Przez tysiąclecia ludzkość wypracowała zasadę, zgodnie z którą, aby przetrwać i pokonać wroga, broń musi być dokładniejsza, szybsza i potężniejsza niż broń wroga. Broń lotnicza spełnia te wymagania w nowoczesnych warunkach. Obecnie za granicą intensywnie rozwija się kierowana broń powietrzna (UASP), w szczególności kierowane bomby powietrzne (UAB), których kaliber leży w szerokim zakresie - od 9 do 13600 kg: są one wyposażone w nowe typy naprowadzania i doskonalone są systemy sterowania, skuteczne części bojowe, metody użycia bojowego. UAB są nieodzownym dodatkiem nowoczesnych kompleksów samolotów uderzeniowych (UAK) do celów taktycznych i strategicznych. Pomimo wysokiego poziomu skuteczności nowoczesnych modeli UAB, wchodzące w skład UAK nie zawsze spełniają wymagania do realizacji obiecujących misji bojowych. Z reguły UAK działają w pobliżu linii frontu, podczas gdy cała wydajność jest tracona.
Lokalne wojny ostatnich dziesięcioleci, a przede wszystkim operacje wojskowe w Iraku i Afganistanie, ujawniły niewystarczającą skuteczność konwencjonalnej broni precyzyjnej, w tym UAB. Podczas wykonywania misji bojowej mija zbyt dużo czasu od momentu wykrycia celu i podjęcia decyzji o ataku do jego pokonania. Na przykład bombowiec B-2 Spirit, startujący z lotniska w Stanach Zjednoczonych, musi lecieć 12-15 godzin do obszaru ataku celu. Dlatego w nowoczesnych warunkach wymagana jest broń szybkiego reagowania i precyzyjnego działania na duże odległości, sięgające dziesiątek tysięcy kilometrów.
Jednym z kierunków badań nad spełnieniem tych wymagań za granicą jest tworzenie nowej generacji systemów wstrząsów naddźwiękowych. Prace nad stworzeniem samolotów naddźwiękowych (LA) (rakiety) i broni kinetycznej zdolnej do precyzyjnego niszczenia celów prowadzone są w USA, Wielkiej Brytanii, Francji i Niemczech.
Badanie doświadczeń zagranicznych jest dla nas niezwykle ważne, ponieważ przed krajowym kompleksem obronno-przemysłowym (MIC), jak zauważył D. Rogozin w swoim artykule „Rosja potrzebuje inteligentnego przemysłu obronnego” (Gazeta „Krasnaya Zvezda” 2012). - 7 lutego - С 3) postawiono zadanie „odzyskać światowe przywództwo technologiczne w dziedzinie produkcji broni w jak najkrótszym czasie”. Jak zauważono w artykule V. V. Putin „Być silnym: gwarancje bezpieczeństwa narodowego dla Rosji” (Gazeta „Rossijskaja Gazeta”. – 2012 r. – nr 5708 (35). – 20.02. – str. 1-3) „Zadaniem nadchodzącej dekady jest aby zapewnić nową strukturę Siły Zbrojne mogły polegać na całkowicie nowej technologii. Technika, która „widzi” dalej, strzela dokładniej, reaguje szybciej niż podobne systemy jakiegokolwiek potencjalnego wroga.”
Aby to osiągnąć, konieczne jest dokładne poznanie stanu, trendów i głównych kierunków pracy za granicą. Oczywiście nasi specjaliści zawsze starali się spełnić ten warunek podczas prowadzenia prac badawczo-rozwojowych. Ale w dzisiejszym środowisku, kiedy „przemysł obronny nie ma możliwości spokojnie kogoś dogonić, musimy dokonać przełomu, stać się czołowymi wynalazcami i producentami… Odpowiedzieć tylko na zagrożenia i wyzwania dnia dzisiejszego oznacza skazanie się do wiecznej roli maruderów. Musimy za wszelką cenę zapewnić przewagę techniczną, technologiczną i organizacyjną nad każdym potencjalnym wrogiem”(Z artykułu V. V. Putina).
Uważa się, że pierwsze stworzenie samolotu naddźwiękowego zostało zaproponowane w latach 30. XX wieku w Niemczech przez profesora Eigena Sengera i inżyniera Irene Bredt. Zaproponowano stworzenie samolotu wystrzeliwanego poziomo na katapulcie rakietowej, pod działaniem silników rakietowych rozpędzających się do prędkości około 5900 m/s, wykonujących lot transkontynentalny o zasięgu 5-7 tys. km po trajektorii rykoszetującej ładowność do 10 ton i lądowanie w odległości ponad 20 tys. km od miejsca startu.
Biorąc pod uwagę rozwój rakiety w latach 30., inżynier S. Korolev i pilot-obserwator E. Burche (S. Korolev, E. Burche Rocket w wojnie // Tekhnika-młodzież. - 1935. - nr 5. - P. 57 -59) zaproponował schemat użycia rakietowego samolotu bojowego-stratoplanu: „Idąc do bombardowania, należy wziąć pod uwagę fakt, że celność trafień z wysokości mierzona w dziesiątkach kilometrów i przy ogromnych prędkościach stratoplanu powinien być znikomy. Ale z drugiej strony jest to całkiem możliwe i bardzo ważne jest podejście do celu w stratosferze poza zasięgiem broni naziemnej, szybkie opadanie, bombardowanie z normalnych wysokości zapewniających wymaganą celność, a następnie błyskawiczne wznoszenie do nieosiągalnej wysokości.”
Koncepcja globalnego uderzenia opartego na broni naddźwiękowej
Obecnie pomysł ten zaczyna być praktycznie realizowany. W Stanach Zjednoczonych w połowie lat 90. sformułowano koncepcję Global Reach – Global Power. Zgodnie z nią Stany Zjednoczone powinny mieć możliwość uderzenia na cele naziemne i naziemne w dowolnym miejscu na świecie w ciągu 1-2 godzin od otrzymania rozkazu, bez korzystania z zagranicznych baz wojskowych z użyciem broni konwencjonalnej, np. UAB. Można to zrobić za pomocą nowej broni hipersonicznej, składającej się z hipersonicznej platformy nośnej i autonomicznego samolotu z ładunkiem bojowym, w szczególności UAB. Główne właściwości takiej broni to duża prędkość, duży zasięg, wystarczająco duża zwrotność, niska widoczność i duża Efektywność operacyjna.
W ramach szeroko zakrojonego programu US Armed Forces Promt Global Strike („Rapid Global Strike”), który umożliwia uderzenie konwencjonalną (niejądrową) bronią o działaniu kinetycznym w dowolnym punkcie planety w ciągu godziny, i realizowany w interesie armii amerykańskiej, naddźwiękowy system uderzeniowy nowej generacji jest opracowywany w dwóch wariantach:
• pierwszy, zwany AHW (Advanced Hypersonic Weapon), wykorzystuje jednorazowy pojazd nośny jako platformę naddźwiękową, po którym następuje wystrzelenie do celu samolotu naddźwiękowego AHW (szybujący samolot hipersoniczny może być również nazywany głowicą manewrującą) wyposażonego w naprowadzaną antenę bomby trafiające w cel;
• drugi, zwany hipersonicznym systemem uderzeniowym FALCON HCV-2, wykorzystuje naddźwiękowy samolot do stworzenia warunków do startu autonomicznego hipersonicznego szybowcowego samolotu CAV, który leci do celu i niszczy go za pomocą UAB.
Pierwsza wersja rozwiązania technicznego ma istotną wadę polegającą na tym, że rakietę nośną dostarczającą pocisk naddźwiękowy na miejsce startu AHW można pomylić z pociskiem z głowicą jądrową.
W 2003 roku Siły Powietrzne i Administracja Zaawansowanego Rozwoju (DARPA) Departamentu Obrony USA, w oparciu o własne osiągnięcia i propozycje branżowe dotyczące zaawansowanych systemów naddźwiękowych, opracowały nową koncepcję obiecującego naddźwiękowego systemu uderzeniowego o nazwie FALCON (Force Application and Start z kontynentalnego startu USA z kontynentalnych Stanów Zjednoczonych”) lub „Sokoła”. Zgodnie z tą koncepcją, system uderzeniowy FALCON składa się z naddźwiękowego wielorazowego (np. bezzałogowego) lotniskowca HCV (Hypersonic Cruise Vehicle – samolotu lecącego na wysokościach rzędu 40-60 km z hipersoniczną prędkością przelotową, z nośność do 5400 kg i zasięg 15 -17000 km) oraz naddźwiękowy, wysoce zwrotny, sterowany płatowiec CAV (Common Aero Vehicle - zunifikowany samolot autonomiczny) wielokrotnego użytku o właściwościach aerodynamicznych 3-5. Bazy pojazdów HCV mają znajdować się na lotniskach z pasem startowym o długości do 3 km.
Lockheed-Martin został wybrany na głównego projektanta naddźwiękowego aparatu uderzeniowego HCV i pojazdu dostawczego CAV dla systemu uderzeniowego FALCON. W 2005 roku rozpoczęła prace nad określeniem ich wyglądu technicznego oraz oceną wykonalności technologicznej projektów. W prace zaangażowane są również największe amerykańskie firmy lotnicze – Boeing, Northrop Grumman, Andrews Space. Ze względu na wysoki poziom ryzyka technologicznego programu przeprowadzono badania koncepcyjne kilku wariantów próbek doświadczalnych pojazdów dostawczych i ich nośników wraz z oceną właściwości manewrowych i sterowności.
Zrzucona z nośnika z prędkością naddźwiękową może przenosić różne ładunki bojowe o maksymalnej masie 500 kg do celu na odległość do 16 000 km. Urządzenie ma być wykonane zgodnie z obiecującym schematem aerodynamicznym, zapewniającym wysoką jakość aerodynamiczną. Do retargetowania urządzenia w locie i trafiania w cele wykryte w promieniu do 5400 km, jego wyposażenie ma obejmować sprzęt do wymiany danych w czasie rzeczywistym z różnymi systemami rozpoznania i punktami kontrolnymi. Pokonanie nieruchomych, silnie chronionych (zakopanych) celów zapewni użycie środków niszczenia kalibru 500 kg z głowicą penetrującą. Dokładność (okrągła prawdopodobna odchyłka) powinna wynosić około 3 m przy docelowej prędkości do 1200 m/s.
Naddźwiękowy samolot szybowcowy CAV ze sterowaniem aerodynamicznym ma masę około 900 kg, z czego samolot przewoźnika może unieść do sześciu, przenosi dwie konwencjonalne bomby lotnicze o wadze 226 kg każda w swoim przedziale bojowym. Dokładność użycia bomb jest bardzo wysoka - 3 metry. Zasięg rzeczywistego CAV może wynosić około 5000 km. Na ryc. 2 przedstawia schemat oddzielania zmian penetrujących za pomocą nadmuchiwanych muszli.
Schemat użycia bojowego systemu naddźwiękowego uderzenia FALCON wygląda następująco. Po otrzymaniu przydziału bombowiec naddźwiękowy HCV startuje z konwencjonalnego lotniska i za pomocą połączonego układu napędowego (DP) przyspiesza do prędkości w przybliżeniu odpowiadającej M = 6. Po osiągnięciu tej prędkości układ napędowy przełącza się w tryb naddźwiękowego silnika strumieniowego, rozpędzającego samolot do M = 10 i na wysokość co najmniej 40 km. W danym momencie szybujący samolot hipersoniczny CAV oddziela się od samolotu przewoźnika, który po wykonaniu misji bojowej w celu pokonania celów wraca na lotnisko jednej z zamorskich baz lotniczych USA (jeśli CAV jest wyposażony we własny silnik i niezbędne zapasy paliwa, może wrócić do kontynentalnych Stanów Zjednoczonych) (rys. 3).
Możliwe są dwa rodzaje torów lotu. Pierwszy typ charakteryzuje falistą trajektorię samolotu naddźwiękowego, zaproponowaną przez niemieckiego inżyniera Eigena Zengera w projekcie bombowca podczas II wojny światowej. Znaczenie trajektorii falistej jest następujące. Dzięki przyspieszeniu urządzenie opuszcza atmosferę i wyłącza silnik, oszczędzając paliwo. Następnie pod wpływem grawitacji samolot wraca do atmosfery i ponownie włącza silnik (na krótko, tylko na 20-40 s), co ponownie wyrzuca urządzenie w kosmos. Taka trajektoria, oprócz zwiększenia zasięgu, przyczynia się również do chłodzenia konstrukcji bombowca, gdy znajduje się on w kosmosie. Wysokość lotu nie przekracza 60 km, a krok fali wynosi około 400 km. Drugi typ trajektorii ma klasyczny tor lotu w linii prostej.
Badania eksperymentalne nad tworzeniem broni naddźwiękowej
Do oceny ich osiągów w locie, sterowności i obciążeń termicznych przy prędkościach M=10 – HTV-1, HTV-2, zaproponowano modele hipersoniczne HTV (Hypersonic Test Vehicle) o masie około 900 kg i długości do 5 m, HTV-3.
Aparat HTV-1 o kontrolowanym czasie lotu 800 s przy prędkości M = 10 został wycofany z badań ze względu na złożoność technologiczną wykonania korpusu osłony termicznej oraz błędne rozwiązania konstrukcyjne (rys. 4).
Aparat HTV-2 jest wykonany w układzie scalonym o ostrych krawędziach natarcia i zapewnia jakość 3, 5-4, co według konstruktorów zapewni dany zakres szybowania, a także zwrotność i sterowność za pomocą osłon aerodynamicznych do celowania z wymaganą dokładnością (rys. 5). Według US Congress Research Service (CRS) urządzenie naddźwiękowe FALCON HTV-2 jest w stanie uderzać w cele na odległość do 27 000 km i osiąga prędkość do 20 Macha (23 000 km/h).
HTV-3 jest miniaturowym modelem naddźwiękowego samolotu uderzeniowego HCV o jakości aerodynamicznej 4-5 (rys. 6). Model przeznaczony jest do oceny przyjętych rozwiązań technologicznych i konstrukcyjnych, właściwości aerodynamicznych i lotnych, a także zwrotności i sterowności w interesie dalszego rozwoju samolotu HCV. Testy w locie miały zostać przeprowadzone w 2009 roku. Całkowity koszt prac przy produkcji modelu i przeprowadzenia prób w locie szacowany jest na 50 mln USD.
Testy kompleksu szokowego miały zostać przeprowadzone w latach 2008-2009. za pomocą pojazdów nośnych. Schemat lotu próbnego naddźwiękowego samolotu HTV-2 przedstawiono na rys. 7.
Jak wykazały badania, główne zagadnienia problematyczne przy tworzeniu samolotu naddźwiękowego będą związane z rozwojem elektrowni, doborem paliwa i materiałów konstrukcyjnych, aerodynamiką i dynamiką lotu oraz systemem sterowania.
Dobór układu aerodynamicznego i konstrukcji samolotu powinien być oparty na warunku zapewnienia wspólnej pracy wlotu powietrza, zespołu napędowego i innych elementów samolotu. Przy prędkościach naddźwiękowych kwestie badania skuteczności sterowania aerodynamicznego, przy minimalnych powierzchniach powierzchni stabilizujących i sterujących, momentach zawiasowych, zwłaszcza przy zbliżaniu się do obszaru docelowego z prędkością około 1600 m / s, nabierają znaczenia przede wszystkim zapewniają wytrzymałość konstrukcji i precyzyjne prowadzenie do celu.
Według wstępnych badań temperatura na powierzchni pojazdu naddźwiękowego sięga 1900 °C, natomiast do normalnego funkcjonowania urządzeń pokładowych temperatura wewnątrz przedziału nie powinna przekraczać 70 °C. musi posiadać powłokę żaroodporną wykonaną z materiałów wysokotemperaturowych oraz wielowarstwową ochronę termiczną opartą na istniejących obecnie materiałach konstrukcyjnych.
Pojazd naddźwiękowy jest wyposażony w połączony bezwładnościowo-satelitarny system sterowania, aw przyszłości w kompleksowy optyczno-elektroniczny lub radarowy system naprowadzania.
Aby zapewnić lot po linii prostej, najbardziej obiecujące dla wojskowych systemów są silniki strumieniowe: SPVRD (naddźwiękowy silnik strumieniowy) i scramjet (hipodźwiękowy silnik strumieniowy). Są proste w konstrukcji, ponieważ praktycznie nie mają ruchomych części (poza pompą paliwową) wykorzystujących konwencjonalne paliwa węglowodorowe.
Układ aerodynamiczny i konstrukcja aparatu CAV są opracowywane w ramach projektu X-41, a lotniskowców - w ramach programu X-51. Celem programu X-51A jest zademonstrowanie możliwości stworzenia silnika scramjet, opracowania materiałów żaroodpornych, integracji płatowca i silnika oraz innych technologii niezbędnych do lotu w zakresie 4, 5-6, 5 mln. W ramach tego programu trwają również prace nad stworzeniem pocisku balistycznego z głowicą konwencjonalną, pocisku hipersonicznego X-51A Waverider oraz drona orbitalnego X-37B.
Według CRS finansowanie programu w 2011 r. wyniosło 239,9 mln USD, z czego 69 mln USD wydano na AHW.
Ministerstwo Obrony USA przeprowadziło kolejny test nowej szybującej bomby hipersonicznej AHW (Advanced Hypersonic Weapon). Test amunicji odbył się 17 listopada 2011 roku. Głównym celem testu było przetestowanie amunicji pod kątem manewrowości, sterowności i odporności na działanie wysokich temperatur. Wiadomo, że AHW została wystrzelona w górne warstwy atmosfery za pomocą rakiety startowej wystrzelonej z bazy lotniczej na Hawajach (ryc. 9). Po oddzieleniu amunicji od pocisku zaplanował i uderzył w cel na Wyspach Marshalla w pobliżu atolu Kwajalein, położonego cztery tysiące kilometrów na południowy zachód od Hawajów, z hipersoniczną prędkością pięciokrotnie większą od prędkości dźwięku. Lot trwał niecałe 30 minut.
Według rzecznika Pentagonu Melindy Morgan, celem testowania amunicji było zebranie danych na temat aerodynamiki AHW, jej prowadzenia i odporności na wysokie temperatury.
Ostatnie testy HTV-2 odbyły się w połowie sierpnia 2011 roku i zakończyły się niepowodzeniem (rys. 10).
Zdaniem ekspertów, do 2015 roku możliwe jest zaadoptowanie wstrząsowego systemu naddźwiękowego pierwszej generacji pierwszej generacji. Uważa się, że konieczne jest wykonanie do 16 startów dziennie przy użyciu jednorazowego pojazdu nośnego. Koszt uruchomienia to około 5 milionów dolarów.
Oczekuje się, że powstanie pełnowymiarowego systemu strajkowego nie wcześniej niż w latach 2025-2030.
Pomysł wojskowego wykorzystania stratoplanu z napędem rakietowym, zaproponowany przez S. Korolowa i E. Burche w latach 30., sądząc po badaniach prowadzonych w Stanach Zjednoczonych, zaczyna być wdrażany w projektach stworzenia nowa generacja hipersonicznych broni uderzeniowych.
Zastosowanie UAB jako części naddźwiękowego pojazdu autonomicznego podczas ataku na cel stawia wysokie wymagania w zakresie zapewnienia precyzyjnego naprowadzania w warunkach lotu naddźwiękowego oraz termicznej ochrony sprzętu przed skutkami nagrzewania kinetycznego.
Na przykładzie prac prowadzonych w Stanach Zjednoczonych nad stworzeniem broni naddźwiękowej widzimy, że możliwości bojowego użycia UAB są dalekie od wyczerpania i determinują je nie tylko cechy taktyczno-techniczne samego UAB, co zapewnia podany zasięg, dokładność i prawdopodobieństwo zniszczenia, ale także sposób dostawy. Ponadto realizacja tego projektu może również rozwiązać pokojowe zadanie szybkiego dostarczenia ładunku lub sprzętu ratunkowego w niebezpieczeństwie do dowolnej części świata.
Przedstawiony materiał skłania do poważnego zastanowienia się nad treścią głównych kierunków rozwoju krajowych systemów uderzeń kierowanych do lat 2020-2030. Jednocześnie należy wziąć pod uwagę oświadczenie D. Rogozina (Rogozin D. Praca nad dokładnym algorytmem // Obrona Narodowa. - 2012. - nr 2. - P. 34-406): „… musimy porzucić ideę „nadrabiania i wyprzedzania”… I jest mało prawdopodobne, abyśmy szybko zdobyli siłę i możliwości, które pozwoliłyby nam dogonić kraje high-tech z niewiarygodną prędkością. Nie trzeba tego robić. Potrzebujemy czegoś innego, znacznie bardziej skomplikowanego… Trzeba wyliczyć przebieg prowadzenia walki zbrojnej z perspektywą do 30 lat, określić ten punkt, dojść do niego. Aby zrozumieć, czego potrzebujemy, to znaczy przygotować broń nie na jutro ani nawet pojutrze, ale na historyczny tydzień przed nami… Powtarzam, nie myślcie o tym, co robią w USA, Francji, Niemczech, pomyśl o tym, co będą mieli za 30 lat. I musisz stworzyć coś, co będzie lepsze niż teraz. Nie podążaj za nimi, spróbuj zrozumieć, dokąd wszystko zmierza, a wtedy wygramy”.
Oznacza to, że konieczne jest zrozumienie, czy pojawiło się dla nas takie zadanie, a jeśli tak, to jak je rozwiązać.
