ABD Hava Kuvvetleri, ses hızının 5 katı hız kazanmayı başaran ve 3 dakikadan fazla uçabilen X-51A Waverider'ı test ederek daha önce Rus geliştiricilerin elindeki bir dünya rekorunu kırdı. Test genel olarak iyi gitti, hipersonik silahlar yarışmaya hazır.
27 Mayıs 2010'da, X-51A Waverider (gevşek bir şekilde dalga uçuşu ve sörfçü olarak “istem dışı” olarak tercüme edildi) Pasifik Okyanusu üzerinde bir B-52 bombardıman uçağından düşürüldü. Tanınmış ATCAMS roketinden ödünç alınan X-51A güçlendirici aşaması, Waverider'ı hipersonik bir ramjet motorunun (GPRVD veya scrumjet) çalıştırıldığı 19.8 bin metre yüksekliğe getirdi. Bundan sonra roket 21,3 bin metre yüksekliğe yükseldi ve Mach 5 (5 M - beş ses hızı) hızına ulaştı. Toplamda, roket motoru yaklaşık 200 saniye çalıştı, ardından X-51A, telemetri kesintilerinin patlak vermesiyle bağlantılı olarak kendi kendini imha etmek için bir sinyal gönderdi. Plana göre, roketin 6 M hız geliştirmesi gerekiyordu (projeye göre, X-51'in hızı 7 M idi, yani 8000 km / s'nin üzerinde) ve motorun çalışması gerekiyordu. 300 saniye.
Testler mükemmel değildi, ancak bu onların olağanüstü bir başarı olmasını engellemedi. Motor çalışma süresi, Sovyet (daha sonra Rus) uçan laboratuvarı "Kholod" tarafından tutulan önceki rekoru (77 s) üç kat aştı. 5M hıza ilk önce geleneksel hidrokarbon yakıtla ulaşıldı, hidrojen gibi "özel" bir yakıtla değil. Waverider, ünlü SR-71 ultra yüksek hızlı keşif uçağında kullanılan düşük buharlı bir gazyağı olan JP-7'yi kullandı.
Scrumjet nedir ve mevcut başarıların özü nedir? Prensipte ramjet motorlar (ramjet motorlar), herkesin aşina olduğu turbojet motorlardan (turbojet motorlar) çok daha basittir. Bir ramjet motoru basitçe bir hava girişi (tek hareketli parça), bir yanma odası ve bir memedir. Bu açıdan, 1913'te icat edilen bu temel şemaya, yanma odasına hava sürmek için birleşik çabalarla bir fan, bir kompresör ve türbinin kendisinin eklendiği jet türbinleriyle olumlu bir şekilde karşılaştırır. Ramjet motorlarda, bu işlev, bir sıcak gaz akışında çalışan karmaşık tasarımlara ve turbojet ömrünün diğer pahalı sevinçlerine duyulan ihtiyacı hemen ortadan kaldıran, gelen hava akışının kendisi tarafından gerçekleştirilir. Sonuç olarak, ramjet motorları daha hafif, daha ucuz ve yüksek sıcaklıklara daha az duyarlıdır.
Ancak, sadeliğin bir bedeli var. Doğrudan akışlı motorlar, ses altı hızlarda etkisizdir (500-600 km / s'ye kadar hiç çalışmaz) - sadece yeterli oksijenleri yoktur ve bu nedenle cihazı etkili hızlara hızlandıran ek motorlara ihtiyaç duyarlar. Motora giren havanın hacmi ve basıncının sadece hava girişinin çapı ile sınırlı olması nedeniyle, motor itişini etkin bir şekilde kontrol etmek son derece zordur. Ramjet motorları genellikle dar bir çalışma hızı aralığı için "keskinleştirilir" ve bunun dışında yetersiz davranmaya başlarlar. Ses altı hızlardaki ve orta düzeyde ses üstü hızlardaki bu doğal eksiklikler nedeniyle, turbojet motorları doğrudan akışlı rakiplerinden önemli ölçüde daha iyi performans gösterir.
Uçağın çevikliği 3 dönüş için ölçeğin dışına çıktığında durum değişir. Yüksek uçuş hızlarında, motorun girişinde hava o kadar sıkıştırılır ki, kompresör ve diğer ekipmanlara olan ihtiyaç ortadan kalkar - daha doğrusu bir engel haline gelirler. Ancak bu hızlarda süpersonik ramjet motorları SPRVD ("ramjet") harika hissettiriyor. Ancak hız arttıkça, ücretsiz "kompresörün" (süpersonik hava akımı) faydaları motor tasarımcıları için bir kabusa dönüşür.
Turbojet ve SPVRD'de gazyağı nispeten düşük bir akış hızında yanar - 0,2 M. Bu, hava ile enjekte edilen kerosenin iyi bir şekilde karıştırılmasını ve buna bağlı olarak yüksek verim elde etmenizi sağlar. Ancak gelen akışın hızı ne kadar yüksek olursa, onu frenlemek o kadar zor olur ve bu alıştırmayla ilgili kayıplar o kadar yüksek olur. 6 M'den başlayarak, akış 25-30 kez yavaşlatılmalıdır. Geriye kalan tek şey, süpersonik bir akışta yakıt yakmak. İşte asıl zorluklar burada başlıyor. Hava yanma odasına 2,5-3 bin km / s hızında girdiğinde, yanmayı sürdürme süreci, geliştiricilerden birinin sözleriyle "bir tayfunun ortasında bir kibriti yakmaya çalışmakla" benzer hale gelir. " Çok uzun zaman önce, gazyağı durumunda bunun imkansız olduğuna inanılıyordu.
Hipersonik araç geliştiricilerinin sorunları, hiçbir şekilde uygulanabilir bir SCRVD'nin oluşturulmasıyla sınırlı değildir. Ayrıca sözde termal bariyerin üstesinden gelmeleri gerekir. Uçak, havaya karşı sürtünmeden dolayı ısınır ve ısıtma yoğunluğu, akış hızının karesiyle doğru orantılıdır: hız iki katına çıkarsa, ısıtma dört kat artar. Süpersonik hızlarda (özellikle düşük irtifalarda) uçuş halindeki bir uçağın ısınması bazen o kadar büyüktür ki, yapının ve ekipmanın tahrip olmasına yol açar.
3 M hızında uçarken, stratosferde bile, hava girişinin giriş kenarlarının ve kanadın ön kenarlarının sıcaklığı 300 dereceden fazladır ve cildin geri kalanı - 200'den fazladır. 2-2,5 kat daha fazla hız 4-6 kat daha fazla ısınacaktır. Aynı zamanda, yaklaşık 100 derecelik sıcaklıklarda bile, organik cam 150'de yumuşar - duralüminin gücü önemli ölçüde azalır, 550'de - titanyum alaşımları gerekli mekanik özellikleri kaybeder ve 650 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda alüminyum ve magnezyum erir., çelik yumuşatır.
Yüksek düzeyde bir ısıtma, pasif termal koruma veya gemideki yakıt rezervlerini soğutucu olarak kullanarak aktif ısı giderme ile çözülebilir. Sorun şu ki, kerosenin çok iyi bir "soğutma" kabiliyeti ile - bu yakıtın ısı kapasitesi suyun sadece yarısı kadardır - yüksek sıcaklıklara iyi tahammül etmez ve "sindirilmesi" gereken ısı hacimleri basitçe canavarca.
Her iki sorunu da (süpersonik yanma ve soğutma) çözmenin en basit yolu, hidrojen lehine gazyağı terk etmektir. İkincisi nispeten kolay - elbette gazyağı ile karşılaştırıldığında - süpersonik bir akışta bile yanar. Aynı zamanda, sıvı hidrojen, bariz nedenlerle, aynı zamanda mükemmel bir soğutucudur, bu da büyük termal koruma kullanmamayı ve aynı zamanda gemide kabul edilebilir bir sıcaklık sağlamayı mümkün kılar. Ayrıca hidrojen, kerosenin kalorifik değerinin üç katıdır. Bu, ulaşılabilir hız sınırını 17 M'ye (hidrokarbon yakıtta maksimum - 8 M) yükseltmeyi ve aynı zamanda motoru daha kompakt hale getirmeyi mümkün kılar.
Önceki rekor kıran hipersonik uçakların çoğunun tam olarak hidrojenle uçması şaşırtıcı değil. Hidrojen yakıtı, şu ana kadar scramjet motorunun (77 s) süresi açısından ikinci sırada yer alan uçan laboratuvarımız "Kholod" tarafından kullanıldı. Ona göre, NASA jet araçları için rekor bir hıza borçludur: 2004'te NASA X-43A insansız hipersonik uçak, 33,5 km uçuş yüksekliğinde 11.265 km / s (veya 9.8 M) hıza ulaştı.
Bununla birlikte, hidrojen kullanımı başka sorunlara yol açar. Bir litre sıvı hidrojen sadece 0,07 kg ağırlığındadır. Hidrojenin üç kat daha fazla "enerji kapasitesi" hesaba katıldığında bile, bu, sabit miktarda depolanmış enerji ile yakıt tanklarının hacminde dört kat artış anlamına gelir. Bu, bir bütün olarak aparatın boyutunun ve ağırlığının şişirilmesiyle sonuçlanır. Ek olarak, sıvı hidrojen çok özel çalışma koşulları gerektirir - "kriyojenik teknolojilerin tüm korkuları" artı hidrojenin kendisinin özgüllüğü - aşırı derecede patlayıcıdır. Başka bir deyişle hidrojen, stratejik bombardıman uçakları ve keşif uçakları gibi deneysel araçlar ve parça makineler için mükemmel bir yakıttır. Ancak normal bir bombardıman uçağı veya muhrip gibi geleneksel platformlara dayanabilen kitle silahları için bir yakıt olarak uygun değildir.
Daha da önemlisi, hidrojen olmadan yapmayı başaran ve aynı zamanda bir ramjet motoruyla uçuş süresi için etkileyici hızlar ve rekor göstergeler elde eden X-51'in yaratıcılarının başarısıdır. Rekorun bir kısmı, yenilikçi bir aerodinamik tasarımdan kaynaklanıyor - bu çok dalgalı uçuş. Aparatın garip açısal görünümü, vahşi görünümlü tasarımı bir şok dalgaları sistemi yaratır, aerodinamik yüzey haline gelenler aparatın gövdesi değil, onlardır. Sonuç olarak, kaldırma kuvveti, gelen akışın vücudun kendisiyle minimum etkileşimi ile ortaya çıkar ve sonuç olarak, ısınmasının yoğunluğu keskin bir şekilde azalır.
X-51, yalnızca burnun en ucunda ve alt tarafın arkasında bulunan siyah karbon-karbon yüksek sıcaklık ısı kalkanına sahiptir. Vücudun ana kısmı, nispeten yumuşak bir ısıtma modunu gösteren beyaz düşük sıcaklıklı bir ısı kalkanı ile kaplıdır: ve bu, atmosferin oldukça yoğun katmanlarında 6-7 M'dir ve hedefe troposfere kaçınılmaz dalışlar.
Amerikan ordusu, bir hidrojen "canavarı" yerine, onu hemen eğlenceli deney alanından gerçek uygulama alanına taşıyan, pratik havacılık yakıtı ile çalışan bir cihaz satın aldı. Önümüzde artık bir teknoloji gösterisi değil, yeni bir silahın prototipi. X-51A tüm testleri başarıyla geçerse, birkaç yıl içinde en modern elektronik dolgu ile donatılmış X-51A + 'nın tam teşekküllü bir savaş versiyonunun geliştirilmesi başlayacaktır.
Boeing'in ön planlarına göre, X-51A +, aktif muhalefet koşullarında hedeflerin hızlı tanımlanması ve imhası için cihazlarla donatılacak. Yüksek hassasiyetli mühimmatı hedeflemek için tasarlanmış değiştirilmiş bir JDAM arayüzü kullanarak aracı kontrol etme yeteneği, geçen yıl yapılan ön testler sırasında başarıyla test edildi. Yeni dalga uçağı, Amerikan füzelerinin standart boyutlarına çok iyi uyuyor, yani gemideki dikey fırlatma cihazlarına, nakliye-fırlatma konteynırlarına ve bombardıman uçaklarına güvenle sığıyor. Waverider için güçlendirici aşamasının ödünç alındığı ATCAMS füzesinin, Amerikan MLRS çoklu fırlatma roket sistemleri tarafından kullanılan operasyonel bir taktik silah olduğunu unutmayın.
Böylece, 12 Mayıs 2010'da, Amerika Birleşik Devletleri, Pasifik Okyanusu üzerinde, yüksek düzeyde korunan yer hedeflerini yok etmek için tasarlanmış, planlanan doldurmaya bakılırsa, tamamen pratik bir hipersonik seyir füzesinin bir prototipini test etti (tahmini menzil 1600 km'dir). Belki zamanla bunlara yüzeysel olanlar eklenecektir. Muazzam hıza ek olarak, bu tür füzeler yüksek nüfuz kabiliyetine sahip olacak (bu arada, 7 M'ye hızlandırılmış bir vücudun enerjisi pratik olarak aynı kütlenin TNT yüküne eşdeğerdir) ve - statik olarak kararsız dalgaların önemli bir özelliği - çok keskin manevralar yapma yeteneği.
Bu, gelecek vaat eden hipersonik silah mesleğinden çok uzak.
1990'ların sonlarında, NATO Uzay Araştırma ve Geliştirme Danışma Grubu'nun (AGARD) raporları, hipersonik füzelerin aşağıdaki uygulamalara sahip olması gerektiğini kaydetti:
- genel olarak güçlendirilmiş (veya gömülü) düşman hedeflerini ve karmaşık yer hedeflerini yenmek;
- hava savunması;
- hava üstünlüğünün fethi (bu tür füzeler, uzun mesafelerde yüksekten uçan hava hedeflerini engellemek için ideal bir araç olarak kabul edilebilir);
- füze karşıtı savunma - yörüngenin ilk aşamasında balistik füzelerin fırlatılmasına müdahale.
- hem yer hedeflerini vurmak hem de keşif için yeniden kullanılabilir dronlar olarak kullanın.
Son olarak, hipersonik füzelerin, hipersonik saldırı silahlarına karşı - tek değilse bile - en etkili panzehir olacağı açıktır.
Hipersonik silahların geliştirilmesinde bir başka yön, hava hedeflerini (35-40 mm kalibreler) ve ayrıca zırhlı araçları ve tahkimatları (kinetik ATGM'ler) yok etmek için tasarlanmış mermilere monte edilmiş küçük boyutlu katı yakıtlı scramjet motorların oluşturulmasıdır. 2007'de Lockheed Martin, bir prototip kinetik tanksavar füzesi CKEM'nin (Kompakt Kinetik Enerji Füzesi) testlerini tamamladı. 3400 m mesafedeki böyle bir füze, gelişmiş reaktif zırhla donatılmış Sovyet T-72 tankını başarıyla imha etti.
Gelecekte, kıtalararası bir aralıkta yörünge altı uçuşlar yapabilen transatmosferik uçaklar gibi daha egzotik tasarımlar ortaya çıkabilir. Balistik füzeler için manevra hipersonik savaş başlıkları da oldukça alakalı - ve yakın gelecekte. Diğer bir deyişle, önümüzdeki 20 yıl içinde askeri işler çarpıcı biçimde değişecek ve hipersonik teknolojiler bu devrimin en önemli faktörlerinden biri haline gelecek.
