Hypersound dukker op som den næste centrale parameter for våben og overvågningsplatforme, og derfor er det værd at se nærmere på den forskning, der udføres på dette område af USA, Rusland og Indien
Det amerikanske forsvarsministerium og andre offentlige instanser udvikler hypersonisk teknologi til to umiddelbare og et langsigtet mål. Ifølge Robert Mercier, chef for højhastighedssystemer ved US Air Force Research Laboratory (AFRL), er de to nærmål hypersoniske våben, som forventes at være teknologisk klar i begyndelsen af 1920'erne, og et ubemandet overvågningskøretøj, som vil være klar til indsættelse i slutningen af 1920'erne. eller begyndelsen af 30'erne, og hypersoniske køretøjer vil følge i den fjernere fremtid.
"Udforskning af rummet ved hjælp af rumfartøjer med en luftmotor er et langt mere fjernt perspektiv," sagde han i et interview. "Det er usandsynligt, at hypersonisk rumfartøj vil være klar inden 2050'erne." Mercier tilføjede, at den overordnede udviklingsstrategi er at starte med små våben og derefter, som teknologi og materialer udvikler sig, udvide til luft- og rumfartøjer.
Spiro Lekoudis, direktør for afdelingen for våbensystemer, indkøb, teknologi og forsyning i forsvarsministeriet, bekræftede, at hypersoniske våben sandsynligvis vil være det første indkøbsprogram, der vil komme frem efter udviklingen af denne teknologi af ministeriet og dets partnerorganisationer. "Flyet er bestemt et meget længere projekt end et våben," sagde han i et interview. Det amerikanske luftvåben forventes at gennemføre en demonstration af High Speed Strike Weapon (HSSW) - en fælles udvikling med Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) - omkring 2020, hvor Pentagon beslutter, hvordan man bedst overfører denne teknologi ind i udviklingsprogrammet og indkøb af hypersoniske missiler.
"Der er to hovedforskningsartikler, der har til formål at demonstrere HSSW -teknologien," siger Bill Gillard, plan- og programdesigner hos AFRL. "Det første er Lockheed Martin og Raytheons TBG (Tactical BoosWSIide) taktiske accelerationsplanlægningsprogram, og det andet er HAWC (Hypersonic Air-breathing Weapon Concept), ledet af Boeing."
"I mellemtiden foretager AFRL endnu en grundlæggende undersøgelse for at supplere DARPA- og US Air Force -projekterne," sagde Gillard. For eksempel inden for rammerne af validering af konceptet om konceptet om genanvendelige fly til hypersonik (REACH) blev der ud over undersøgelsen af grundmaterialer udført flere forsøg med små og mellemstore ramjetmotorer. "Vores mål er at promovere databasen og udvikle og demonstrere teknologier, der kan bruges til at skabe nye systemer." AFRLs langsigtede grundforskning inden for forbedring af keramisk-matrixkomposit og andre varmebestandige materialer er ekstremt vigtig for skabelsen af lovende hypersoniske køretøjer.
AFRL og andre Pentagon -laboratorier arbejder intensivt på to hovedaspekter ved lovende hypersoniske køretøjer: evnen til at genbruge og øge deres størrelse."Der er endda en tendens hos AFRL til at fremme konceptet om genanvendelige og større hypersoniske systemer," sagde Gillard. "Vi har fokuseret alle disse teknologier på projekter som X-51, og REACH bliver en anden."
"Demonstrationen i 2013 af Boeings X-51A WaveRider-missil vil danne grundlag for det amerikanske luftvåbnets hypersoniske bevæbningsplaner," sagde John Leger, chef inden for luftfartsprojekter i AFRLs våbenafdeling. "Vi studerer de erfaringer, der er opnået under udviklingen af X-51-projektet, og bruger det i udviklingen af HSSW."
Samtidig med projektet med det hypersoniske krydsermissil X-51 udviklede forskellige forskningsorganisationer også større (10x) ramjetmotorer (ramjet), som "forbruger" 10 gange mere luft end X-51-motoren. "Disse motorer er ideelle til systemer som højhastighedsovervågning, rekognoscering og efterretningsplatforme og atmosfæriske krydstogtsraketter," sagde Gillard. "Og i sidste ende er vores planer at bevæge os længere mod tallet 100, som vil give adgang til rummet ved hjælp af luftåndende systemer."
AFRL undersøger også muligheden for at integrere en hypersonisk ramjetmotor med en højhastighedsturbinemotor eller raket for at have tilstrækkelig fremdrift til at opnå store Mach-antal.”Vi undersøger alle mulighederne for at forbedre effektiviteten af de supersoniske flymotorer. De betingelser, de skal flyve til, er ikke helt gunstige."
Den 1. maj 2013 bestod Kh-51A WaveRider-raketten med succes flyvetest. Det eksperimentelle apparat blev fjernet fra B-52H-flyet og accelereret ved hjælp af en raketaccelerator til en hastighed på 4,8 Mach-tal (M = 4, 8). Derefter adskilte X-51A fra speederen og startede sin egen motor, accelererede til Mach 5, 1 og fløj 210 sekunder, indtil alt brændstof var brændt ud. Luftvåbnet indsamlede alle telemetredata i 370 sekunders flyvning. Rocketdyne -divisionen i Pratt & Whitney har udviklet motoren til WaveRider. Senere blev denne division solgt til Aerojet, der fortsat arbejder på hypersoniske kraftværker, men ikke giver nogen detaljer om dette emne.
Tidligere, fra 2003 til 2011, arbejdede Lockheed Martin med DARPA om det oprindelige koncept for Falcon Hypersonic Technology Vehicle-2. Booster til disse køretøjer, der blev lanceret fra Vandenberg flybase i Californien, var en Minotaur IV letraket. HTV-2's jomfruflyvning i 2010 genererede data, der demonstrerede fremskridt inden for aerodynamisk ydeevne, ildfaste materialer, termiske beskyttelsessystemer, autonome flyvesikkerhedssystemer og langtrækkende hypersonisk flyvevejledning, navigation og kontrolsystemer.
To demonstrationslanceringer blev gennemført med succes i april 2010 og august 2011, men ifølge DARPA -erklæringer mistede Falcon -køretøjer begge gange under flyvning, der forsøgte at nå den planlagte hastighed på M = 20, kontakten med kontrolcentret i flere minutter.
Resultaterne af X-51A-programmet bruges nu i HSSW-projektet. Bevæbnings- og vejledningssystemet udvikles i to demonstrationsprogrammer: HAWC og TBG. DARPA tildelte kontrakter til Raytheon og Lockheed Martin i april 2014 for at fortsætte udviklingen af TBG -programmet. Virksomhederne modtog henholdsvis 20 og 24 millioner dollars. I mellemtiden udvikler Boeing HAWC -projektet. Hun og DARPA nægter at give detaljer om denne kontrakt.
Målet med TBG- og HAWC -programmerne er at accelerere våbensystemer til en hastighed på M = 5 og yderligere planlægge dem til deres eget formål. Sådanne våben skal være manøvredygtige og ekstremt modstandsdygtige over for varme. I sidste ende vil disse systemer kunne nå en højde på næsten 60 km. Sprænghovedet, der er udviklet til et hypersonisk missil, har en masse på 76 kg, hvilket er omtrent lig med massen af en lille diameter bombe SDB (Small Diameter Bomb).
Mens X-51A-projektet med succes demonstrerede integrationen af et fly og en hypersonisk motor, vil TBG- og HAWC-projekterne fokusere på avanceret vejledning og kontrol, som ikke blev fuldt ud implementeret i Falcon- eller WaveRider-projekterne. Seeker -undersystemer (GOS) er engageret i flere amerikanske luftvåbnets våbenlaboratorier for yderligere at forbedre mulighederne i hypersoniske systemer. I marts 2014 sagde DARPA i en erklæring, at under TBG -projektet, der skal gennemføre en demonstrationsflyvning inden 2020, forsøger partnervirksomheder at udvikle teknologier til et taktisk hypersonisk glidesystem med en raketforstærker, der blev lanceret fra et fly.
“Programmet vil tage fat på de system- og teknologiske problemer, der kræves for at skabe et hypersonisk glidesystem med en raketforstærker. Disse omfatter udvikling af koncepter til et apparat med de nødvendige aerodynamiske og aerothermodynamiske egenskaber; styrbarhed og pålidelighed i en lang række driftsbetingelser; systemets og delsystemets egenskaber, der er nødvendige for effektivitet under de relevante driftsbetingelser endelig fremgangsmåder til at reducere omkostningerne og øge overkommeligheden af det eksperimentelle system og fremtidige produktionssystemer,”hedder det i erklæringen. Flyet til TBG -projektet er et sprænghoved, der adskiller sig fra speederen og glider med hastigheder op til M = 10 eller mere.
I mellemtiden, som en del af HAWC -programmet, efter X -51A -projektet, vil et hypersonisk krydsermissil med en ramjetmotor blive demonstreret ved lavere hastigheder - cirka M = 5 og højere. "HAWC's teknologi kan udvide til lovende genbrugelige hypersoniske luftbårne platforme, der kan bruges som rekognoseringskøretøjer eller adgang til det ydre rum," sagde DARPA i en erklæring. Hverken DARPA eller Boeings hovedentreprenør har afsløret alle detaljerne i deres fælles program.
Mens forsvarsministeriets primære hypersoniske mål er våbensystemer og rekognosceringsplatforme, startede DARPA i 2013 et nyt program for at udvikle en genanvendelig ubemandet hypersonisk booster til at opsende små satellitter, der vejer 1.360-2270 kg i en lav bane, som samtidig vil fungere som et testlaboratorium for hypersoniske køretøjer. I juli 2015 tildelte kontoret Boeing og dets partner Blue Origin en kontrakt på 6,6 millioner dollar for at fortsætte arbejdet med XS-1 Experimental Spaceplane, ifølge en kongreserklæring. I august 2014 meddelte Northrop Grumman, at det også arbejdede med Scaled Composites og Virgin Galactic om det tekniske design og flyveplan for XS-1-programmet. Virksomheden modtog en 13-måneders kontrakt til en værdi af $ 3,9 millioner.
XS-1 forventes at have en genanvendelig lanceringsforstærker, der, kombineret med en engangsforstærker, vil levere en overkommelig levering af et køretøj på 1360 kg til LEO. Ud over den billige lancering, der anslås til en tiendedel af omkostningerne ved en aktuel tung raketopsendelse, vil XS-1 sandsynligvis også tjene som et testlaboratorium for nye hypersoniske køretøjer.
DARPA vil gerne til sidst lancere XS-1 hver dag for mindre end $ 5 millioner pr. Flyvning. Ledelsen ønsker at få en enhed, der kan nå hastigheder på mere end 10 Mach -numre. De efterspurgte driftsprincipper "som et fly" omfatter vandrette landinger på standardbaner, derudover skal opsendelsen være fra en løfteraket, plus der skal være et minimum af infrastruktur og terrænpersonale og et højt autonomi. Den første testflyvning er planlagt til 2018.
Efter flere mislykkede forsøg fra NASA, begyndende i 1980'erne, at udvikle et system som XS-1, mener militære forskere nu, at teknologien er modnet nok på grund af fremskridt inden for lette og billige kompositter og forbedret termisk beskyttelse.
XS-1 er et af flere Pentagon-projekter, der har til formål at reducere omkostningerne ved opsendelse af satellitter. Med nedskæringerne i det amerikanske forsvarsbudget og opbygningen af andre nationers kapacitet bliver rutinemæssig adgang til rummet en stadig mere national sikkerhedsprioritet. At bruge tunge raketter til at opsende satellitter er dyrt og kræver en udførlig strategi med få muligheder. Disse traditionelle lanceringer kan koste hundredvis af millioner af dollars og kræver, at dyr infrastruktur vedligeholdes. Da det amerikanske luftvåben insisterer på, at lovgivere udsteder et dekret om at suspendere brugen af russiske RD-180-raketmotorer til opsendelse af amerikanske satellitter, vil DARPA's hypersoniske forskning bidrage til betydeligt at forkorte den vej, der skal tilbagelægges, kun afhængig af sine egne styrker og midler.
Rusland: gør op med tabt tid
I slutningen af Sovjetunionens eksistens designede maskinbygningsdesignbureauet MKB "Raduga" fra Dubna GELA (Hypersonic Experimental Aircraft), som skulle blive prototypen på det strategiske luftaffyringsraket X-90 ("Produkt 40 ") med en ramjet-motor" Produkt 58 "Udviklet af TMKB (Turaevskoe maskinbygningsdesign-bureau)" Soyuz ". Raketten skulle være i stand til at accelerere til en hastighed på 4,5 Mach -tal og have en rækkevidde på 3000 km. Sættet med standardvåben fra den moderniserede strategiske bombefly Tu-160M skulle indeholde to X-90 missiler. Arbejdet med det supersoniske krydsermissil Kh-90 blev afbrudt i 1992 på laboratoriestadiet, og selve GELA-apparatet blev vist i 1995 på luftfartsudstillingen MAKS.
De mest omfattende oplysninger om de nuværende hypersoniske luftaffyringsprogrammer blev præsenteret af den tidligere chef for generalstaben for det russiske luftvåben, Alexander Zelin, i et foredrag, han holdt på en konference for flyproducenter i Moskva i april 2013. Ifølge Zelin udfører Rusland et to-trins program til udvikling af et hypersonisk missil. Den første etape giver mulighed for udvikling inden 2020 af et substrategisk luftaffyringsraket med en rækkevidde på 1.500 km og en hastighed på cirka M = 6. Yderligere i det næste årti skulle der udvikles en raket med en hastighed på 12 Mach -tal, der er i stand til at nå ethvert punkt i verden.
Mest sandsynligt er Mach 6 -missilet nævnt af Zelin Product 75, også betegnet GZUR (HyperSonic Guided Missile), som i øjeblikket befinder sig på det tekniske designstadium hos Tactical Missiles Corporation. "Produkt 75" har tilsyneladende en længde på 6 meter (den maksimale størrelse, som bombebugten i Tu-95MS kan tage, den kan også passe i bevæbningsrummet på Tu-22M-bombeflyet) og vejer omkring 1.500 kg. Det skal sættes i gang af Product 70 ramjet -motoren udviklet af Soyuz TMKB. Dens aktive radarsøger Gran-75 er i øjeblikket under udvikling af Detal UPKB i Kamensk-Uralsky, mens det passive bredbåndshoved til bredbånd fremstilles af Omsk Central Design Bureau.
I 2012 begyndte Rusland flyvetest af et eksperimentelt hypersonisk køretøj, der var knyttet til suspensionen af en Tu-23MZ langdistance-supersonisk bombefly-bombefly (NATO-betegnelse "Backfire"). Ikke tidligere end 2013 foretog denne enhed sin første gratis flyvning. Den hypersoniske enhed er installeret i næsesektionen af X-22 raketten (AS-4 "Kitchen"), som bruges som en lanceringsforstærker. Denne kombination er 12 meter lang og vejer cirka 6 tons; den hypersoniske komponent er cirka 5 meter lang. I 2012 afsluttede Dubna maskinbygningsanlæg opførelsen af fire X-22 supersoniske krydstogtsluftlancerede anti-skibsmissiler (uden søger og sprænghoveder), der skal bruges i test af hypersoniske køretøjer. Raketten er affyret fra en Tu-22MZ undervinget affjedring ved hastigheder op til Mach 1, 7 og højder op til 14 km og accelererer testkøretøjet til Mach 6, 3 og en højde på 21 km, inden testkomponenten lanceres, hvilket tilsyneladende udvikler sig en hastighed på 8 Mach -tal.
Rusland forventedes at deltage i lignende flyvetests af det franske MBDA LEA hypersoniske køretøj, der blev lanceret fra Backfire. Ifølge tilgængelige data er testhypersonisk komponent imidlertid et oprindeligt russisk projekt.
I oktober-november 2012 underskrev Rusland og Indien en foreløbig aftale om at arbejde på BrahMos-II hypersonisk missil. Samarbejdsordningen omfatter NPO Mashinostroeniya (raket), TMKB Soyuz (motor), TsAGI (aerodynamisk forskning) og TsIAM (motorudvikling).
Indien: en ny spiller på banen
Efter en aftale om fælles udvikling med Rusland blev Indiens BrahMos -raketprogram lanceret i 1998. Ifølge aftalen var de vigtigste partnere den russiske NPO Mashinostroyenia og Indian Defense Research and Development Organization (DRDO).
Den første version er et to-trins supersonisk krydsermissil med radarstyring. Den faste drivmotor i det første trin accelererer raketten til supersoniske hastigheder, mens væske-drivmiddelramjet i det andet trin accelererer raketten til hastigheden M = 2. 8. BrahMos er faktisk den indiske version af Russisk Yakhont -missil.
Mens BrahMos-raketten allerede var blevet leveret til den indiske hær, flåde og luftfart, blev beslutningen om at begynde at udvikle en hypersonisk version af BrahMos-II-raketten af det allerede etablerede partnerskab truffet i 2009.
I overensstemmelse med det tekniske design vil BrahMos-ll (Kalam) flyve med hastigheder over Mach 6 og have større nøjagtighed i forhold til BrahMos-A-varianten. Missilet vil have en maksimal rækkevidde på 290 km, hvilket er begrænset af Missile Technology Control Regime underskrevet af Rusland (det begrænser udviklingen af missiler med en rækkevidde på mere end 300 km for et partnerland). For at øge hastigheden i BrahMos-2-raketten vil der blive brugt en hypersonisk ramjetmotor, og ifølge en række kilder udvikler den russiske industri et specielt brændstof til det.
For BrahMos-II-projektet blev der taget en afgørende beslutning om at opretholde de fysiske parametre i den tidligere version, så den nye raket kunne bruge de allerede udviklede affyringsramper og anden infrastruktur.
Målsætningen for den nye variant omfatter befæstede mål såsom underjordiske krisecentre og våbendepoter.
En skalamodel af BrahMos-II-raketten blev vist på Aero India 2013, og prototypetest skal begynde i 2017. (På den nyligt afholdte udstilling Aero India 2017 blev der præsenteret en Su-30MKI-jagerfly med en Brahmos-raket på en undervingspylon). I 2015, i et interview, sagde den administrerende direktør for Brahmos Aerospace, Kumar Mishra, at den nøjagtige konfiguration stadig skal godkendes, og at en fuldgyldig prototype forventes tidligst i 2022.
En af de største udfordringer er at finde designløsninger til BrahMos-II, der gør det muligt for raketten at modstå de ekstreme temperaturer og belastninger ved hypersonisk flyvning. Blandt de vanskeligste problemer er søgen efter de mest egnede materialer til fremstilling af denne raket.
DRDO anslås at have investeret cirka 250 millioner dollars i udviklingen af et hypersonisk missil; i øjeblikket er der udført test af en hypersonisk VRM i laboratoriet af moderne systemer i Hyderabad, hvor der ifølge rapporter blev opnået en hastighed på M = 5, 26 i en vindtunnel. Den hypersoniske vindtunnel spiller en nøgle rolle i simuleringen af den hastighed, der kræves for at teste forskellige strukturelle elementer i en raket.
Det er klart, at det hypersoniske missil kun vil blive leveret til Indien og Rusland og ikke vil være tilgængeligt for salg til tredjelande.
Der er en leder
Som den mest magtfulde militære og økonomiske magt i verden driver USA hypersoniske udviklingstendenser, men lande som Rusland og Indien holder det tilbage.
I 2014 annoncerede det amerikanske luftvåbnets overkommando, at hypersoniske kapaciteter ville komme øverst på top fem udviklingsprioriteter i det næste årti. Hypersoniske våben vil være svære at opfange og vil give mulighed for at levere langdistanceangreb hurtigere end den nuværende missilteknologi tillader.
Derudover ses denne teknologi af nogle som en efterfølger til stele-teknologien, da våben, der bevæger sig ved høje hastigheder og i store højder, vil have bedre overlevelsesevne end langsomme lavflyvende systemer, hvilket betyder, at de vil være i stand til at angribe mål i anfægtet begrænset adgang plads. På grund af fremskridtene inden for luftforsvarsteknologier og deres hurtige spredning er det afgørende at finde nye måder at trænge ind i "fjendens afskærmninger".
Til dette formål tvinger amerikanske lovgivere Pentagon til at fremskynde udviklingen af hypersonisk teknologi. Mange af dem peger på udviklingen i Kina, Rusland og endda Indien som begrundelse for en mere aggressiv amerikansk indsats i denne retning. Repræsentanternes hus i sin version af forsvarsudgiftsforslaget sagde, at "de er klar over den hurtigt udviklende trussel, som udviklingen af hypersoniske våben udgør i potentielle modstanderes lejr."
De nævner der "flere nylige tests af hypersoniske våben udført i Kina samt udviklingen på dette område i Rusland og Indien" og opfordrer til "at gå stærkt fremad." "Afdelingen mener, at hurtigt voksende kapaciteter kan udgøre en trussel mod den nationale sikkerhed og vores aktive kræfter," siger loven. Især hedder det også, at Pentagon bør bruge "teknologi tilbage fra tidligere hypersoniske tests" til at fortsætte udviklingen af denne teknologi.
Amerikanske luftvåbnets embedsmænd forudsiger, at genanvendelige hypersoniske fly kan komme i drift i 1940'erne, og eksperter fra militære forskningslaboratorier bekræfter disse skøn. At komme ud med en konkurrencedygtig løsning foran potentielle modstandere ville bringe USA i en fordelagtig position, især i Stillehavet, hvor lange distancer hersker og høje hastigheder i store højder vil blive foretrukket.
Da teknologien, som skulle "modnes" i den nærmeste fremtid, kan anvendes i udviklingen af våben og rekognoseringsfly, opstår et stort spørgsmål - i hvilken retning Pentagon vil bevæge sig først. Både Pentagons projekter, "arsenalfly" -projektet, som forsvarssekretær Carter var i gang med i 2016, og den nye Long-Range Strike Bomber (LRS-B) / B-21, er platforme, der kan bære en nyttig hypersonisk belastning, uanset om det er være våben eller rekognoscering og overvågningsudstyr.
For resten af verden, herunder Rusland og Indien, er vejen fremad mindre entydig, når det kommer til lange udviklingscyklusser og fremtidige implementeringer af hypersonisk teknologi og hypersoniske platforme.
