Даёшь «гиперзвук» — или нет?
Что такое гиперзвук? Для начала определимся: правильно было бы сказать «гиперзвуковая скорость». Проблема в том, что слово «гиперзвук» обозначает также упругие волны, подобные просто звуковым и ультразвуковым. Но мы ведь имеем в виду аэродинамику и, чтобы не путаться в терминах, будем говорить «гиперзвуковая скорость».
В аэродинамике «гиперзвуковая скорость» значительно превосходит скорость звука — по аналогии со сверхзвуком, только ещё быстрее.
Где-то с семидесятых годов прошлого века устоялась следующая градация: до одного Маха — дозвуковая скорость, от одного до пяти Махов — сверхзвуковая, более пяти Махов — гиперзвук.
Антон ЖелезнякЭксперт по техническим и инженерным вопросам
Число Маха (М) в нашем контексте проще всего определить как отношение скорости тела к скорости звука в окружающей среде. Когда скорость летательного аппарата достигает М=1, это означает, что его скорость сравнялась со скоростью звука.
Первыми, посредством ракеты «Фау-2», достигли гиперзвуковых скоростей немцы в сороковых годах прошлого века . Их «оружие возмездия» развивало скорость в 5760 километров час, а это больше, чем пять чисел Маха (М 5) на высоте выше 10 000 метров.
«Фау-2»
«Так в чём тогда соль?» — спросит внимательный читатель. Раз гиперзвука достигли в сороковых годах, и все баллистические ракеты его достигают — в чём тут интерес и новшество? Проблема в том, что ракеты пусть и развивают гиперзвуковую скорость, но летят в этот момент по баллистической траектории, активно не маневрируют и вообще лишний раз стараются не шелохнуться… это чревато катастрофой.
А вот создание крылатой ракеты или летательного аппарата, способного перемещаться на гиперзвуковых скоростях и маневрировать, стало серьёзнейшей задачей, над решением которой до сих пор бьются конструкторы и инженеры.
Гиперзвуковой летательный аппарат
Начнём с управляемости и создания пилотируемого летательного аппарата, способного двигаться на гиперзвуковой скорости, тормозить и осуществлять посадку.
Первыми этого добились американцы, создав в 1959 году самолёт-ракетоплан X-15. Само слово ракетоплан прозрачно намекает, что речь идёт о ракете с крылышками. Так и есть, X-15 — это глубокая переработка идей и чертежей немецких ракетчиков 1940-х годов. Многие параметры весьма схожи с ракетой «Фау-2». Зато у американцев внутри сидел пилот, а не банальная боеголовка.
X-15 под крылом B-52
X-15 стартовала из-под крыла стратегического бомбардировщика B-52 на высоте порядка 15 километров, затем запускался ракетный двигатель, поднимавший ракетоплан до практического потолка, после чего следовали баллистический спуск, торможение и посадка на аэродроме. Всего прошло чуть меньше двухсот полётов.
X-15
Так что гиперзвуковые скорости покорились человечеству почти шестьдесят лет назад.
Гиперзвуковой двигатель
Когда в настоящее время говорят о современных гиперзвуковых аппаратах, имеют в виду летательные аппараты, оснащённые гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем.
Тут всё просто. Есть классический жидкостный ракетный двигатель, в котором топливо и окислитель «везутся с собой» в двух разных баках. Летательный аппарат может достигать гиперзвуковой скорости, но он, увы, дорогой, сложный и ОЧЕНЬ неэкономичный. На современных самолётах стоят турбореактивные двигатели. В них в качестве окислителя в процессе горения используется атмосферный воздух, за счёт чего они гораздо легче и экономичней (по сравнению с ракетным двигателем, конечно). К сожалению, эти двигатели теряют эффективность на скоростях более М 3.
Турбореактивный двигатель J58 на форсаже, видны Кольца Маха
Для достижения максимальных сверхзвуковых скоростей используют прямоточный воздушно-реактивный двигатель. В нём нет турбины, и он малоэффективен на низких скоростях полёта, зато может достигать больших максимальных скоростей. Но даже с его помощью добраться до гиперзвуковой скорости нереально. Знаменитый Lockheed SR-71 имел именно такую схему: турбореактивный двигатель, способный на больших скоростях работать как прямоточный, однако и он достиг максимальной скорости лишь около 3,4 чисел Маха.
Для совершения дальних и экономичных атмосферных полётов на гиперзвуковой скорости создали гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Он также использует в качестве окислителя атмосферный воздух. При этом воздух, поступающий в воздухозаборник, тормозится до сверхзвуковой скорости, участвует в процессе сгорания топлива и выходит через сопло, создавая реактивную тягу.
Проблема гиперзвука
Всё прекрасно, кроме одного: работает такой двигатель на скоростях выше шести-восьми чисел Маха. При меньшей скорости он просто не запустится, или двигатель сдетонирует. Узнать его можно по воздухозаборнику, больше похожему на модный ручной пылесос.
В настоящее время основная проблема конструкторов — преодоление «разрыва» между максимальной скоростью прямоточного воздушно-реактивного двигателя и минимальной скоростью работы гиперзвукового.
Есть различные разработки, в том числе и установка третьего «промежуточного» двигателя, который может обеспечить нужный разгон во время «разрыва». Впрочем, пока широкой публике сообщают только об испытаниях подобных двигателей.
Евгений Башин-РазумовскийЭксперт по историческим вопросам
В 1950–60-е годы существовали проекты ядерных прямоточных воздушно-реактивных двигателей, также обещавшие достижение скоростей в районе М 3 — М 4. Наиболее известен проект двигателя «Плутон» для сверхзвуковой крылатой ракеты неограниченной дальности SLAM.
Противокорабельная ракета «Циркон»
До настоящего времени самой известной гиперзвуковой российской разработкой была противокорабельная ракета «Циркон». Точных данных нет, но скорее всего, она имеет гибридную силовую установку — ракетный двигатель, выводящий ракету на скорости работы гиперзвукового двигателя, — и ГПРВД (гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель), работающий большую часть времени полёта ракеты. В пользу этой версии говорит её шахтное размещение. Предполагается использовать «Циркон» на российских боевых кораблях и подлодках нового поколения.
X-51
Что характерно, несмотря на сообщения об удачных испытаниях, российскую ракету широкой публике так и не показали. Чаще всего для её иллюстрации использовали картинку с изображением американской разработки Boeing Х-51 (да-да, тот самый автомобильный пылесос).
Подведение итогов
Противокорабельную ракету «Кинжал», созданную на базе ракеты «Искандер», бессмысленно называть гиперзвуковой. Да, во время полёта она достигает скорости более пяти чисел Маха, но при этом летит по аэробаллистической траектории. Также нет смысла говорить о гиперзвуковой скорости, описывая стратегический ракетный комплекс «Сармат». Как и большинство баллистических ракет, он развивает гиперзвуковую скорость — и это нормально.
А вот боевое оснащение — планирующий боевой блок «Авангард» — это именно то, о чём можно говорить, как об образце современных гиперзвуковых технологий. После отделения от баллистической ракеты он может двигаться в плотных слоях атмосферы с гиперзвуковой скоростью свыше 20 Махов, при этом осуществляя глубокое маневрирование.
Такие нынче пошли времена: чтобы считаться современным гиперзвуковым оружием, нужно либо активно маневрировать после достижения гиперзвуковой скорости, либо нести на себе гиперзвуковой прямоточный воздушно-ракетный двигатель. А иначе извини… ты не в тренде, подвинься и дай дорогу молодым и перспективным.
Обидно, ей‑ей.
Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.