4421
США почали розробку унікального гіперзвукового безпілотника (ФОТО)
— Технології&Авто
Міністерство оборони США в 2011 році оприлюднило прогноз, згідно з яким кількість добре захищених безпілотних зон буде постійно збільшуватися, ускладнюючи дії звичайної розвідувальної і ударної авіації на території супротивника. Це означає, що військовим знадобляться літальні апарати, які зможуть швидко і відносно непомітно діяти в таких умовах, перед якими пасують існуючі літаки. На початку листопада 2013 підрозділ Skunk Works компанії Lockheed Martin оголосив про розробку гіперзвукового безпілотника SR-72 ─ він повинен буде зайняти місце, що звільнилося після списання легендарного літака-розвідника SR-71 Blackbird.
«Чорний дрізд»
На початку 1960-х, у розпал «холодної війни», підрозділ Skunk Works американської компанії Lockheed (після злиття в 1995 році з Martin Marietta стала називатися Lockheed Martin) приступило до створення нового високошвидкісного літака-розвідника для Центрального розвідувального управління США. Літак, що одержав позначення A-12, розроблявся спеціально для ведення розвідки над територією СРСР, однак після прийняття на озброєння в 1963 році для цих завдань жодного разу не використовувався. У другій половині 1960-х частину A-12 розмістили на авіабазі на Окінаві в Японії і використовували для розвідки над територією Північного В’єтнаму.
A-12 мав «гострі» форми і протягом усього терміну служби практично постійно допрацьовувався. Спочатку на літак були встановлені турбореактивні двигуни Pratt & Whitney J75, що дозволяли йому розвивати швидкість до двох чисел Маха (близько 2,3 тисячі кілометрів на годину) в пікіруванні. Пізніше на нього поставили нові турбореактивні двигуни змінюваного циклу Pratt & Whitney J58 – P4, завдяки яким літак зміг розвинути швидкість в три числа Маха (проте максимальна допустима швидкість залишилася на рівні 2,6 числа Маха). Програма A-12 була закрита в 1968 році і фактично була лише підготовкою до створення нового високошвидкісного літака.
Паралельно з A-12 Skunk Works розробляла високошвидкісний стратегічний літак-розвідник під позначенням SR-71. Спочатку він створювався на базі розвідувальної версії RS-70 надзвукового бомбардувальника XB-70 Valkyrie (звідси й походить його назва ─ SR-71). Однак незабаром після початку роботи інженери Skunk Works дійшли висновку, що платформа A-12 набагато краще підходить для досягнення високих швидкостей і висоти польоту, проведення розвідки, рекогносцування та спостереження. В основу оновленого проекту було вирішено покласти розвідувальний літак ЦРУ, і в 1964 році SR-71 виконав перший політ.
Цей літак, як і A -12, отримав аеродинамічні «гострі» форми фюзеляжу, масивні мотогондоли і елементи конструкції, виконані з титанових сплавів. Останні зважаючи на їх стійкості до сильного нагрівання застосовувалися при польоті на швидкостях, близьких до трьох чисел Маха. На швидкості понад три тисячі кілометрів на годину SR-71 дуже швидко нагрівався до 400-450 градусів Цельсія. Для охолодження кабіни пілотів використовувалися кондиціонери, як холодоагент в яких застосовувалося авіаційне паливо з паливопроводів. Після участі у теплообміні воно відразу ж надходило в двигуни і згоряло.
Для забезпечення нормального дихання пілотів на висоті польоту понад 13 тисяч метрів були створені спеціальні скафандри повного тиску (вони рівномірно здавлюють тіло і грудну клітку, допомагаючи дихати і нормалізуючи кровообіг). Пізніше ці ж скафандри використовувалися при запусках «Шаттлів». SR-71 забарвлювався в темно-синій колір, щоб не виділятися на тлі нічного неба, через що незабаром отримав прізвисько Blackbird («Чорний дрізд»). При цьому літак став першим літальним апаратом, в якому використовувалися технології малопомітності: плоский фюзеляж, похилі килі, радиопоглинаючі покриття і паливна суміш з додаванням цезію для зниження температури вихлопних газів.
Проте «фішкою» SR-71 все ж були двигуни, що дозволяли йому розвивати швидкість, колосальну навіть за сучасними мірками. У 1976 році літак-розвідник встановив абсолютний рекорд швидкості при польоті по прямій ─ 3529,56 кілометра на годину. Секрет крився в турбореактивних двигунах J58 із змінним циклом. По суті, вони представляли собою комбінацію звичайних турбореактивних двоконтурних двигунів з форсажними камерами і прямоточних повітряно-реактивних двигунів. J58 встановлювалися на SR-71 осесиметричними і мали регульовані повітрозабірники з рухомими в горизонтальній площині конусами.
Основну тягу при польоті на швидкостях до двох чисел Маха забезпечували турбореактивні двигуни, розміщені всередині прямоточних повітряно-реактивних. У такому режимі велика частина надходячого повітря проходила через зону компресорів, стискалася, змішувалася з паливом і надходила в камеру згоряння. Проходячи з камери згоряння розігріті гази обертали турбіну, яка в свою чергу розкручувала вхідний вентилятор турбореактивного двигуна. У міру збільшення швидкості конуси в воздухозаборниках рухалися, поступово відводячи все більше повітря в обхідні канали прямоточних двигунів, але при цьому забезпечуючи і мінімальний приплив у турбореактивний двигун.
При швидкості польоту близько трьох тисяч кілометрів на годину і більше, конуси рухалися практично повністю. При цьому велика частина набігаючого повітря стискалася, за рахунок утворення ударних хвиль нагрівалася на зовнішній частині рухливих конусів і, минаючи компресори, камеру згорання і турбіну, надходила відразу в форсажну камеру, де вже змішувалася з паливом і розпеченими газами з камери згоряння турбореактивного двигуна. У такому режимі польоту, за словами Бена Річа, що брав участь у проекті SR-71, тільки десять відсотків тяги забезпечувалися звичайним реактивним двигуном, а 90 відсотків ─ прямоточним. На швидкостях близько трьох чисел Маха SR-71 міг літати до вичерпання пального.
Гібридний двигун J58 був проривним по конструкції, але складним в експлуатації. Для запуску силових установок SR-71 на землі використовувалися машини Wildcat V8, кожна з яких мала два двигуна загальною потужністю 600 кінських сил. Вони розкручували осьовий одновальний компресор J58 до початку стійкого турбореактивного циклу. Розігрів вхідного повітря до робочих температур польоту на землі здійснювався за допомогою спеціальних установок з турбореактивними двигунами J75, які розміщувалися на деякій відстані перед повітрозабірниками. Для початкового підпалу палива в камері згоряння на землі використовувався триетилбор, самозаймистий при температурі повітря вище мінус п’яти градусів Цельсія.
Через високу потужність повітрозабірники SR-71 легко втягували зі злітно-посадкової смуги дрібні предмети, які могли пошкодити двигун. Щоб уникнути цього, на аеродромах базування SR-71 знаходилися спеціальні прибиральні команди, які підтримували злітні смуги практично в ідеально чистому стані. Конструкцію двигуна ускладнювала й наявність комп’ютера, що регулював впорскування палива в камеру згорання і форсажну камеру, а також відповідав за переміщення конусів в воздухозаборниках у міру зростання швидкості. Іноді датчики, з яких комп’ютер знімав свідчення в польоті, відмовляли і управляти SR-71 ставало дуже непросто.
За весь час дії проекту «Чорний дрізд» були побудовані 32 літаки, з них 12 були втрачені, причому по небойових причинах. До того як в 1998 році SR-71 списали, він взяв участь у кількох бойових завданнях, включаючи розвідувальні польоти над Кольським півостровом, Кубою, а також Єгиптом, Сирією та Йорданією в 1973 році під час арабо-ізраїльської війни Судного дня. Крім того, літаки регулярно брали участь у дослідницьких польотах NASA за програмами розробки технологій сталого надзвукового польоту AST і перспективного літака з крейсерською надзвуковою швидкістю польоту SCAR.
Доступний гіперзвук
З дня списання SR-71 пройшло 15 років. У ВПС США знову з’явилася потреба у високошвидкісних літальних апаратах, здатних у короткий час наносити удари по об’єктах противника в будь-якій точці земної кулі. У 2011 році Пентагон оголосив, що на нашій планеті стає все більше так званих зон з обмеженням і забороною доступу та маневру (anti-access/area denied environment, зони A2/AD). Під цими обмеженнями американські військові розуміють не тільки протидію систем протиповітряної оборони противника і його авіації та постійне супутникове спостереження, а й умови, в яких поставка запчастин і провізії значно ускладнена або неможлива зовсім.
До умов A2/AD відноситься, в тому числі, відсутність американського політичного та фінансового впливу в регіоні. Для роботи в таких зонах міністерству оборони США необхідні принципово нові системи нанесення ударів, розвідки, рекогносцировки та спостереження. Створення таких систем передбачено довгостроковою програмою розробки гіперзвукових літальних апаратів і засобів ураження, частиною якої вже є гіперзвукова ракета─демонстратор технологій X-51A Waverider і проект гіперзвукового апарату Falcon HTV (під час випробувань у серпні 2011 року цей апарат здійснив політ на швидкості в 20 чисел Маха, або близько 23 тисяч кілометрів на годину).
В останні роки ВПС США все гостріше відчувають брак літаючої розвідувальної платформи, яка могла б заповнити нішу між супутниками, котрі поставляють розвідувальні дані, і дозвуковими пілотованими і безпілотними літальними апаратами, що виконують те ж завдання. Причому нова платформа повинна бути ще й пристосована до роботи в зонах A2/AD. За непідтвердженими даними, вирішити це завдання ще в 2007 році взявся підрозділ Skunk Works, яка приступила до попереднього проектування гіперзвукового літального апарату SR-72 (в нумерації дотримана спадкоємність, як і у випадку з SR-71). Довгий час про цей проект нічого не було відомо, однак на початку листопада 2013 детальніше про S -72 опублікував журнал Aviation Week & Space Technology.
Деякі деталі проекту журналу розкрив керівник гіперзвукових проектів Skunk Works Бред Леланд. За його словами, перспективний апарат, якщо його розробка буде завершена, за своїми розмірами виявиться співставний з SR-71, але зможе розвивати вдвічі більшу швидкість ─ до шести чисел Маха. При цьому Леланд зазначив, що гіперзвуковий політ можна вважати свого роду альтернативою малопомітності. «Справа в тому, що при підльоті на великій висоті і швидкості противники просто не зможуть перехопити апарат, подібний до нашого. Поки вони нас виявлять і спробують перехопити, ми вже пролетимо», ─ заявив представник Skunk Works.
Передбачається, що проект SR-72 буде реалізований в кілька етапів, але тільки в тому випадку, якщо на нього буде виділено державне фінансування. На першому етапі вже в 2018 році може бути створений пілотований демонстратор технологій FRV (Flight Research Vehicle, літаюча лабораторія), розмір якого буде приблизно відповідати розмірам винищувача F-22 Raptor (довжина ─ 18,9 метра, розмах крила ─ 13,56 метра, висота ─ 5,08 метра, площа крила ─ 78,04 квадратних метра). На цьому демонстраторі буде встановлений експериментальний двигун, здатний протягом кількох хвилин підтримувати швидкість польоту близько шести чисел Маха.
Якщо все піде за графіком, льотні випробування демонстратора можна буде почати в 2023 році. Незабаром після цього можна буде приступити до випробувань повнорозмірного безпілотного прототипу SR-72, довжина якого, як очікується, складе близько 30 метрів. Для порівняння, довжина SR-71 становила 32,74 метра, розмах крила ─ 16,94 метра, висота ─ 5,64 метра, а площа крила ─ 141,1 квадратних метра. Початок льотних випробувань SR-72 буде прив’язано до розробки і льотних випробувань перспективної гіперзвукової ракети HSSW (High-Speed Strike Weapon), створення якої ведеться в даний час в інтересах ВПС США. Програма HSSW передбачає завершення розробки ракети вже в 2020 році.
За словами Леланда, початок випробувань SR-72 прив’язаний до HSSW тому, що в даний час у військових є маса упереджень щодо гіперзвукових польотів. Зокрема, міністерство оборони США поки що вважає гіперзвукові технології «дорогими, масштабними і екзотичними». Після успішного завершення програми HSSW, впевнений Леланд, всі ці упередження «розсіються» і компанії зможуть спокійно займатися розробками гіперзвукових літальних апаратів різних класів. Знову-таки, якщо все піде за планом, то існуючі технології дозволять Skunk Works створити SR -72 і поставити апарат на озброєння ВПС США вже до 2030 року .
При цьому в компанії розраховують, що новий гіперзвуковий безпілотний апарат буде відносно дешевий. І хоча основними завданнями для нього в Skunk Works визначили розвідку, рекогносцировку і спостереження, він може бути доопрацьований і для нанесення ударів по об’єктах противника. Озброєна гіперзвукова платформа зможе наносити високоточні удари ще до того, як противник її виявить і сховається. Поки ж Skunk Works розробляє SR-72 і двигуни для нього самостійно за участю компанії Aerojet Rocketdyne. З останньою американське підприємство співпрацює вже сім років.
У перспективному гіперзвуковому безпілотному літальному апараті планується використовувати результати досліджень і розробок в області надзвукових турбореактивних двоконтурних, прямоточних і гіперзвукових прямоточних повітряно-реактивних двигунів. Будуть враховані і напрацювання, отримані при реалізації закритої в 2009 році програми створення гіперзвукового літального апарату HTV-3X Blackswift, здатного літати на швидкостях до шести чисел Маха. Цей проект був згорнутий через брак фінансування.
Гібридна установка
Для реалізації гіперзвукового польоту на швидкостях близько шести чисел Маха інженерам Skunk Works і Aerojet Rocketdyne довелося вступити в боротьбу з так званим «провалом тяг ». Йдеться про забезпечення тяги для набору швидкості в швидкісному проміжку між 2,5 числа Маха, коли звичайні турбореактивні двоконтурні двигуни перестають бути ефективними, і чотирма числами Маха, коли можуть починати працювати гіперзвукові прямоточні повітряно-реактивні двигуни. За словами Леланда, результатом досліджень стала технологія, яка дозволить створити силову установку, придатну для розгону SR-72 з нуля до шести чисел Маха без «провалу тяги».
Подробиці самої технології Леланд не розкрив, пославшись на комерційну таємницю. Але в цілому суть її полягає в незначному розширенні швидкісних діапазонів роботи турбореактивних і гіперзвукових прямоточних двигунів. Зокрема, Skunk Works і Aerojet Rocketdyne придумали спосіб змусити звичайні серійні двигуни F100 або F110 (обидва типи стоять на винищувачах F-15 Eagle і F-16 Fighting Falcon) короткочасно долати швидкісний рубіж в 2,5 числа Маха. Одночасно була розроблена і технологія, що дозволяє гіперзвуковосму прямоточному повітряно-реактивному двигуну «підхоплювати» тягу на швидкостях польоту до трьох чисел Маха.
Всі напрацьовані технології використовують в нових силових установках перспективного SR-72. По суті, на літальному апараті будуть встановлені три двигуни (один турбореактивний і два гіперзвукових) із загальними повітрозабірниками і соплами. Передбачається, що турбореактивний двигун буде розганяти SR-72 з нуля до трьох чисел Маха, після чого за справу братимуться гіперзвукові двигуни, розташовані осесиметрично під крилами ближче до фюзеляжу. Вони вже будуть забезпечувати розгін до шести чисел Маха. І повітрозабірники, і сопла отримають рухливі планки, які відповідатимуть за розподіл повітряного потоку на вході і газового струменя на виході.
Хоча, за великим рахунком, гібридизація турбореактивних і гіперзвукових двигунів не є проривним досягненням (тим більше що сама ідея була закладена в двигунах J58), сам прорив, за словами Леланда, багато в чому закладений в конструкції повітрязабірників. Саме вони здатні забезпечити стабільну роботу всього рухового комплексу на до-, понад-, транс- і гіперзвукових швидкостях польоту. У SR-72 передбачається використовувати і ряд інших технологій, які допоможуть боротися з перегрівом корпусу при гіперзвуковому польоті, стабілізувати управління і забезпечити надійний обмін інформацією.
Яким саме способом планується вирішити складності зі зв’язком та управлінням, Skunk Works не розкриває. Раніше при випробуванні гіперзвукових ракет X-51A у польоті на гіперзвукових швидкостях спостерігалися часті і тривалі за часом перебої зв’язку. Почасти вони пояснюються тим, що на поверхні літального апарату утворюються потоки плазми, що служать свого роду екраном для радіосигналів. Але питання навіть не в технічних труднощах ─ вони, судячи за впевненими розповідями Леланда, цілком переборні вже на сучасному рівні розвитку технологій. Справа, як не банально це звучить, в грошах.
У середині жовтня 2013 розмір державного боргу США перевищив позначку в 17 трильйонів доларів. Країна вже ввела безліч програм скорочення бюджетних витрат, включаючи і багатомільярдне урізання витрат військового бюджету. Американські військові оголосили про призупинення або закриття низки високоризикованих проектів і повідомили, що мають намір зосередитися на підтримці бойової потужності збройних сил на нинішньому рівні. У таких умовах американським компаніям буде дуже складно вибивати фінансування на розробку технічно складних проривних технологій.
Василь Сичов
За матеріалами: Лента.РУ
Поділитися новиною
Також за темою
Apple встановила рекорд продажів iPhone
Найнадійніші авто сучасності (фото)
ТОП-10 найпопулярніших вживаних авто з-за кордону віком до 5 років (інфографіка)
Що потрібно знати про перше посвідчення водія
Типи кузовів автомобілів: як розшифрувати скорочені позначки у свідоцтві про реєстрацію
Meta планує ввести преміумпідписки в Instagram, Facebook і WhatsApp
