Научно-технический задел, реализованный в той или иной степени в программах различных ведомств – X-43A (НАСА), X-51A (ВВС), AHW (СВ), ArcLight (DARPA, ВМС), Falcon HTV-2 (DARPA, ВВС) и других, позволит, по мнению ряда специалистов, создать гиперзвуковые ВВТ: авиационную крылатую ракету (КР) большой дальности, морскую крылатую ракету в противокорабельном (ПКР) и ударном (против наземных целей) вариантах – к 2018–2020 годам, разведывательный самолет – к 2030-му.

Несмотря на ряд неудач в проведении летных испытаний гиперзвуковых летательных аппаратов, американские военные не сворачивают работы в данном направлении. В частности, в ВВС по-прежнему считают, что достижение сверхвысоких скоростей полета – главный приоритет в ведении боевых действий.

Двигатель – оружие – самолет

Работы в области гиперзвука начались в США в конце 70-х годов ХХ века, когда компания «Мартин Мариетта» разрабатывала перспективную стратегическую авиационную ракету ASALM (Advanced Strategic Air Launched Missile) с прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ПВРД). Именно в те годы американские специалисты осознали реальные технологические проблемы обеспечения гиперзвукового полета как для системы ударного оружия, так и для самолета. Реализация детального плана работ в области гиперзвука, сформированного на современном этапе развития науки и техники, должна помочь достижению давно задуманных целей.

Пока налицо крайне медленный прогресс в указанной области за весь период с момента создания ракеты ASALM до недавних полетов аппарата – демонстратора гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД) – крылатой ракеты X-51A Waverider разработки компании «Боинг». Тем не менее неизменной остается погоня за увеличением скорости.

В ближайшее время в США будет завершено формирование целостного плана, реализация которого обеспечит создание гиперзвуковых ударного оружия (ракет) и самолета. Отличительной особенностью этого плана, как отмечает еженедельник «Авиэйшн уик энд спейс текнолоджи», является распределение перспективных задач не по годам, а по десятилетиям.

Работы по ракетам в основном завершатся к 2020 году, а по разведывательному гиперзвуковому самолету, способному преодолевать систему ПВО противника, – к 2030-му. Не исключено, что аппарат будет создан в пилотируемом варианте. Чтобы начать полномасштабную разработку гиперзвукового оружия, к началу 2018 финансового года планируется достигнуть шестого уровня технологической готовности (УТГ, Technology Readiness Level – TRL) – отработки демонстратора перспективного двигателя. В области гиперзвукового самолета заявлена гораздо менее амбициозная задача – достижение четвертого УТГ (отработка конкретных узлов) к 2020 году. В то же время представители ВВС сообщили, что в случае необходимости темпы разработки самолета можно ускорить.

«Непосредственно на данный момент в гиперзвуковом самолете нет прямой необходимости, но если потребуется, мы сможем ускорить исследования», – говорит Кристофер Клей (Christopher Clay), заместитель по технологиям заместителя министра ВВС по науке (Deputy Chief of the Science and Technology Division – AQRT). Конечной задачей исследований, по его словам, является придание боевым возможностям ВВС США гиперзвуковой составляющей. Таким образом, гиперзвуковые КР будут созданы раньше самолета: реализация демонстрационной программы высокоскоростного ударного оружия (в части ракет) HSSW (High-Speed Strike Weapon) начнется примерно в марте 2013 года, а ее завершение запланировано к концу 2020-го с проведением боевых испытаний.

Демонстратор ракетных технологий

«Мы попробуем начать испытательные пуски КР с 2017 года, и если они будут успешными, то продолжатся в 2018 и 2019 годах», – сообщил еженедельнику представитель ВВС США. Он добавил, что планом предусматривается проведение от шести до семи полетов. Главной задачей при их выполнении является повышение надежности различных технологических компонентов оружия – от системы управления до двигательной установки. Цель демонстрационной программы состоит в выполнении успешных ударов по целям на дальности до сотен километров. «Необходимо продемонстрировать точность стрельбы, а также показать работоспособность оружия совместно с существующими бортовыми самолетными системами, возможность его установки как во внутренних отсеках бомбардировщиков, так и на внешних подвесках истребителей. Оно также должно обладать возможностью применения в распределенной сети разведывательных и боевых средств и иметь различные поражающие факторы», – отмечают в ВВС.

Для решения поставленных задач отрабатываются передовые системы наведения, боевые части селективного действия, а также концепции эффективной высокоскоростной двигательной установки длительного действия. Новое оружие стремятся сделать легким и недорогим. Его стоимость не должна превышать стоимость дозвуковых КР более чем в два раза, то есть затраты на выполнение боевых задач должны быть обоснованными и допустимыми. Идея состоит в том, чтобы применять гиперзвуковое оружие там, где это целесообразно. В противном случае гиперзвук не является оптимальным вариантом.

Тактико-технические требования

Гиперзвуковые КР и их прототипы, создаваемые по таким программам, как, например, завершившийся проект «Арклайт» (ArcLight) Управления перспективных исследований Министерства обороны (DARPA), должны быть совместимыми с различными пусковыми системами, в том числе с вертикальной пусковой установкой Mk 41 VLS, принятой на вооружение ВМС США.

ВВС уже практически определились с ключевыми требованиями к ракетам. Они прописаны в «дорожной карте» (плане) – High Speed Weapon Roadmap – по ракетному оружию, формирование которой в настоящее время находится на завершающей стадии.

Что касается самолета в разведывательном или ударном (high-speed ISR/strike) варианте, то он должен сохранить боеспособность (выжить) в течение суток без космической поддержки – коммуникационных и навигационных спутников – и быть в состоянии проникать в зоны, прикрываемые ПВО. Аппарат будет оснащаться турбинным двигателем комбинированного типа TBCC (Turbine-Based Combined Cycle), совершать крейсерский полет на скорости более М=4 и стартовать с обычной взлетно-посадочной полосы. Позже в требованиях ВВС установили конкретную цифру – M=5. Разработка самолета станет значительным шагом вперед в вопросе гиперзвуковых технологий и связана с более высоким уровнем риска по сравнению с ракетами, считают в ВВС.

Поэтому программа создания гиперзвукового самолета и соответствующая «дорожная карта» (High Speed Aircraft Roadmap) имеют более длительные сроки реализации и требуют значительно больших ассигнований. Для определения технологических проблем, которые необходимо решать в ближайшей перспективе, проводился анализ потребности в высокоскоростном носителе. Наряду с изучением новых концепций и видов летательных аппаратов выбиралась желаемая скорость. «Все исследования вели нас в направлении числа M=5 и выше. Мы начали выяснять, какие технологии необходимы, чтобы реализовать такую скорость», – отметили в ВВС. Формируемый целостный план работ предусматривает демонстрацию системы переключения газотурбинного двигателя на двухрежимную работу прямоточного и гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя в 2020 году. «Очень важно преодолеть переходный режим, – отмечают американские специалисты. – При этом необходимо исследовать, как можно использовать коммерческие серийные газотурбинные двигатели. Например, можно ли немного продлить работу газотурбинного двигателя и слегка задержать начало работы двухрежимного ПВРД?».

Силовая установка

В мае 2010 года первый полет X-51A с углеводородным ГПВРД продолжался 143 секунды вместо запланированных 300. Утечка в уплотнении между двигателем и соплом привела к преждевременному окончанию полета, однако ГПВРД обеспечил требуемое ускорение. Второй полет в июне 2011-го завершился, когда воздухозаборник не начал работать в момент запуска ГПВРД. А третий в августе 2012 года закончился до момента запуска двигателя из-за неисправности в управляемом стабилизаторе аппарата, которая привела к его падению и разрушению. В рамках подготовки к завершающему четвертому полету по всем выявленным недостаткам были проведены необходимые конструктивные доработки аппарата-демонстратора.

Новые испытания двигателя-демонстратора будут проходить на планере уменьшенных размеров с подачей потока топлива как полномасштабной, так и половинной мощности. Эта опытная модель станет технологическим стендом для отработки других систем, например композиционных конструкций с керамической матрицей, технологии регулирования мощности, теплорегулирования, бортовых датчиков. В тестах будут применяться ГПВРД, в 8–16 раз превосходящие по размерам те, которые выполняли испытательные полеты до нынешнего дня.

Недавно в число задач технологических испытаний включена герметизация сопла. «На примере аппарата X-51A мы увидели, как простые вещи, например уплотнение, могут привести к проблемам», – отметил один из представителей ВВС. Он также сообщил, что четвертый полет демонстратора гиперзвуковых технологий X-51A состоится в любом случае. Всего было проведено три испытательных полета: один признали частично успешным, два – неудачными. Научно-исследовательская лаборатория ВВС США (Air Force Research Laboratory – AFRL) четвертый тест наметила на середину 2013 года.

Ведомственные программы

Интересно отметить, что американские специалисты в области аэрокосмических технологий категорически не согласны с мнением, что неудачи летных испытаний обусловливают необходимость сворачивания реализуемых программ. Особенно если дело касается гиперзвуковой техники. Чем сложнее программа, тем больше она связана с возможными неудачами в ходе ее реализации, считают эксперты. Эти неудачи являются неотъемлемой частью формирования опыта и накопления знаний и без них невозможен прогресс в развитии техники. Желательно только, чтобы в целях снижения стоимости и рисков неудачи случались на ранних стадиях реализации проекта.

Надежды ВВС на возможность создания боевой гиперзвуковой техники в указанные сроки связаны с определенными успехами прежних программ различных организаций. В частности, в ходе первого полета аппарата X-51A работа в режиме ГПВРД продолжалась 143 секунды, что в 11 раз превысило время работы аппарата X-43A НАСА в 2004 году.

В ноябре 2011-го проведено успешное летное испытание высокоточного боевого блока-демонстратора AHW (Advanced Hypersonic Weapon) для СВ США. Гиперзвуковой атмосферный планирующий аппарат дальнего действия был запущен из Тихоокеанского ракетного испытательного центра (остров Кауаи, Гавайские острова) в зону атолла Кваджалейн, где расположен испытательный полигон СВ. Цель испытаний заключалась в сборе данных по технологиям обеспечения гиперзвукового планирующего полета в атмосфере на большую дальность. Оценивались аэродинамические характеристики, система навигации, наведения и управления, технологии системы теплозащиты. Трехступенчатая ракета-носитель обеспечила выведение планирующего аппарата AHW на расчетную траекторию полета и его отделение от последней ступени ракеты. Аппарат выполнил полет на гиперзвуковой скорости по небаллистической планирующей траектории и менее чем за 30 минут достиг расчетной зоны падения на атолле Кваджалейн. На всех участках полета проводился сбор телеметрической информации космическими, воздушными, наземными и морскими средствами. Полученные данные используются для моделирования и разработки перспективных гиперзвуковых планирующих аппаратов. Программу AHW реализуют Командование космической и противоракетной обороны (United States Army Space and Missile Defense Command – USASMDC) и Стратегическое командование (Army Forces Strategic Command – ARSTRAT) СВ США в рамках инициативы МО «Быстрый глобальный удар» (Prompt Global Strike).

Разгонная ступень и планирующий аппарат разработаны Национальной лабораторией Сандиа в Альбукерке штата Нью-Мексико. Система теплозащиты аппарата создана Центром авиационных и ракетных НИОКР СВ в городе Хантсвилле штата Алабама (Redstone Arsenal SMDC/ARSTRAT).

Переломный момент

Одно из направлений перспективных работ ВВС по гиперзвуку состоит в достижении более высоких скоростей и более широкой зоны действия. Это резко сокращает время, отпущенное противнику для ответной реакции, и позволяет сохранить свои войска на безопасном удалении (вне зоны действия огневых средств противника). В будущих военных конфликтах между практически равными по техническим возможностям сторонами для достижения превосходства очень привлекательной является идея применения гиперзвукового оружия. Именно поэтому AFRL и DARPA продолжают работы по программам изучения таких технологий.

Как подчеркивают эксперты, в рамках нынешнего военного бюджета США и при наличии весьма жестких требований к выполнению заявленных НИОКР необходима прорывная концепция для привлечения заказчиков. Высокоскоростное гиперзвуковое оружие глобального радиуса действия как раз и является такой идеей. Здесь речь идет действительно о революционных достижениях науки, а не о различных технологических инновациях. Отказы в испытаниях являются неотъемлемой частью реализации концепций данного типа, поскольку база знаний, необходимых для достижения успеха, все еще находится в стадии формирования.

Прошли десятилетия с начала исследований в области гиперзвука. Промышленность по-прежнему продолжает собирать новую информацию об аэродинамике, двигателе, управлении полетом и тепловой защите гиперзвуковых летательных аппаратов. В отличие от технологий обеспечения малозаметности «Стелс», которые разрабатывались в рамках официальных, хотя и закрытых работ, в области гиперзвука в США до последнего времени не было постоянной программы исследований с достаточным количеством полетов, необходимых для отработки научно-технических задач. Проведено относительно немного летных испытаний, что связано со снижением затрат и рисков. Однако руководство каждой новой программы в области гиперзвука пытается оправдать ее существование, достигнув более высоких результатов, чем в предшествующих проектах, увеличивая таким образом риск и стоимость отказов. Но ведь погоня за гиперзвуком – это только верхушка айсберга.

Развитие потенциально ценных технологий в аэрокосмической индустрии сдерживается из-за страха провалов даже на ранней стадии НИОКР. Каким-то образом эта отрасль, важная сама по себе, достигла состояния, где нет или почти нет терпимости к риску, подчеркивают американские специалисты. В связи с этим американское научное сообщество считает, что сегодня настал такой момент, когда необходимо собраться, возобновить летные испытания и попытаться решить сложные проблемы, связанные с дальнейшим развитием гиперзвуковых технологий.