На гиперзвуковых скоростях

В недалеком будущем военная авиация начнет осваивать околоземное космическое пространство. Для обеспечения высотных полетов, открывающих широкие перспективы применения ударных средств, потребуются трансатмосферные аппараты (воздушно-космические самолеты) принципиально новых схем.

Летом 1999 г. ВВС США приступили к изучению концепции перспективного бомбардировщика стратегического назначения, который предполагается принять на вооружение в 2030-2035 гг. Среди самолетов традиционных схем привлеченные к работам компании "Боинг", "Локхид-Мартин" и "Нортроп-Грумман" рассматривают и гиперзвуковые аппараты.

Подобные самолеты должны совершать полеты на границе атмосферы с крейсерской скоростью, превышающей М=4-6. В качестве их вооружения должны использоваться крылатые ракеты, также рассчитанные на гиперзвуковые полеты. При обеспечении высоких энергетических характеристик перспективные самолеты можно будет применять в качестве средства разгона трансатмосферных аппаратов, способных самостоятельно выходить на околоземные орбиты.

Выбор типа перспективного бомбардировщика будет зависеть от успехов в освоении соответствующих технологий. Создание гиперзвуковых авиационно-космических систем потребует разработки высокоэффективных маршевых двигателей, новых конструкционных материалов, теплозащитных покрытий и т.п. Подобные исследования в настоящее время активно ведутся многими научными подразделениями Министерства обороны в тесном сотрудничестве с НАСА и промышленными компаниями.

ДВИГАТЕЛЬ - ВСЕМУ ГОЛОВА

В 1996 г. была утверждена общегосударственная программа Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology Program (IHPRPTP), предусматривающая поэтапное улучшение характеристик ракетных двигателей различных типов. Наиболее приоритетными направлениями работ были признаны двигательные установки боевых тактических систем, ракет-носителей и космических аппаратов. До 2010 г. на программу IHPRPTP предполагается израсходовать около 1,8 млрд долл., из которых 950 млн долл. должно предоставить Министерство обороны, а остальные примерно в равных долях НАСА и подрядчики. Активное участие промышленных компаний в крупных федеральных программах объясняется тем, что после создания необходимых технологий фирмы получают права на их коммерческое использование.

Работы по программе IHPRPTP разбиты на три пятилетних этапа, по завершении каждого из которых предполагается добиться определенного улучшения основных показателей двигательных установок. В частности, энергетические характеристики боевых систем должны быть увеличены в

2000 г. на 3%, к 2005 г. - на 7%, к 2010 г. - на 15%, а рост показателя их конструктивного совершенства должен составить 10%, 20% и 30% в соответствующие годы.

Разработкой боевых гиперзвуковых ракет занимаются научные подразделения всех видов вооруженных сил. Причем, учитывая сложность и стоимость таких проектов, с самого начала их реализации проводятся мероприятия по координации НИОКР. Например, еще при подготовке технических требований к будущей системе оговариваются возможности ее использования в составе различных средств (на самолетах, кораблях, наземных комплексах).

Наиболее активно разработки технологий маршевых двигателей для гиперзвуковых ракет выполняются ВВС в рамках программы HyTech. Основной задачей этого проекта является создание элементной базы прямоточных воздушно-реактивных двигателей со сверхзвуковым горением (СПВРД), которые могли бы применяться в составе боевых ракет со скоростью полета до М=7-8. В ходе программы, которая финансируется на уровне 15-20 млн долл. в год, фирма "Пратт-Уитни" должна будет разработать и в 2002 г. провести стендовые испытания СПВРД на углеводородном топливе.

Работы по программе HyTech, по всей видимости, идут достаточно успешно, поскольку подготовленный корпорацией "Боинг" проект гиперзвуковой ракеты с однотипным СПВРД фирмы "Пратт-Уитни" победил на конкурсе ARRMD. В рамках этого проекта Управление перспективных исследований министерства обороны DARPA ведет разработку боевой ракеты со скоростью полета М=6 и дальностью действия до 1200 км. Ориентировочный срок принятия на вооружение этой системы 2010 г.

Работы военного ведомства по созданию гиперзвуковой техники, в первую очередь ударных систем, отличаются умеренно эволюционным подходом и прагматизмом: новые двигатели создаются на базе уже имеющихся и частично испытанных компонентов; большинство СПВРД будут использовать углеводородное горючее, обладающее хорошими эксплуатационными характеристиками, но приемлемое лишь для ракет со скоростью полета до М=8.

Исследования, ориентированные на более отдаленную перспективу, когда для создания гиперзвуковых самолетов и трансатмосферных аппаратов потребуются более мощные и эффективные двигатели, выполняются в основном НАСА. Ведущая роль этой организации в разработке новых авиационно-космических систем была закреплена в 1994 г. директивой президента США "Национальная политика в области транспортных космических систем". В соответствии с этим документом перед НАСА ставилась задача проведения НИОКР по многоразовой транспортной космической системе (МТКС) второго поколения, которая должна будет (ориентировочно после 2015 г.) заменить эксплуатирующуюся с 1981 г. систему "Спейс Шаттл". При этом требуется, чтобы технико-экономические показатели новой транспортной системы позволили бы сократить современные затраты на выведение грузов в космос (22 тыс. долл. за 1 кг) в 10 раз.

ПЕРВООЧЕРЕДНЫЕ ПРОЕКТЫ

Президентская директива позволила многим исследовательским организациям ВВС сосредоточить свои основные усилия на решении ближайших и среднесрочных задач, а ряд перспективных наработок передать НАСА. Так, в частности, поступила Лаборатория Райта с проектом стратегического гиперзвукового бомбардировщика Global Reach ("Глобальная досягаемость"), имевшего, по опубликованным данным, стартовую массу 226 т и длину 60 м. На основе полученных материалов NASA приступило к реализации программы Hyper-X, предусматривающей проведение в 2000-2001 гг. запусков трех гиперзвуковых аппаратов Х-43. Эти экспериментальные изделия, спроектированные при активном участии корпорации "Боинг", представляют собой 6-процентную по габаритам модель самолета Global Reach. Первые два аппарата Х-43 рассчитываются на полеты со скоростью М=7, третий - на скорость М=10; продолжительность работы их СПВРД, в качестве горючего использующих газообразный водород, при всех полетах не превысит 7 с. При успешном проведении этих испытаний модели Х-43 превзойдут в своем классе рекорд по скорости, несколько лет назад установленный российским гиперзвуковым аппаратом.

Основные работы НАСА по перспективной МТКС, получившей общее название Reusable Launch Vehicle (RLV), включают в себя три крупных проекта. В ходе каждого из них разрабатываются экспериментальные гиперзвуковые аппараты, с помощью которых предполагается решить определенный круг технических и организационных вопросов, в том числе и военно-прикладного характера. Вскоре после утверждения программы RLV ВВС и НАСА заключили соглашение о сотрудничестве по проекту и совместном использовании освоенных технологий.

Аппарат Х-33 со стартовой массой 131 т, спроектированный компанией "Локхид-Мартин", предназначается для осуществления полетов со скоростью до М=13. В конструкции этого изделия, затраты на разработку которого составят 1,3 млрд. долл., будут использоваться новые кислородно-водородные ЖРД, а также экспериментальная металлическая теплозащита на основе титановых сплавов. Кроме того, при разработке изделия предполагалось отработать технологии производства крупногабаритных композитных баков для жидкого водорода. Однако последняя задача оказалась чрезвычайно сложной, и, вероятно, будет принято решение об использовании на аппарате Х-33 традиционных алюминиевых баков. В результате сроки начала летных испытаний изделия перенесены на 2002 г.

В рамках программы Х-34, стоимость которой с учетом инвестиций подрядчика (корпорации "Орбитал Сайнсиз") оценивается в 150 млн долл., разрабатываются два аппарата, рассчитанные на полеты со скоростью М=8. Их летные испытания, предусматривающие проведение 27 демонстрационных полетов, должны начаться в конце 2000 г.

С БОРТА САМОЛЕТА НОСИТЕЛЯ

Отличительной особенностью аппаратов Х-34, масса которых составляет 21,3 т, является то, что их запуски должны осуществляться с борта самолета-носителя на высоте около 10 км. К основным технологиям, которые намечается апробировать в рамках проекта, относят новые композиционные материалы, электронное оборудование, систему наведения, теплозащитные покрытия, стойкие к воздействию различных атмосферных осадков (дождь, туман) и прочее.

Программой Х-37 предусматривается создание практически полномасштабной модели перспективного воздушно-космического самолета военного назначения, который получил название Space Maneuvering Vehicle (SMV). Разрабатываемая модель массой 5,6 т будет использоваться для оценки возможностей по выполнению различных орбитальных операций (сближение с космическими аппаратами, их обслуживание, инспектирование), активному маневрированию при спуске с орбиты на скоростях до М=25 и т.п. В 2002 г. планируется провести два космических полета изделия; для его выведения на орбиту будет использоваться МТКС "Спейс Шаттл". Затраты на реализацию программы Х-37, составляющие 173 млн долл., будут распределены между НАСА и головным исполнителем - компанией "Боинг" примерно поровну.

В реализации двух последних программ особую заинтересованность, подкрепленную финансовыми инвестициями, проявляют ВВС. В руководстве обоими проектами официально участвуют военные представители.

Одновременно с работами по программе RLV НАСА ведет проектные исследования по перспективным двигателям, которые позволят к 2025-2035 гг. создать тяжелые гиперзвуковые самолеты. При существенно меньших объемах финансирования эти работы отличаются более широким тематическим охватом. Тем не менее наибольшее внимание уделяется комбинированным двигательным установкам, которые могут работать на всех этапах полета: от момента старта до достижения гиперзвуковых скоростей и выхода на околоземную орбиту. К таким установкам в первую очередь относят ракетно-прямоточные двигатели RBCC (Rocket-Based Combined Cycle), способные функционировать как в режиме обычного ЖРД, так и по схеме СПВРД, а также ракетно-турбинные двигатели ТВСС (Turbine-Based Combined Cycle). При этом НАСА изучает и более экзотичные проекты, например двигатель с детонацией топлива PDE (Pulse Detonation Engine).

Количественно оценить эффективность применения подобных двигателей в составе боевых систем пока затруднительно. Известно лишь то, что на базе подобных двигательных установок НАСА предполагает разработать МТКС третьего поколения, которая позволит после 2025 г. на два порядка снизить затраты на выведение космических аппаратов.

Целостное представление о перспективах развития военной авиации США невозможно без изучения проектов, выполняемых НАСА. Необходимость информационно-аналитической работы в этом направлении можно также подчеркнуть наличием у НАСА и ВВС общей базы данных по последним научно-техническим достижениям и технологиям, созданным по заказам обоих ведомств. Оперативный обмен готовыми технологиями позволяет этим организациям существенно сократить как стоимость, так и сроки создания новых боевых и транспортных систем.