Экспериментальная гиперзвуковая ракета RATTLRS (США)

Экспериментальная гиперзвуковая ракета RATTLRS (США)

Программа RATTLRS “Revolutionary Approach to Time-critical Long-Range Strike” осуществляется под руководством ONR фирмой «Lockheed Martin» при участии специалистов NASA и ВВС. Главные задачи: создание ТРД, способного без каких-либо вспомогательных устройств разогнать ЛА до скорости, превышающей М = 3, и создание двигателя ТВСС для ГЛА многоразового применения. Ракета RATTLRS, оснащенная СУ нового типа, рассчитана на крейсерский полет с числом М > 4, по крайней мере, в течение 5 мин, а в перспективе – до 15 мин; дальность составит около 1000 км. Превосходя по скорости крылатую ракету примерно в три раза, боевой ЛА может достичь цели за 5-10 мин, следуя в крейсерском режиме на высоте около 21 000 м, и пикировать на цель со скоростью, соответствующей М = 4, проникая под землю на глубину 9-15 м, либо рассеять суббоеприпасы с дозвуковой или сверхзвуковой скоростью.

В настоящее время ракеты такого класса создаются по двухступенчатой схеме. Первая ступень (ускоритель) позволяет развить скорость, необходимую для начала работы второй ступени (ПВРД). Переход к одноступенчатой схеме означает сокращение размеров гиперзвуковой ракеты. Однако существенно повышаются рабочие температуры турбины и камеры сгорания; необходимы новое БРЭО и системы целеуказания. За основу двигателя ТВСС для ракеты RATTLRS принят опытный образец двигателя Роллс-Ройс/Аллисон YJ102R. Двигатель YJ102R, разработанный отделением «Либерти Уокс» фирмы «Rolls Royce», по удельной тяге в шесть раз превосходит ТРД Pratt & Whitney J58, установленный в свое время на самолете SR-71. Это не просто маршевый двигатель, а ускоритель. По пропорциям и облику двигатель YJ102R напоминает ТРД J58, но гораздо меньше: диаметр его составляет 0.33 м, т. е. 25% диаметра двигателя J58, длина – 20% и масса – 6% массы двигателя J58. В отличие от ТРД J58 нет необходимости в форсажной камере для ускорения и перехода на крейсерский режим. Двигатель J58 в четыре раза больше по размерам, тогда как его бесфорсажная тяга больше всего в два раза. Каналы обоих двигателей похожи, но ТРД J58 гораздо сложнее и оснащен системой регулирования 1960-х годов.

По заявлению фирмы-изготовителя, новая СУ отличается очень современной аэродинамикой и качественным математическим обеспечением системы регулирования. В конструкции использован совершенно новый материал ламиллой (LamiUoy), разработанный фирмой «Rolls Royce». Он состоит из ламинизированных слоев перфорированного металла. Через эти слои выдувается воздух от компрессора, обеспечивая испарительное охлаждение камеры сгорания и элементов турбины. В состав навигационной системы ракеты RATTLRS будет входить ИНС с коррекцией траектории по данным КРНС NAVSTAR. Ракета может оснащаться как проникающей боевой частью, так и БЧ, состоящими из самонаводящихся боевых элементов. Фирма «Lockheed Martin» и североамериканское отделение фирмы «Rolls Royce» получили контракт на сумму 120 млн долл. на создание демонстрационного образца гиперзвуковой КР RATTLRS универсального базирования массой примерно 900 кг. В варианте авиационного базирования КР должна быть совместима с самолетами F/A-18E/F, F/A-22 и F-35, которые составят основу тактической авиации США на ближайшие десятилетия.

Программа HiSTED, идентифицируемая в планах DARPA как программа трансатмосферного аппарата глобальной дальности, находится в прямой связи с программой RATTLRS. Разрабатываются ТРД, обеспечивающие маршевое число М не менее 4 и применимые на невозвращаемой первой ступени КЛА, а также на тактических боевых ГЛА, и турбопрямоточные двигатели комбинированного цикла (ТВСС) на углеводородном топливе со сверхзвуковым горением для возвращаемых ЛА со скоростью, соответствующей числу М = 7. Двигатель комбинированного цикла на малых скоростях работает как обычный ТРД, а после разгона до скорости, соответствующей М около 4, переходит в режим ПВРД, работающий до М = 7.

Интерес к двигателю ТВСС не в последнюю очередь связан с проблемой плавного регулирования числа М. Есть сведения о комбинированной СУ, объединяющей ТРД, разработанный вслед за двигателем YJ102R, и ГПВРД HyTech. Отделение «Либерти Уокс» на основе своего же демонстратора XTL17, испытанного в 2005 г., спроектировало двигатель ХТL18, а фирма «Вильямс Интернейшнл» -двигатель XTE88 того же класса. Будучи ориентированными на одноразовое применение, новые технологии подходят и для силовых установок многоразовых ЛА. В конструкции двигателя нашли свое применение новые технологии, например элементы камеры сгорания (в зоне смешения основного потока воздуха и потока, перепускаемого из каналов, размещенных вокруг двигателя) выполнены из материала углерод-углерод.

Фирма «Локхид Мартин» относит к своим достижениям разработку уже упоминавшегося конвергентного воздухозаборника («inward turning»), сохраняющего ряд преимуществ осесимметричного воздухозаборника по сравнению с плоским. В таком воздухозаборнике с профилированными по клину стенками поток отклоняется к осевой линии СУ. Достигаются существенное сокращение омываемой поверхности внутри СУ с соответствующим снижением сопротивления трения и массы теплозащиты и более высокий коэффициент восстановления давления. Исключаются зоны завихренности, неизбежно возникающие в углах при пересечении прямых стенок плоского воздухозаборника. Кроме того, открываются возможности более рациональной интеграции СУ с планером в целях повышения аэродинамического качества. Форсированные исследования воздухозаборников этого типа проводятся в интересах фирмы «Локхид Мартин» в рамках программы HyCAUSE. Воздухозаборник предполагается включить в систему ТВСС для ГЛА НCV, являющегося основой программы Falcon.

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.

Программы разработок американского гиперзвукового оружия

В США разработкой гиперзвукового оружия занимаются с начала 2000-х годов. В последнее время финансирование данных разработок увеличилось из-за ставшего известным интереса к подобным военным технологиям у государств-противников — России и Китая.

Американские конструкторские бюро сосредоточили свои усилия на разработке гиперзвуковых планирующих носителей с обычным ракетным запуском и на гиперзвуковых крылатых ракетах, оснащенных высокоскоростными воздушно-реактивными двигателями. Гиперзвуковые планирующие носители отделяются от ракетоносителей до выхода в точку космической баллистической траектории. В отличие от баллистических ракет планирующие гиперзвуковые носители не движутся дальше по баллистической траектории и могут маневрировать в полете на пути к цели.

Гиперзвуковое оружие создает проблемы противнику в обнаружении и защите от него из-за высокой скорости, маневренности и малой высоты полета. Представители Министерства обороны США заявили, что нынешних как наземных, так и существующих американских космических сенсорных систем недостаточно для обнаружения и отслеживания атак гиперзвукового оружия противника. Нынешняя архитектура ПРО США не способна обрабатывать данные подлета гиперзвуковых носителей, достаточно быстро реагировать на них и нейтрализовать гиперзвуковую угрозу. Часть американских аналитиков вообще ставит под сомнение технологическую осуществимость глобальной защиты от гиперзвукового оружия. По крайней мере, точно невозможно защитить всю континентальную часть Соединенных Штатов от потенциальных ударов будущего гиперзвукового оружия противника.

В отличие от России и КНР, в США в настоящее время не рассматривают возможность оснащения ядерными боеголовками своих потенциальных гиперзвуковых носителей. Гиперзвуковое оружие готовится в обычном оснащении в рамках военно-стратегической концепции Быстрого глобального удара (БГУ, Prompt Global Strike, PGS).

Обычное оснащение потребует от американских гиперзвуковых носителей большей точности поражения цели. Поэтому ожидается, что американское гиперзвуковое оружие будет более технически сложным, чем оснащенные ядерными боеголовками китайские и российские гиперзвуковые системы.

Военные эксперты в США и эксперты по безопасности изучают вопрос: как повлияет на стратегическую стабильность принятие на вооружение гиперзвукового оружия в США и у их противников?

Гиперзвуковое оружие — это стратегический актив или только тактический инструмент? Ведь в обычном оснащении эти системы американцы предполагают задействовать именно в региональных конфликтах. Интересным подвопросом в этой теме является рассмотрение возможности включения гиперзвукового оружия в ограничения нового СНВ. Некоторые аналитики предлагают провести переговоры по новому международному соглашению о контроле над вооружениями с введением моратория или запрета на испытания гиперзвукового оружия. Ведь запрет на испытания легко проверяем.

По заявлению нынешнего командующего Стратегическим командованием США генерала Джона Хайтена, гиперзвуковое оружие обеспечит «ответные дальнодействующие удары по дальним, защищенным или критически важным по времени поражения угрозам, когда другие средства не способны к поражению цели или ограничены доступом, или не является предпочтительными».

Между тем аналитики расходятся во мнении о стратегическом значении создаваемого гиперзвукового оружия. Два фактора могут иметь значительные последствия для стратегической стабильности — это короткое время подлета, что сокращает время принятия решения и реагирования, и второе — это непредсказуемая траектория полета. Непреднамеренная эскалация конфликта до ядерного уровня может произойти из-за невозможности определения несомой на гиперзвуке боеголовки — обычная она или ядерная. Атакующий гиперзвуковой носитель потенциально допускает всего одну попытку перехвата.

Скептики среди американских военных экспертов утверждают, что гиперзвуковое оружие мало способствует военному потенциалу США и не является необходимым для сдерживания. Стратегическое значение гиперзвукового оружия минимально. Это оружие принципиально не меняет баланс сдерживания. Наличие гиперзвукового оружия не отменяет традиционные принципы сдерживания.

Соединенные Штаты вряд ли смогут развернуть боеготовые гиперзвуковые системы до 2022 года. В Пентагоне еще не приняли решения о приобретении гиперзвукового оружия и пока разрабатывают прототипы. Финансируемые в США программы предназначены для создания эксплуатационных прототипов для испытаний. Бюджетный запрос Пентагона на 2020 финансовый год на все исследования, связанные с гиперзвуковым оружием, составляет $ 2,6 млрд, в том числе — $ 157,4 млн на программы защиты от гиперзвукового оружия вероятного противника.

Конкретно программу гиперзвукового оружия в рамках стратегии «Быстрый глобальный удар» в настоящее время в первоочередном порядке разрабатывают из имеющихся американских родов войск: для ВМС США. Далее по приоритетам идут: американские ВВС и Сухопутные силы.

Для ВМС США разрабатывают гиперзвуковое ударное оружие средней дальности в обычном оснащении (IR CPS);

Для армии США — наземную гиперзвуковую ракету большой дальности в обычном оснащении;

Для ВВС США — гиперзвуковое ударное оружие в обычном оснащении (HCSW), а также крылатую ракету быстрого реагирования AGM-183A (ARRW).

Согласно информации из открытых источников, гиперзвуковой ударный носитель средней дальности для ВМС предполагает оснащение им надводных судов и подводных лодок. Бывший директор программы стратегических систем ВМС вице-адмирал Терри Бенедикт заявил, что морская система гиперзвукового оружия будет развернута на АПЛ классов «Огайо» и «Вирджиния». На 2020 год ВМС запрашивают для разработки своей гиперзвуковой системы $ 593 млн и в перспективе $ 5,2 млрд в течении следующих пяти лет. В ВМС планируют провести летные испытания своей гиперзвуковой системы в 2020 и 2022 годах и продолжать отработку прототипа до января 2024 года.

В программе сухопутных войск гиперзвуковая ракетная система будет состоять собственно из планирующего гиперзвукового носителя, соединенного с двухступенчатым ракетоносителем для запуска. Предполагаемая дальность гиперзвуковой армейской системы составит 1400 миль (2250 км). Т. е. это средний радиус действия. На 2020 финансовый год сухопутные силы запрашивают $ 228 млн на эту программу и $ 1,2 млрд на следующие пять лет. Летные испытания армейской гиперзвуковой ракеты планируется провести в 2023 году.

В ВВС США разрабатывается гиперзвуковое ударное оружие в обычном оснащении, представляющее собой планирующую гиперзвуковую платформу с твердотопливным двигателем и с системой GPS навигации. Подобная гиперзвуковая платформа будет запускаться со стратегического бомбардировщика B-52H. На 2020 год ВВС запросили $ 290 млн для разработки опытных образцов. В ВВС планируют завершить критический анализ этого проекта в 2020 финансовом году.

Относительно другого разрабатываемого гиперзвукового средства для ВВС — оружия быстрого реагирования AGM-183A (ARRW), то утверждается, что его скорость составит 20 махов и радиус его действия будет примерно 575 миль (ок. 925 км). В июне 2019 году были успешно завершены летные испытания ARRW. Летные испытания ARRW продолжатся и будут завершены в 2022 году. ВВС на 2020 год запросили $ 735 млн на разработку этой гиперзвуковой системы.

Оборонное агентство передовых исследований DARPA в партнерстве с ВВС работает над собственным проектом гиперзвукового оружия — гиперзвуковым «глиссером» Tactical Boost Glide, способным к полету на скорости 7 махов. DARPA запросило на этот свой проект на 2020 год $ 162 млн.

В более долгосрочной перспективе DARPA при поддержке ВВС продолжит работу над концепцией гиперзвуковых крылатых ракет воздушного базирования. Кроме того, DARPA находится на полпути к первой фазе разработки усовершенствованного двигателя для пилотируемых воздушных судов, способного разгонять их до скорости в 5 махов.

Пентагон также инвестирует средства в создание гиперзвукового ПРО. При этом официальные лица утверждают, что США не будут иметь защиты от гиперзвукового оружия противника до середины 2020-х годов как минимум, как максимум — гораздо дальше.

В 2017 году Агентство по противоракетной обороне (MDA), учредило программу гиперзвуковой обороны и на следующий год занялось изучением вариантов гиперзвуковой ПРО, включая ракеты-перехватчики, сверхскоростные снаряды, лазерные пушки и электронные системы атаки.

В процессе оценки находится предложение для создания космического низкоорбитального сенсорного слоя датчиков, способных работать по гиперзвуковым атакующим системам противника. На 2020 год MDA на разработку гиперзвукового ПРО запросило $ 157,4 млн.

Для проведения испытаний разрабатываемого гиперзвукового оружия у Пентагона имеется десять гиперзвуковых наземных испытательных установок и одиннадцать установок для испытаний на открытом воздухе. В январе 2019 года ВМС объявили о планах возобновления работы своего испытательного комплекса по запускам в Чайна-Лейк, штат Калифорния.

Для разработок гиперзвукового оружия в США дополнительно задействованы девять объектов НАСА, два объекта Министерства энергетики и пять промышленных и академических центров.

Университет Нотр-Дам (штат Индиана) уже обзавелся гиперзвуковой аэродинамической трубой для испытания объектов на скоростях в 6 махов. В университете Пердью (штат Индиана) и в упомянутом университете Нотр-Дам продолжаются разработки аэродинамических труб для скоростей в 8 и 10 махов, соответственно.

Кроме того, Соединенные Штаты используют для проведения летных испытаний своего гиперзвукового оружия испытательные полигоны ВВС Австралии в самой Австралии, включая крупнейший в мире испытательный полигон в Вумере, и ракетный полигон «Андоя» в Норвегии.