USA õhujõud katsetasid X-51A Waveriderit, mis suutis kiirendada 5 korda helikiirust ja suutis lennata üle 3 minuti, püstitades maailmarekordi, mis varem kuulus Venemaa arendajatele. Katse läks üldiselt hästi, hüpersoonilised relvad on võistluseks valmis.
27. mail 2010 langes X-51A Waverider (lahtiselt tõlgitud lainelennuks ja “tahtmatult” surfarina) B-52 pommitajalt Vaikse ookeani kohale. Tuntud raketilt ATCAMS laenatud võimendusaste X-51A tõi Waverideri 19,8 tuhande meetri kõrgusele, kus lülitati sisse hüperhelikiirusega reaktiivmootor (GPRVD ehk scrumjet). Pärast seda tõusis rakett 21, 3 tuhande meetri kõrgusele ja võttis kiiruseks 5 Machi (5 M - viis heli kiirust). Kokku töötas raketimootor umbes 200 sekundit, pärast mida saatis X-51A seoses telemeetria katkestuste puhanguga enesehävitamise signaali. Plaani kohaselt pidi rakett arendama kiirust 6 M (projekti kohaselt oli X-51 kiirus 7 M, see tähendab üle 8000 km / h) ja mootor pidi töötama 300 sekundit.
Testid ei olnud täiuslikud, kuid see ei takistanud neil muutumast silmapaistvaks saavutuseks. Mootori tööaeg ületas kolm korda senist rekordit (77 s), mis kuulus Nõukogude (hilisema Venemaa) lennulaborisse "Kholod". 5M kiirus saavutati esmalt tavalise süsivesinikukütusega, mitte mõne "eksklusiivse", näiteks vesinikuga. Waverider kasutas JP-7, madala auruga petrooleumi, mida kasutati kuulsal ülikiirel luurelennukil SR-71.
Mis on Scrumjet ja mis on praeguste saavutuste olemus? Põhimõtteliselt on ramjetmootorid (ramjetmootorid) palju lihtsamad kui kõigile tuttavad turboreaktiivmootorid (turboreaktiivmootorid). Ramjetmootor on lihtsalt õhu sisselaskeava (ainus liikuv osa), põlemiskamber ja otsik. Sellega võrreldakse seda soodsalt reaktiivturbiinidega, kus ventilaator, kompressor ja turbiin ise lisatakse sellele elementaarsele skeemile, mis leiutati juba 1913. aastal, ühiselt pingutades õhku põlemiskambrisse. Ramjetmootorites täidab seda funktsiooni vastutulev õhuvool ise, mis välistab koheselt vajaduse keerukate konstruktsioonide järele, mis töötavad kuumade gaaside voolus ja muudes turboreaktiiviga elurõõmudes. Seetõttu on ramjetmootorid kergemad, odavamad ja vähem tundlikud kõrgete temperatuuride suhtes.
Lihtsusel on aga oma hind. Otsevoolumootorid on alahelikiirusel (kuni 500–600 km / h ei tööta üldse) ebaefektiivsed-neil pole lihtsalt piisavalt hapnikku ja seetõttu vajavad nad lisamootoreid, mis kiirendavad aparaati efektiivsele kiirusele. Tulenevalt asjaolust, et mootorisse siseneva õhu mahtu ja rõhku piirab ainult õhu sisselaske läbimõõt, on mootori tõukejõudu tõhusalt kontrollida äärmiselt raske. Ramjet -mootorid on tavaliselt "teritatud" kitsa töökiiruse vahemiku jaoks ja väljaspool seda hakkavad nad käituma ebapiisavalt. Nende loomulike puuduste tõttu alahelikiirusel ja mõõdukal ülehelikiirusel ületavad turboreaktiivmootorid radikaalselt oma otsese vooluga konkurente.
Olukord muutub, kui õhusõiduki väledus läheb 3 kiigu skaalast välja. Suurel lennukiirusel surutakse õhk mootori sisselaskeavasse nii palju, et vajadus kompressori ja muu varustuse järele kaob - täpsemalt muutuvad need takistuseks. Kuid sellistel kiirustel tunnevad ülehelikiirusel töötavad ramjetmootorid SPRVD ("ramjet") end suurepäraselt. Kuid kiiruse kasvades muutuvad tasuta "kompressori" (ülehelikiirusega õhuvool) eelised mootorite projekteerijate jaoks õudusunenäoks.
Turboreaktiiv- ja SPVRD -põleb petrooleum suhteliselt väikese voolukiirusega - 0,2 M. See võimaldab saavutada õhu ja süstitud petrooleumi hea segunemise ja vastavalt kõrge kasuteguri. Kuid mida suurem on sissetuleva voo kiirus, seda raskem on seda pidurdada ja seda suuremad on selle harjutusega kaasnevad kaotused. Alates 6 M-st tuleb voolu aeglustada 25-30 korda. Jääb üle kütuse põletamine ülehelikiirusel. Siit saavad alguse tõelised raskused. Kui õhk siseneb põlemiskambrisse kiirusega 2,5–3 tuhat km / h, muutub põlemise säilitamise protsess ühe arendaja sõnul sarnaseks sellega, et „üritatakse hoida tikku süüdatud taifuuni keskel. Mitte nii kaua aega tagasi usuti, et petrooleumi puhul on see võimatu.
Ülihelikiirusega sõidukite arendajate probleemid ei piirdu mingil juhul toimiva SCRVD loomisega. Samuti peavad nad ületama nn termilise tõkke. Lennuk soojeneb õhu vastu hõõrdumisel ja kuumutamise intensiivsus on otseselt võrdeline voolukiiruse ruuduga: kui kiirus kahekordistub, suureneb küte neli korda. Lennuki soojenemine lendamisel ülehelikiirusel (eriti madalal kõrgusel) on mõnikord nii suur, et see toob kaasa konstruktsiooni ja varustuse hävimise.
Lennates kiirusega 3 M, isegi stratosfääris, on õhuvõtuava ja tiiva esiservade sissepääsu servade temperatuur üle 300 kraadi ja ülejäänud naha - üle 200 kraadi. kiirus 2-2,5 korda rohkem soojendab 4-6 korda rohkem. Samal ajal pehmendab orgaaniline klaas isegi temperatuuril umbes 100 kraadi, temperatuuril 150 - duralumiiniumi tugevus on oluliselt vähenenud, temperatuuril 550 - titaanisulamid kaotavad vajalikud mehaanilised omadused ning temperatuuril üle 650 kraadi sulavad alumiinium ja magneesium, teras pehmendab.
Kõrge kuumutamistaseme saab lahendada kas passiivse termokaitsega või aktiivse soojuse eemaldamisega, kasutades pardal olevaid kütusevarusid jahutina. Probleem on selles, et väga korraliku petrooleumi "jahutusvõimega" - selle kütuse soojusmahtuvus on vaid pool vee omast - ei talu see hästi kõrgeid temperatuure ja soojusmahud, mis vajavad "seedimist" koletu.
Mõlema probleemi (ülehelikiirusega põletamine ja jahutamine) lahendamiseks on kõige lihtsam viis petrooleumi loobumine vesiniku kasuks. Viimane põleb suhteliselt kergesti - võrreldes petrooleumiga muidugi - isegi ülehelikiirusel. Samal ajal on vedel vesinik arusaadavatel põhjustel ka suurepärane jahuti, mis võimaldab mitte kasutada massiivset termilist kaitset ja samal ajal tagada pardal vastuvõetava temperatuuri. Lisaks on vesinikul petrooleumi kütteväärtus kolm korda suurem. See võimaldab tõsta saavutatavate kiiruste piiri kuni 17 M (maksimaalselt süsivesinikkütusel - 8 M) ja samal ajal muuta mootor kompaktsemaks.
Pole üllatav, et enamik varasemaid rekordilisi hüpersoonilisi lennukeid lendas täpselt vesinikul. Vesinikukütust kasutas meie lendav laboratoorium "Kholod", mis on seni scramjet -mootori kestuse (77 s) poolest teisel kohal. Talle võlgneb NASA reaktiivlennukite rekordkiiruse: 2004. aastal saavutas NASA X-43A mehitamata hüperhelikiirus 33,5 km lennukõrgusel kiiruse 11 265 km / h (ehk 9,8 M).
Vesiniku kasutamine toob aga kaasa muid probleeme. Üks liiter vedelat vesinikku kaalub vaid 0,07 kg. Isegi kui arvestada vesiniku kolm korda suuremat "energiavõimsust", tähendab see pideva salvestatud energiaga kütusepaakide mahu neljakordset suurenemist. Selle tulemuseks on seadme kui terviku suuruse ja kaalu täitmine. Lisaks nõuab vedel vesinik väga spetsiifilisi töötingimusi - "kõiki krüogeensete tehnoloogiate õudusi" pluss vesiniku enda eripära - see on äärmiselt plahvatusohtlik. Teisisõnu, vesinik on suurepärane kütus katsesõidukitele ja tükkmasinatele, nagu strateegilised pommitajad ja luurelennukid. Kuid massirelvade kütusena, mis võib põhineda tavapärastel platvormidel nagu tavaline pommitaja või hävitaja, ei sobi see.
Seda olulisem on X-51 loojate saavutus, kes suutsid ilma vesinikuta hakkama saada ja samal ajal saavutada muljetavaldavaid kiirusi ja rekordnäitajaid lennuaja jooksul ramjetmootoriga. Osa rekordist on tingitud uuenduslikust aerodünaamilisest disainist - just sellest lainelennust. Aparaadi kummaline nurgeline välimus, selle metsiku välimusega disain loob lööklainete süsteemi, just nemad, mitte aparaadi korpus, saavad aerodünaamiliseks pinnaks. Selle tulemusena tekib tõstejõud langeva voolu minimaalse koosmõjuga keha endaga ja selle tagajärjel väheneb selle kuumutamise intensiivsus järsult.
X-51-l on must süsinik-süsinik kõrgtemperatuuriline kuumakilp, mis asub ainult nina otsas ja alumise külje tagaosas. Keha põhiosa on kaetud valge madalatemperatuurilise kuumakilbiga, mis viitab suhteliselt õrnale kuumutusrežiimile: ja see on 6-7 M juures üsna tihedates atmosfäärikihtides ja paratamatult sukeldub troposfääri sihtmärgi poole.
Vesiniku "koletise" asemel on Ameerika sõjavägi soetanud praktilise lennukikütusega töötava seadme, mis viib selle kohe lõbusa eksperimendi valdkonnast välja reaalse rakenduse valdkonda. Meie ees ei ole enam tehnoloogia demonstratsioon, vaid uue relva prototüüp. Kui X-51A läbib edukalt kõik testid, alustatakse mõne aasta pärast X-51A +täieõigusliku lahinguvariandi väljatöötamist, mis on varustatud kõige kaasaegsema elektroonilise täidisega.
Boeingu esialgsete plaanide kohaselt varustatakse X-51A + seadmetega sihtmärkide kiireks tuvastamiseks ja hävitamiseks aktiivse opositsiooni tingimustes. Eelmisel aastal õnnestus eelkatsete käigus edukalt testida sõiduki juhtimist modifitseeritud JDAM-liidese abil, mis on mõeldud suure täpsusega laskemoona sihtimiseks. Uue lainega lennuk sobib hästi Ameerika rakettide standardmõõtmetega, see tähendab, et see sobib ohutult laeva vertikaalsete stardiseadmete, transpordi-stardikonteinerite ja pommitajate lahtritega. Pange tähele, et rakett ATCAMS, kust laenati Waverideri võimendusastet, on operatsioonilis-taktikaline relv, mida kasutavad Ameerika MLRS mitme kanderaketi süsteemid.
Nii katsetas USA 12. mail 2010 Vaikse ookeani kohal kavandatud täitmise järgi otsustades täiesti praktilise hüpersoonilise tiibrakettide prototüüpi, mille eesmärk on hävitada väga kaitstud maapealsed sihtmärgid (eeldatav lennukaugus on 1600 km). Võib -olla aja jooksul lisandub neile ka pinnapealseid. Lisaks tohutule kiirusele on sellistel rakettidel suur läbitungimisvõime (muide, 7 M -ni kiirendatud keha energia on praktiliselt samaväärne sama massiga TNT -laenguga) ja - staatiliselt ebastabiilsete lainete oluline omadus - väga teravate manöövrite oskus.
See pole kaugeltki ainus paljutõotav hüperhelirelva elukutse.
1990. aastate lõpus märgiti NATO kosmoseuuringute ja arendustegevuse nõuanderühma (AGARD) aruannetes, et hüpersoonilistel rakettidel peaksid olema järgmised rakendused:
- võita kindlustatud (või maetud) vaenlase sihtmärke ja keerukaid maapealseid sihtmärke üldiselt;
- õhutõrje;
- õhu ülemvõimu vallutamine (selliseid rakette võib pidada ideaalseks vahendiks kõrgelennuliste õhusihtmärkide tabamiseks pikkadel vahemaadel);
- raketitõrje - ballistiliste rakettide käivitamise pealtkuulamine trajektoori algfaasis.
- kasutada korduvkasutatavate droonidena nii maapinna sihtmärkide tabamiseks kui ka tutvumiseks.
Lõpuks on selge, et hüpersoonilised raketid on kõige tõhusam - kui mitte ainus - vastumürk hüpersooniliste rünnakurelvade vastu.
Teine suund hüpersooniliste relvade väljatöötamisel on väikeste mõõtmetega tahke raketikütusega scramjet-mootorite loomine, mis on paigaldatud mürskudesse, mis on ette nähtud õhu sihtmärkide hävitamiseks (kaliibrid 35–40 mm), samuti soomukid ja kindlustused (kineetilised ATGM-id). 2007. aastal lõpetas Lockheed Martin kineetilise tankitõrjeraketi CKEM (Compact Kinetic Energy Missile) prototüübi katsetused. Selline rakett 3400 m kaugusel hävitas edukalt Nõukogude tanki T-72, mis oli varustatud täiustatud reaktiivsoomusega.
Tulevikus võivad ilmneda veelgi eksootilisemad kujundused, näiteks transatmosfäärilised lennukid, mis on võimelised suborbitaalseteks lendudeks mandritevahelises vahemikus. Samuti on üsna asjakohased ballistiliste rakettide manööverdavad hüpersoonilised lõhkepead - ja seda lähitulevikus. Teisisõnu, järgmise 20 aasta jooksul muutuvad sõjalised asjad kardinaalselt ja hüpersoonilised tehnoloogiad muutuvad selle revolutsiooni üheks olulisemaks teguriks.
