Гиперзвуковые ударные системы нового поколения

http://vlasti.net/news/162303

Локальные войны последних десятилетий, и прежде всего военные операции в Ираке и Афганистане, выявили недостаточную оперативность обычного высокоточного оружия, в том числе УАБ. При выполнении боевого задания, проходит слишком большое время с момента обнаружения цели и принятия решения об атаке до ее поражения. Например, бомбардировщик В-2 Spirit, взлетая с аэродрома на территории США, должен лететь 12-15 ч до района атаки цели. Поэтому, в современных условиях требуется оружие быстрого реагирования и высокоточного действия на большом расстоянии, достигающим десятки тысяч км.

Одним из направлений исследований по выполнению указанных требований за рубежом является создание гиперзвуковых ударных систем нового поколения. Работы по созданию гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА) (ракет) и кинетического оружия, обладающего способностью высокоточного поражения целей ведутся в США, Великобритании, Франции и Германии.

Изучение зарубежного опыта для нас является чрезвычайно важным, так как перед отечественным оборонно-промышленным комплексом (ОПК), как отметил Д. Рагозин в своей статье «России нужна умная оборонка» (Газета «Красная Звезда». 2012. – 7 февраля. – С. 3) поставлена задача «в кратчайшие сроки вернуть себе мировое технологическое лидерство в области производства вооружений». Как отмечено в статье В.В. Путина «Быть сильными: гарантии национальной безопасности для России» (Газета «Российская газета». – 2012. – № 5708 (35). – 20 февраля. – С. 1-3) «задача предстоящего десятилетия заключается в том, чтобы новая структура Вооружённых Сил смогла опереться на принципиально новую технику. На технику, которая «видит» дальше, стреляет точнее, реагирует быстрее, чем аналогичные системы любого потенциального противника».

Чтобы достичь этого, необходимо досконально знать состояние, тенденции и основные направления работ за рубежом. Конечно, всегда наши специалисты при выполнении НИОКР старались выполнить это условие. Но в сегодняшней обстановке, когда «у ОПК нет возможности спокойно догонять кого-то, мы должны совершить прорыв, стать ведущими изобретателями и производителями … Реагировать на угрозы и вызовы только сегодняшнего дня – значит обрекать себя на вечную роль отстающих. Мы должны всеми силами обеспечить техническое, технологическое, организационное превосходство над любым потенциальным противником» (Из статьи В.В. Путина).

Считается, что впервые создание гиперзвуковых ЛА было предложено в 1930-х годах в Германии профессором Эйгеном Зенгером и инженером Иреной Бредт. Предлагалось создание горизонтально стартующего на ракетной катапульте самолета, под действием ракетных двигателей разгоняющегося до скорости около 5900 м/с, совершающего трансконтинентальный полет дальностью 5-7 тыс. км по рикошетирующей траектории со сбросом боевой нагрузки массой до 10 т и совершающего самолетную посадку на дальности более 20 тыс. км от точки старта.

Рассматривая развитие ракетного дела 1930-х годов инженер С. Королев и летчик-наблюдатель Е. Бурче (Королев С., Бурче Е. Ракета на войне//Техника-молодежи. – 1935. – №5. – С. 57-59) предложили схему применения ракетного боевого самолета-стратоплана: «Переходя к бомбометанию, необходимо учесть то обстоятельство, что точность попадания с высот, измеряемых десятками километров и при громадных скоростях стратоплана, должны быть ничтожной. Но зато вполне возможно и представляет большое значение подход к цели в стратосфере вне пределов досягаемости наземного оружия, быстрый спуск, бомбометание с обычных высот, обеспечивающих нужную меткость, и затем молниеносный подъем вновь на недосягаемую высоту».

Концепция глобального удара на основе гиперзвукового оружия

В настоящее время данная идея начинает практически воплощаться. В США в середине 1990-х годов была сформулирована концепция Global Reach – Global Power («Глобальная досягаемость – глобальная мощь»). В соответствии с ней США должны обладать возможностью нанесения ударов по наземным и надводным целям в любой точке планеты в течение 1-2 ч после поступления приказа, без использования зарубежных военных баз с применением обычных средств поражения, например, УАБ. Осуществить это возможно с использованием нового гиперзвукового оружия, состоящего из гиперзвуковой платформы-носителя и автономного ЛА с боевой нагрузкой, в частности УАБ, Основными свойствами такого оружия является высокая скорость, большая дальность, достаточно высокая маневренность, малая заметность и высокая оперативность применения.

В рамках масштабной программы ВС США Promt Global Strike («Быстрый глобальный удар»), позволяющей нанести удар обычным (неядерным) вооружением кинетического действия по любой точке планеты в течение одного часа, и проводимой в интересах Армии США осуществляется разработка гиперзвуковой ударной системы нового поколения в двух вариантах:

• первый под названием AHW (Advanced Hypersonic Weapon) использует в качестве сверхзвуковой платформы одноразовую ракету-носитель с последующим стартом к цели сверхзвукового ЛА AHW (гиперзвуковой планирующий ЛА можно также назвать маневрирующей боеголовкой), оснащенного управляемыми авиационными бомбами для поражения цели;

• второй под названием ударная гиперзвуковая ударная система FALCON HCV-2 использует гиперзвуковой самолет для создания условий старта автономного гиперзвукового планирующего ЛА CAV, который осуществляет полет к цели и ее поражение с помощью УАБ.


Рис.1 – Варианты конструктивно-аэродинамического облика ударного гиперзвукового ЛА HCV

Первый вариант технического решения имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что ракета-носитель, доставляющая гиперзвуковой снаряд в точку старта AHW, может быть принята за ракету с ядерной боеголовкой.

В 2003 г. ВВС и Управление перспективных разработок (DARPA) Министерства обороны США на основе собственных разработок и предложений промышленности по перспективным гиперзвуковым системам разработали новую концепцию перспективной гиперзвуковой ударной системы, получившей название FALCON (Force Application and Launch from Continental US, «Применение силы при запуске с континентальной части Соединенных Штатов») или «Сокол». Согласно этой концепции ударная система FALCON состоит из гиперзвукового многоразового (например, беспилотного) самолета-носителя HCV (Hypersonic Cruise Vehicle – ЛА, осуществляющий полет на высотах порядка 40-60 км с гиперзвуковой крейсерской скоростью, с массой боевой нагрузки до 5400 кг и дальностью 15-17000 км) и многоразового гиперзвукового высокоманевренного управляемого планера CAV (Common Aero Vehicle – унифицированный автономный ЛА) с аэродинамическим качеством 3-5. Базирование аппаратов HCV предполагается на аэродромах с взлетно-посадочной полосой длиной до 3 км.

Головным разработчиком ударного гиперзвукового аппарата HCV и средства доставки CAV ударной системы FALCON была выбрана корпорация Lockheed-Martin. В 2005 г. она приступила к работам по определению их технического облика и оценке технологической реализуемости проектов. К работам также подключены крупнейшие аэрокосмические фирмы США – Boeing, Northrop Grumman, Andrews Space. В связи с высоким уровнем технологического риска программы были проведены концептуальные исследования нескольких вариантов экспериментальных образцов средств доставки и их носителей с оценкой характеристик маневренности и управляемости.

При сбросе с носителя на гиперзвуковой скорости он может доставлять к цели на дальность до 16000 км различную боевую нагрузку с максимальной массой 500 кг. Аппарат предполагается выполнить по перспективной аэродинамической схеме, обеспечивающей высокое аэродинамическое качество. Для перенацеливания аппарата в полете и поражения выявленных в радиусе до 5400 км целей в состав его оборудования предполагается включить аппаратуру обмена данными в реальном масштабе времени с различными разведывательными системами и пунктами управления. Поражение стационарных высокозащищенных (заглубленных) целей будет обеспечиваться применением средств поражения калибра 500 кг с проникающей боевой частью. Точность (круговое вероятное отклонение) должно составить около 3 м при скорости встречи с целью до 1200 м/с.


Рис.2 – Автономный гиперзвуковой ЛА CAV

Гиперзвуковой планирующий ЛА CAV с аэродинамическими органами управления имеет массу примерно 900 кг, которых на самолете-носителе может находиться до шести, несет в своем боевом отсеке две обычные авиабомбы массой по 226 кг. Точность применения бомб очень высокая – 3 метра. Дальность действия собственно CAV может составлять около 5000 км. На рис. 2 представлена схема разделения проникающих средств поражения с помощью надувных оболочек.

Схема боевого применения гиперзвуковой ударной системы FALCON выглядит примерно следующим образом. После получения задания гиперзвуковой бомбардировщик HCV взлетает с обычного аэродрома и с помощью комбинированной двигательной установки (ДУ) разгоняется до скорости, примерно соответствующей М = 6. При достижении этой скорости ДУ переходит в режим гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, разгоняя ЛА до М = 10 и высоты не менее 40 км. В заданный момент происходит отделение от самолета-носителя ударного гиперзвукового планирующего ЛА CAV, которые после выполнения боевого задания по поражению целей возвращаются на аэродром одной из заморских авиабаз США (в случае оснащения CAV собственным двигателем и необходимым запасом топлива он может вернуться и в континентальную часть США) (рис. 3).


Рис.3 – Схема боевого применения ГЛА с использованием волнообразной траектории полета ударного ЛА

Возможно два типа траектории полета. Первый тип характеризует волнообразную траекторию для гиперзвукового ЛА, который предложил еще в годы Второй Мировой войны немецкий инженер Эйген Зенгер в проекте бомбардировщика. Смысл волнообразной траектории в следующем. За счет разгона аппарат выходит из атмосферы и выключает двигатель, экономя топливо. Затем под действием гравитации самолет возвращается в атмосферу и снова включает двигатель (ненадолго, всего лишь на 20-40 с), который опять выбрасывает аппарат в космос. Такая траектория кроме увеличения дальности способствует и охлаждению конструкции бомбардировщика, когда он находится в космосе. Высота полета не превышает 60 км, а шаг волны составляет около 400 км. Второй тип траектории имеет классическую траекторию прямолинейного полета.

Экспериментальные исследования по созданию гиперзвукового оружия

Были предложены гиперзвуковые модели HTV (Hypersonic Test Vehicle) массой около 900 кг и длиной до 5 м для оценки их летно-технических характеристик, управляемости и тепловых нагрузок на скоростях М = 10 – HTV-1, HTV-2, HTV-3.


Рис.4 – Экспериментальный гиперзвуковой ЛА HTV-1


Рис.5 – Экспериментальный гиперзвуковой ЛА HTV-2


Рис.6 – Экспериментальный гиперзвуковой ЛА HTV-3


Рис.7 – Профиль испытательного полета гиперзвукового ЛА HTV-2

Аппарат HTV-1 с продолжительность управляемого полета 800 с на скорости М = 10 был снят с испытаний ввиду технологической сложности в изготовлении теплозащитного корпуса и неверных конструктивных решений (рис. 4).

Аппарат HTV-2 выполнен по интегральной схеме с острыми передними кромками и обеспечивает качество 3,5-4, что позволит, как полагают разработчики, обеспечить заданную дальность планирования, а также маневренность и управляемость с помощью аэродинамических \щитков для наведения на цель с требуемой точностью (рис. 5). По данным Исследовательской службы Конгресса США (CRS) гиперзвуковой аппарат FALCON HTV-2 способен поражать цели на дальности до 27000 км и развивать скорость до 20 чисел Маха (23000 км /ч).

Аппарат HTV-3 представляет масштабную модель гиперзвукового ударного самолета HCV с аэродинамическим качеством 4-5 (рис. 6). Модель предназначена для оценки принятых технологических и конструктивных решений, аэродинамических и летно-технических характеристик, а также маневренности и управляемости в интересах дальнейшей разработки самолета HCV. Летные испытания предполагалось провести в 2009 г. Общая стоимость работ по изготовлению модели и проведению летных испытаний оценивается в 50 млн. долл.

Проведение испытаний ударного комплекса предполагалось осуществить в 2008-2009 гг. с использованием ракет-носителей. Схема испытательного полета гиперзвукового ЛА HTV-2 представлена на рис. 7.

Как показали проведенные исследования, основные проблемные вопросы по созданию гиперзвукового ЛА будут связаны с разработкой силовой установки, выбором топлива и конструкционных материалов, аэродинамикой и динамикой полета, системой управления.

Выбор аэродинамической схемы и конструктивной компоновки ЛА должен исходить из условия обеспечения совместной работы воздухозаборника, силовой установки и других элементов ЛА. На гиперзвуковых скоростях вопросы исследования эффективности аэродинамических органов управления, при минимальных площадях стабилизирующих и управляющих поверхностей, шарнирных моментов, в особенности при подлете в район цели на скорости около 1600 м/с, становятся первостепенными, прежде всего, для обеспечения прочности конструкции и высокоточного наведения на цель.

По предварительным исследованиям температура на поверхности гиперзвукового аппарата достигает 1900°С, в то время, как для нормального функционирования бортовой аппаратуры температура внутри отсека должны быть не выше 70° С. Поэтому корпус аппарата должен иметь жаропрочную оболочку из высокотемпературных материалов и многослойную теплозащиту на основе существующих в настоящее время конструктивных материалов.

Гиперзвуковой аппарат оснащается комбинированной инерциально-спутниковой системой управления и в перспективе конечной системой самонаведения оптико-электронного или радиолокационного типа.

Для обеспечения прямолинейного полета наиболее перспективными для военных систем считаются прямоточные двигатели: СПВРД (сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель) и ГПВРД (гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель). Они просты в конструкции, поскольку практически не имеют подвижных частей (разве что насос подачи горючего) с использованием обычного углеводородного топлива.


Рис.8 – Гиперзвуковой ЛА X-51A


Рис.9 – Старт гиперзвукового ЛА AHW с ракеты-носителя


Рис.10 – Автономный гиперзвуковой ЛА HTV-2 в полете

Аэродинамическая схема и конструкция аппарата CAV отрабатываются в рамках проекта Х-41, а самолета-носителя – по программе Х-51. Целью программы Х-51А является демонстрация возможностей создания ГПВРД, разработка термостойких материалов, интеграция планера и двигателя, а также других технологий, необходимых для полета в диапазоне 4,5-6,5 М. В рамках этой программы также ведутся работы по созданию баллистической ракеты с обычной боеголовкой, гиперзвуковой ракеты Х-51A Waverider и орбитального беспилотника Х-37В.

По данным CRS, финансирование программы в 2011 г. составило 239,9 млн. долл., из которых 69 млн. долл. были потрачены на AHW.

МО США провело очередное испытание новой планирующей гиперзвуковой бомбы AHW (Advanced Hypersonic Weapon). Испытание боеприпаса состоялось 17 ноября 2011 г. Основной целью испытания была проверка боеприпаса на маневренность, управляемость и устойчивость к высокотемпературному воздействию. Известно, что AHW была выведена в верхние слои атмосферы при помощи ракеты-носителя, запущенной с авиабазы на Гавайских островах (рис. 9). После отделения боеприпаса от ракеты, он спланировал и поразил цель на Маршалловых Островах около атолла Кваджалейн, расположенном в четырех тысячах километрах юго-западнее Гавайев, на гиперзвуковой скорости, в пять раз превышающей скорость звука. Полет длился менее 30 мин.

По словам пресс-секретаря Пентагона Мелинды Морган, целью тестирования боеприпаса был сбор данных об аэродинамике AHW, ее управляемости и устойчивости к воздействию высоких температур.

Последние испытания HTV-2 состоялись в середине августа 2011 г. и оказались неудачными (рис. 10).

По оценкам экспертов возможно принятие на вооружение ударной гиперзвуковой системы нового поколения первого поколения до 2015 г. Считается необходимым обеспечить с помощью одноразовой ракеты-носителя до 16 стартов в сутки. Стоимость пуска составляет около 5 млн. долл.
Создание полномасштабной ударной системы ожидается не ранее 2025-2030 гг.

Идея о военном применении самолета-стратоплана с ракетным двигателем, предложенная С. Королевым и Е. Бурче в 1930-х годах, судя по исследованиям, проводимым в США, начинает осуществляться в проектах по созданию ударного гиперзвукового оружия нового поколения.
Применение УАБ в составе гиперзвукового автономного аппарата при атаке цели предъявляет высокие требования по обеспечению высокоточного наведения в условиях гиперзвукового полета и теплозащиты аппаратуры от воздействия кинетического нагрева.

На примере проводимых в США работ по созданию гиперзвукового оружия мы видим, что возможности по боевому применению УАБ далеко не исчерпаны и определяются они не только тактико-техническими характеристиками собственно УАБ, обеспечивающей заданные дальность, точность и вероятность поражения, но и средствами доставки. Кроме того, осуществление данного проекта, может решить и мирную задачу по оперативной доставке в любую точку земного шара грузов или средств спасения, терпящим бедствие.

Представленный материал заставляет серьезно задуматься над содержанием основных направлений развития отечественных управляемых ударных систем до 2020-2030 гг. При этом, надо учесть высказывание Д. Рогозина (Рогозин Д. Работа по точному алгоритму // Национальная оборона. – 2012. – № 2. – С. 34-406): «… мы обязаны отказаться от идеи «догнать и перегнать»… И вряд ли мы в короткий срок соберем силы и возможности, которые позволили бы на неимоверных скоростях догнать высокотехнологичные страны. Это и не нужно делать. Нужно другое, гораздо более сложное … Нужно рассчитать курс ведения вооруженной борьбы с перспективой до 30 лет, определить эту точку, выйти на нее. Понять, что нам нужно, то есть, готовить оружие не завтрашнего и даже не послезавтрашнего дня, а на историческую неделю вперед… Я повторяю, не думайте о том, что сейчас делают в США, во Франции, в Германии, думайте о том, что у них будет через 30 лет. И вы должны создать, то, что будет лучше, чем есть у них сейчас. Не идите за ними следом, попытайтесь понять, куда все клонится, а тогда мы выиграем».

То есть, необходимо понять – возникла ли для нас подобная задача, а если «да», то как надо ее решать.