларов. Простота компоновки, конструкция и технология производства, унаследованные от ARRMD, позволяют разработчикам утверждать, что экспериментальный образец будет быстро превращена в боевую ракету нового поколения, оснащенную проникающей боевой частью и универсальным базированием.
Поскольку все ракеты одноразового применения, технические требования к ней ослаблены: допускается деградация материала, отсутствует система охлаждения конструкции, применяются исключительно композиты на керамической основе. Следует учесть и относительно небольшую стоимость ракеты и силовой установки. Конструкция состоит из 20 деталей. Особенностями концепции являются две системы воздухозаборников и столько же камер сгорания.
В рамках программы разрабатывался и испытывался двигатель DCR. На первом этапе испытаний двигатель был испытан на стендах и в аэродинамических трубах. Они окончились успешно. Однако летные испытания успехом не увенчались, во всех трех запусках двигатель не достигал заданных характеристик или попросту не запускался. Если бы эффективность и надежность двигателя DCR в летных испытаниях были подтверждены, то это существенно приблизило бы реализацию проектов гиперзвуковых управляемых ракет класса «воздух — земля». Результаты работ по программе HyFly используются в проекте HyStrike — боевой гиперзвуковой ракеты «корабль — земля» и «воздух — земля» для американских ВМС.
Еще одной подобной программой является RATTLRS (“Revolutionary Approach to Time-critical Long-Range Strike”), осуществляемая фирмой «Lockheed Martin» под руководством ONR при участии ВВС и специалистов NASA. Главные задачи программы: создание турбореактивного двигателя, способного разогнать летательный аппарат до скорости более М=3 без использования вспомогательных устройств, и создание двигателя ТВСС для гиперзвукового летательного аппарата многоразового применения. Ракета RATTLRS, оснащенная силовой установкой нового типа, рассчитана на полет со скоростью М > 4, минимум в течение 5 мин, а в дальнейшем — до 15 мин. Дальность полета составит 1000 км. Боевой летательный аппарат, превосходя крылатую ракету по скорости приблизительно в три раза, может достигать цели за 5-10 минут, следуя на высоте 21 тыс. м в крейсерском режиме. Скорость пикирование на цель должна была составлять М=4, а глубина проникновения под землю — 9-15 м. Также гиперзвуковой летательный аппарат будет способен рассеять суббоеприпасы со сверхзвуковой или дозвуковой скоростью.
Сегодня в ракетах такого класса используется двухступенчатая схема. Первая ступень дает развить скорость, которая необходима для включения второй ступени. Переход к одноступенчатой схеме позволит сократить размеры гиперзвуковой ракеты. Но существенно повышаются рабочие температуры камеры сгорания и турбины; необходимы новое системы целеуказания и БРЭО. За основу ТВСС для RATTLRS приняли опытный образец двигателя Роллс-Ройс/Аллисон YJ102R, разработанный отделением «Либерти Уокс» компании «Rolls Royce». Удельная тяга в шесть раз превосходит Pratt & Whitney J58. Это ускоритель, а не просто маршевый двигатель.
По заявлению изготовителя, новая силовая установка отличается качественным матобеспечением системы регулирования и современной аэродинамикой. В конструкции использован новейший материал LamiUoy, разработанный «Rolls Royce». В состав навигационной системы RATTLRS войдет ИНС с коррекцией траектории по информации КРНС NAVSTAR. Ракета будет оснащаться проникающей боевой частью или боевой частью, состоящей из самонаводящихся боевых элементов. «Lockheed Martin» и «Rolls Royce» получили 120-миллионный контракт на создание демонстрационного образца гиперзвуковой крылатой ракеты RATTLRS универсального базирования (масса около 900 кг). Ракета в варианте авиационного базирования должна быть совместима с F/A-18E/F, F/A-22 и F-35.
Экспериментальная гиперзвуковая ракета Boeing HyFly (США)
Основными преимуществами всех проектов ГЛА с осесимметричным корпусом с учетом перспективы создания на этой базе боевой ракеты являются возможности использования традиционных ракетных технологий, что существенно снижает стоимость изделий и допускает компактное размещение их во внутренних объемах носителей, а также многообразие располагаемых стартовых систем. Осесимметричный корпус позволяет обеспечить пуск как из внутренних отсеков самолетов (с роторных и катапультных пусковых устройств), так и с внешних пилонов, из контейнеров на кораблях и подводных лодках (ПЛ), с помощью систем вертикального старта типа Мk 41.
Фирма «Boeing» и ее субподрядчик, фирма «Аэроджет», по контракту с DARPA с 1997 г. разрабатывали проект гиперзвуковой ракеты ARRMD согласно следующим тактико-техническим требованиям: ракета должна запускаться за пределами зоны действия ПВО противника с наземных установок, кораблей, подводных лодок и самолетов; дальность 750-1000 км; расчетное крейсерское число М = 6; стартовая масса около 1000 кг; масса БЧ около 110 кг; вероятное круговое отклонение не более 10 м; время полета до цели на расстоянии 750 км не более 7 мин. Предусматривается использование инерциальной системы наведения на марше со спутниковой коррекцией. При выходе на цель ракета переходит в крутое пикирование, так что скорость в момент удара достигает 1200 м/с и поражающее воздействие усиливается благодаря высокой кинетической энергии ракеты. Программа была приостановлена DARPA в 2001 г. в связи с неготовностью силовой установки. Однако все результаты НИОКР по ракете ARRMD легли в основу принятой в 2002 г. DARPA и центром ONR ВМС США программы HyFly. В проекте принимают участие NASA, центр NAW ВМС и лаборатория прикладной физики APL университета им. Гопкинса, разработавшая главную часть ракеты – двухкамерный ГПВРД DCR на обычном углеводородном топливе.
Boeing HyFly – это программа разработки и оценки гиперзвуковых технологий, способных лечь в основу серийного производства относительно недорогой гиперзвуковой ракеты для поражения стационарных и мобильных целей, включая сильно защищенные и заглубленные объекты типа подземных командных пунктов. Фирма «Boeing» получила около 116 млн долл. на НИОКР, в том числе на создание демонстрационного образца гиперзвуковой ракеты и ее летные испытания. Простота компоновки с осесимметричным корпусом, конструкция и технология производства которого унаследованы от ракеты ARRMD (в частности, в качестве передней части корпуса полностью используется титановая цельнолитая конструкция), позволяет разработчикам утверждать, что экспериментальный образец может быть быстро превращен в боевую ракету нового поколения с проникающей БЧ и универсальным базированием (корабль, ПЛ, самолет F-18E/F).
Поскольку речь идет о боевой ракете одноразового применения, технические требования к ней значительно ослаблены: допускается определенная степень деградации материала, отказ от охлаждения конструкции, использование исключительно композитов на керамической основе (теплостойких и легких). Следует учесть относительно небольшую стоимость ракеты (200 тыс. долл. при заказе на 3000 единиц) и силовой установки. Двигатель DCR имеет расчетный удельный импульс свыше 600 с, длину 4.25 м, максимальный диаметр 0.5 м. Конструкция состоит менее чем из 20 деталей. Особенностями концепции DCR, в общих чертах известной с конца 1970-х годов, являются две системы воздухозаборников и две камеры сгорания. Одна система (два воздухозаборника) подает воздух в дозвуковой газогенератор, в котором сжигается часть обычного углеводородного топлива JP-10. Затем обогащенный топливом горячий газ смешивается с коаксиальным сверхзвуковым потоком воздуха от второй системы (четыре воздухозаборника), разгоняется и поступает в основную камеру сгорания. Такой процесс исключает необходимость использования высокотоксичных активных присадков. Температура в КС достигает 2200 °С, поэтому применяются жаропрочные композиционные материалы на основе титановой и керамической матрицы. Сложные теплообменники отсутствуют, но и полетное число М не очень высокое – не более 6.5.
Лаборатория APL продолжает совершенствовать воздухозаборники и готова продемонстрировать полноту сгорания свыше 90% при М > 6. Удалось избежать характерного для обычных ПВРД явления запирания при сверхзвуковой скорости. Двигатель запускается при М = 3.3. До этого числа М ракета разгоняется твердотопливным ускорителем. В дальнейшем ракетный ускоритель предполагается заменить ТРД комбинированного цикла. В июне 2007 г. были проведены успешные испытания двигателя на стендах и в аэродинамических трубах при М = 3.5; 4.1; 6.5. Двигатель устойчиво отработал около 240 с при М = 6. Он был полностью интегрирован с корпусом ракеты. Измеренная располагаемая тяга оказалась близкой к расчетной. По контракту фирмы «Боинг» и «Аэроджет» должны были провести 11 испытательных полетов, причем в 8 последних ракета должна быть оснащена работающим двигателем. В первых двух испытаниях отрабатывались процессы отделения ракеты с твердотопливным ускорителем от самолета-носителя F-15E и запуска ускорителя. Затем с наземной пусковой установки с помощью ускорителя «Террьер – Орион» был проведен запуск экспериментального ГЛА с двигателем на углеводородном топливе, представляющим собой двигатель DCR в масштабе 1 : 2. После отделения ГЛА двигатель проработал около 15 с при М = 5.5.
Этот эксперимент подготовлен и выполнен фирмой АТК в рамках программы FASTT, имеющей целью отработку относительно недорогой методики летных испытаний ГПВРД. В следующем испытании со сбросом ГЛА с самолета F-15E планировался запуск натурного двигателя DCR и ускорение ГЛА до скорости, соответствующей М = 5. В последних испытаниях прежде всего проверялся композитный материал СМС, из которого изготовлен двигатель и который был выбран после обширных экспериментальных исследований 20 различных вариантов. Однако в полете не удалось получить число М > 3.5 (сентябрь 2007 г.). Специалисты фирмы «Аэроджет», проводившей испытания, считают, что оказались малы запасы топлива. Второй полет в январе 2008 г. также окончился неудачей, ГПВРД не запустился, ракета упала в океан через минуту после старта. По заявлениям официальных лиц, причины неудач сводятся к производственным дефектам (во втором полете отказал топливный насос). В третьем испытательном полете 29 июля 2010 г. ракета отделилась от самолета на высоте около 12 200 м, но ускоритель не заработал, ракета упала в океан.
Если бы надежность и эффективность двигателя DCR были подтверждены в летных испытаниях, то существенно приблизилась бы реализация проектов гиперзвуковых управляемых ракет “воздух – земля”. Ракета наземного и морского базирования проектируется длиной 6.5 м со стартовой массой примерно 1725 кг и массой БЧ 91-165 кг. Результаты НИОКР по программе HyFly аккумулируются в проекте боевой гиперзвуковой ракеты класса “воздух – земля” и “корабль – земля” для ВМС США. Эта программа получила название HyStrike. Основные тактико-технические требования: максимальная дальность около 1100 км за 10.7 мин при средней скорости 1760 м/с; скорость в конце маршрута около 550 м/с. При боевой нагрузке более 100 кг максимальная скорость на высоте примерно 30 000 м должна составлять 1340 м/с (М = 6.5).
«Оправдаться за отставание»: как США планируют создать гиперзвуковое оружие за два года
Американская корпорация Lockheed Martin получит почти $1 млрд на разработку гиперзвукового комплекса под названием «Оружие быстрого реагирования воздушного базирования» (Air Launched Rapid Response Weapon — ARRW, ракета AGM-183A). Об этом сообщается на сайте Пентагона. Новое оружие планируется размещать на борту стратегических бомбардировщиков.
В рамках контракта на сумму $989 млн Lockheed Martin должна проработать проект ARRW, провести испытания и подготовить ракету к промышленному серийному производству.
Планируется, что все конструкторские работы будут завершены в 2021 году, а ещё через год гиперзвуковое оружие должны получить ВВС США. Таким образом, все обязательства по контракту должны быть исполнены до конца 2022-го.
Согласно информации оборонного ведомства США, блок ARRW сможет развивать скорость свыше 5 Махов, что должно позволить ему преодолевать системы ПРО противника.
«Местом выполнения работы будет город Орландо, штат Флорида. Ожидаемый срок завершения работы: 31 декабря 2022 года. Совокупная номинальная стоимость договора: $988 832 126. На выполнение в 2020 финансовом году задач, связанных с исследованиями, разработкой, испытаниями и оценкой, на момент заключения соглашения предусмотрена сумма в размере $23 000 000. Полномочиями заказчика наделён Центр управления жизненным циклом ВВС США, авиабаза «Эглин», штат Флорида», — говорится в сообщении Пентагона.
Также уточняется, что это — не первый контракт Lockheed Martin и правительства США в рамках программы по созданию гиперзвуковой ракеты воздушного базирования. Предыдущие работы велись согласно контракту на сумму $480 млн, подписанному в августе 2018-го. По условиям этого договора предполагалось, что разработка оружия будет завершена до 2021 года.
В минувшем июне в Калифорнии прошло первое аэродинамическое испытание массогабаритного макета ракеты AGM-183A ARRW на стратегическом бомбардировщике Boeing B-52Н. Самолёт, несущий ракету на внешней подвеске, совершил взлёт с авиабазы «Эдвардс». Как отмечают эксперты, конструктивно AGM-183A представляет собой твёрдотопливную аэробаллистическую ракету с отделяемой боевой частью, оснащённой ракетным двигателем Tactical Boost Glide (TBG). Двигатель разрабатывается под эгидой Управления перспективных исследовательских проектов Пентагона (DARPA) и ВВС США.
Аналоги «Кинжала» и «Авангарда»
О создании гиперзвукового оружия советские и американские конструкторы задумывались ещё в прошлом веке. Тогда СССР и США даже начали ряд экспериментальных разработок. Так, инженеры из обеих стран параллельно работали над созданием самолётов-космопланов вертикального пуска, которые могли бы развивать гиперзвуковую скорость. Однако технологии и материалы того времени не позволяли реализовать подобные проекты — слишком большую нагрузку испытывает объект на гиперзвуковой скорости, отмечают эксперты.
Спустя десятилетия создание техники такого типа стало реальной задачей. В 2018 году в ходе послания Федеральному собранию президент России Владимир Путин объявил о появлении в арсенале российской армии целого спектра гиперзвуковых вооружений. Выяснилось, что авиационный ракетный комплекс «Кинжал» заступил на опытно-боевое дежурство ещё в декабре 2017 года.
Другой гиперзвуковой комплекс — «Авангард», для запуска которого используется баллистическая ракета наземного базирования, прошёл успешные испытания в декабре 2018-го. Блок, способный развивать скорость в 27 Махов, заступит на боевое дежурство уже до конца текущего года.
В России также разработана гиперзвуковая противокорабельная ракета морского базирования «Циркон», которой будут вооружаться как подводные, так и надводные корабли российского флота. Как отметил 2 декабря на совещании по оборонной тематике Владимир Путин, ВМФ России в ближайшие годы должен получить фрегаты и субмарины, доработанные под применение ракет «Циркон».
Появление гиперзвукового оружия в арсенале РФ стало неприятным сюрпризом для Вашингтона, отмечают эксперты. Как говорилось в сентябрьском докладе Исследовательской службы конгресса США, в настоящий момент американская сторона не располагает ни средствами защиты от гиперзвукового оружия возможных противников, ни собственными программами по созданию военной техники такого типа.
Доклад конгресса был представлен в связи с запросом Пентагона о дополнительном финансировании гиперзвуковых исследований. По мнению авторов документа, американское военное ведомство не сможет противостоять российскому гиперзвуковому оружию вплоть до середины 2020-х годов, хотя в настоящее время изысканиями в этой области занимаются и ВМС, и ВВС, и сухопутные войска.
Иной точки зрения придерживается глава Пентагона Марк Эспер, который рассчитывает на то, что американские военные смогут получить гиперзвуковое оружие уже «в течение пары лет». Об этом министр заявил в интервью Fox News.
Аналогичный прогноз представил в конце ноября глава командования материально-технического обеспечения ВВС США генерал Арнольд Банч. Выступая на пресс-конференции, он заявил, что оба вида гиперзвуковых вооружений, разработка которых курируется ВВС США, достигнут начальной боевой готовности уже в 2022-м. Речь идёт о Air-Launched Rapid Response Weapon (ARRW) и другой разработке — Hypersonic Conventional Strike Weapon (HCSW).
По мнению экспертов, если Air-Launched Rapid Response Weapon (ARRW) должен стать аналогом российского «Кинжала», то HCSW может стать оружием, похожим на российский комплекс «Авангард».
Политические причины
Отметим, что в настоящее время наиболее успешным гиперзвуковым проектом Соединённых Штатов считается ракета X-51 Waverider, разработка которой стартовала в 2003 году силами корпорации Boeing. Первое удачное испытание X-51 прошло в 2013 году, тогда ракета преодолела расстояние 426 км, развив скорость в 5,1 Маха. Впрочем, впоследствии о судьбе этой разработки СМИ сообщали очень мало.
Как предположил в беседе с RT военный эксперт Михаил Тимошенко, с большой долей вероятности новая гиперзвуковая ракета AGM-183A создаётся на базе именно X-51 Waverider.
«Речь идёт, судя по всему, о создании аналога нашего «Кинжала» на основе X-51 Waverider. Ракета испытывалась несколько лет назад, и тогда разработчики столкнулись с тем, что двигатель слишком рано выходил из строя — вероятно, когда ракета заходила в более плотные слои атмосферы. Если эта проблема не решена, то разработка вперёд не продвинется», — отметил Тимошенко.
По его словам, разработка, о которой тогда сообщали в Пентагоне, находилась на такой стадии, что вряд ли можно было считать её полноценным оружием.
Аналогичной точки зрения придерживается член-корреспондент Академии военных наук России Александр Бартош. По его словам, разработка таких гиперзвуковых систем требует очень больших временных затрат, и если даже у США есть какая-то база, то срока в один-два года недостаточно, чтобы доработать ракету.
«Сейчас Пентагон называет настолько сжатые сроки создания гиперзвукового оружия, что эти заявления напоминают блеф. Конечно, в будущем США, вероятно, смогут преодолеть своё отставание в сфере гиперзвука, располагая серьёзной научной и промышленной базой. Но на это нужно, по крайней мере, пять-шесть лет», — отметил Бартош в разговоре с RT.
Главным препятствием для американских разработчиков пока остаётся отсутствие уникальных материалов, способных выдерживать чрезвычайные температурные перегрузки и пропускать радиосигналы на гиперзвуковой скорости. Такую точку зрения высказал в беседе с RT военный эксперт Юрий Кнутов.
«Без этого гиперзвуковым аппаратом будет невозможно управлять, как следствие — очень серьёзно страдают точностные характеристики оружия. Ещё одна проблема — создание прямоточного воздушно-реактивного двигателя, который мог бы разгонять летательный аппарат до 5 Махов и больше. Испытания, о которых сообщали СМИ, заканчивались неудачно. Перегрузок не выдерживала не только силовая установка, но и навигационная аппаратура», — добавил эксперт.
По его мнению, чтобы наверстать упущенное в этой области, Соединённым Штатам потребуется порядка пяти-семи лет.
«Скорее всего, обещания завершить работы по боевой гиперзвуковой ракете в 2021 году, звучащие в США, обусловлены в числе прочего политическими причинами. Уже в следующем году в США пройдут выборы, и администрации Трампа необходимо оправдаться перед обществом за отставание от России в области гиперзвуковых вооружений», — подытожил Кнутов.
