Гиперзвуковой самолет: из Нью-Йорка до Москвы за один час

http://www.expert.ru/printissues/expert … hir?esr=16

США в ближайшие двадцать лет могут создать гиперзвуковой орбитальный самолет. Он сможет не только доставлять пассажиров из Нью-Йорка в Москву за час, но и без проблем уничтожать любые цели на поверхности нашей планеты

Самолет X-43A установил рекорд, превысив скорость звука почти в десять раз

Через двадцать лет США и некоторые их союзники смогут наносить из космоса скоординированные высокоточные удары по всей территории России», — предупредил главком ВВС Александр Зелин. По его словам, анализ развития космических средств нападения в западных странах показывает, что уже в самое ближайшее время произойдут коренные изменения, связанные с освоением воздушно-космического пространства как единой сферы вооруженной борьбы. К 2030 году на вооружение иностранных армий поступят новые гиперзвуковые летательные аппараты, а также другое оружие, основанное на новых физических принципах. «Произойдет полная интеграция систем управления, разведки и радиоэлектронной борьбы. В результате космос неизбежно превратится в арену вооруженного противостояния крупнейших государств нашей планеты», — подчеркнул Александр Зелин.

Алармистский тон главкома можно понять. Американский ВПК вплотную подошел к созданию полноценного гиперзвукового самолета, способного в стратосфере преодолевать расстояние от Нью-Йорка до Лондона всего за сорок минут. Уже через месяц Пентагон намерен провести над Тихим океаном серию из четырех летных испытаний этого аппарата.
Быстрый глобальный удар

А началось все в 2003 году. Пентагон приказал NASA передать все разработки по созданию гиперзвуковых летательных аппаратов в ведение Агентства перспективных исследований и проектов (DARPA). Мотив был простой. Американская армия несла гигантские потери в Ираке и никак не могла уничтожить лидеров сопротивления, включая Саддама Хусейна. Получив 19 марта 2003 года надежные разведданные о местоположении бывшего иракского президента, американцы выпустили по пригородам Багдада более 40 крылатых ракет Tomahawk, способных развивать скорость до 900 километров в час. Но пока они долетели до цели, Саддам успел скрыться.

Стало ясно, что решить эту проблему можно только радикально сократив время подлета. Но для этого требовалось принципиально новое оружие. Его разработкой и занялось DARPA в рамках проекта Prompt Global Strike («Быстрый глобальный удар»). Правда, тогдашний министр обороны США Дональд Рамсфельд вкладывал в новый проект более широкий смысл. По его словам, Prompt Global Strike призван заменить почти все традиционные виды нанесения ударов. «Нам нужен такой неядерный носитель, который, стартовав с территории США, достигнет цели в любой точке мира максимум в течение часа», — говорил г-н Рамсфельд. Разработанная DARPA концепция новой перспективной ударной системы получила название FALCON (Force Application and Launch from Continental). Согласно этому проекту, в законченном виде система должна состоять из гиперзвукового многоразового самолета-носителя HCV (Hypersonic Cruise Vehicle) с дальностью полета 17 тыс. километров и многоразового гиперзвукового планера CAV (Common Aero Vehicle). На самолете HCV предполагалось разместить до шести планеров CAV, каждый из которых должен нести по две стандартные авиабомбы общей массой 500 килограммов. При этом сам по себе CAV может летать на дальность до 5 тыс. километров. Конструкция CAV уже успешно отработана в рамках проекта Х-41, а самолета-носителя — по программам X-43 и X-51.

Модель X-51 WaveRider в длину всего восемь метров. Созданная инженерами Lockheed Martin, Boeing и Pratt & Whitney в партнерстве с NASA, она оснащена прямоточным воздушно-реактивным двигателем. В ходе первого полета в октябре этого года аппарат сначала будет доставлен на высоту около 15 километров на борту бомбардировщика B-52. Затем с помощью твердотопливного ракетного ускорителя он выйдет в стратосферу и достигнет скорости 4,5 маха, то есть будет мчаться в четыре с половиной раза быстрее скорости звука (1 мах равен скорости звука — 1245 километров в час в верхних слоях атмосферы). Это минимальная скорость, при которой функционирует прямоточный воздушно-реактивный двигатель. И уже он разгонит космический самолет до 6 махов. Если все пройдет удачно, Пентагон получит в свое распоряжение помимо баллистических ракет новый проверенный носитель, который развивает гиперзвуковую скорость. А в том, что испытания пройдут успешно, американские военные не сомневаются. Пять лет назад предшественник X-51 — самолет X-43 — во время испытательного полета установил мировой рекорд для реактивных аппаратов, превысив скорость звука ровно в десять раз. По словам главного конструктора X-51 Марка Льюиса, новые испытания позволят четче определить концепцию гиперзвуковых летательных аппаратов, которые будут создаваться в дальнейшем. На базе X-51 в ближайшие годы предполагается создать целую серию новых носителей — от крылатых ракет и ускорителей для вывода грузов в космос до самолетов для разведки и ракетно-бомбовых ударов. А в отдаленном будущем эта платформа станет основой для разработки пассажирского орбитального авиалайнера. Пентагоновские стратеги не раз утверждали: кто первым сумеет сделать гиперзвуковой орбитальный самолет, тот и будет править миром в XXI веке.
Волновой принцип

На нынешнем этапе применение системы FALCON выглядит так. Получив приказ, бомбардировщик HCV взлетает с обычного аэродрома и развивает сверхзвуковую скорость. После этого двигательная установка переходит в режим гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя. В заданный момент от самолета-носителя отделяются ударные планеры CAV, которые после бомбардировки цели возвращаются на ближайшую авиабазу США за пределами страны. А в случае оснащения CAV собственным двигателем и необходимым запасом топлива этот аппарат может вернуться и на аэродром в континентальной части Америки.

Профиль полета у HCV — смешанный. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель самолета выводит аппарат на высоту около 40 километров и отключается, после чего тот движется по баллистической траектории, достигая высоты 60 километров, а затем входит в плотные слои атмосферы. Когда HCV снизится до 35 километров, двигатель включается вновь, и цикл повторяется. Аэродинамическое качество позволяет аппарату осуществлять маневрирование при нахождении в более плотных слоях атмосферы.

Разработчики уверены, что благодаря подобному профилю удастся существенно повысить грузоподъемность аппарата за счет меньшей потребности в топливе. Но самое главное — это дает экономию на термозащите. Две трети полета аппарат проводит в космическом пространстве, где накопленное при движении в более плотных слоях тепло излучается в пространство. Именно благодаря волнообразной схеме полета X-51 получил название WaveRider («Бегущий по волнам»). Теория волнообразной траектории полета на гиперзвуковых скоростях известна еще со времен Второй мировой войны. Ее разработал и описал немецкий ученый Эйген Зенгер. Но применить этот метод нацисты не успели. Зато волновой принцип вполне успешно использовали российские конструкторы при разработке двигателей для боевых блоков межконтинентальных баллистических ракет «Тополь-М».
Пассажирский рейс

Конечно, для создания всей системы FALCON американцам предстоит решить еще массу технических проблем. Самые главные из них — новый двигатель, способный устойчиво работать на гиперзвуковых скоростях, и нагрев конструкции планера при полете в атмосфере. И если СССР на теоретическом уровне эту задачу решил при помощи магнитноплазмохимического двигателя, утилизирующего избыточное тепло, то американцы похвастаться серьезными наработками в этой области пока не могут. В результате сейчас DARPA при выборе силовой установки сделало ставку на модернизированные прямоточные воздушно-реактивные двигатели.

Учитывая сложность технических проблем, DARPA приняло решение реализовать программу FALCON в два этапа. На первом этапе вместо самолета-разгонщика предполагается использовать обычные одноразовые ракеты. Во-первых, создать и использовать такую ракету намного проще и дешевле, чем сложный гиперзвуковой разгонный носитель. А во-вторых, с помощью этих ракет можно запускать небольшие спутники как сейчас, так и в будущем. При выведении на орбиту космических аппаратов ракета должна иметь грузоподъемность 450 кг, стоимость ее пуска, как ожидается, не превысила 5 млн долларов. Таких носителей у NASA в избытке. Первые испытания гиперзвуковых аппаратов X-40 и X-43 проводились на ракетах «Пегас» и «Атлас», выпускаемых корпорациями Boeing и Lockheed Martin соответственно. Ну а когда американцы наконец решат проблему с новым двигателем, ракету-носитель заменит гиперзвуковой извозчик. Создание полномасштабной ударной системы HCV с планерами CAV планируется не ранее 2030 года. К этому времени относят и планы DARPA по использованию гиперзвуковых аппаратов в качестве разгонных ступеней космических средств выведения.

Общая стоимость проекта FALCON оценивается экспертами примерно в 17 млрд долларов. Из этой суммы уже как минимум 3 млрд потратили Boeing и Lockheed Martin и еще около 2 млрд — Пентагон и DARPA. И если создание в рамках FALCON гиперзвукового бомбардировщика можно считать делом уже практически решенным, то в успехе разработки на основе этой технологии орбитального пассажирского лайнера есть серьезные сомнения. Еще восемь лет назад тогдашний глава Boeing Филипп Кондит в интервью «Эксперту» заявил, что на создание такого самолета необходимо потратить двадцать лет и не менее 40 млрд долларов (в ценах 2001 года). «Орбитальный самолет потребует технологического прорыва в материаловедении, но, к сожалению, с точки зрения бизнеса оправдать затраты, судя по всему, не удастся», — говорил Филипп Кондит. Прежде всего речь идет о создании новых композитных материалов, в том числе нанокерамики.

Пентагон вместе с DARPA уже профинансировал развитие трех десятков так называемых критических технологий, большая часть которых так или иначе связана с созданием новых материалов. В результате появились новые покрытия из нанокерамики, которые нашли применение более чем в 150 областях. По прогнозам американских экспертов, уже через двадцать лет удастся решить материаловедческие проблемы гиперзвуковых планеров. Как только это произойдет, часовой перелет орбитального самолета из Нью-Йорка в Москву станет рядовым событием. Хорошо если это будет обычный пассажирский рейс.