Pokroky v hypersonické technologii vedly k vytvoření vysokorychlostních zbraňových systémů. Na druhé straně byly identifikovány jako klíčové oblasti, ve kterých se armáda musí pohybovat, aby udržela krok s protivníky, pokud jde o technologie.
V posledních několika desetiletích byl v této technologické oblasti prováděn rozsáhlý vývoj, přičemž byl široce využíván princip cykličnosti, kdy jedna výzkumná kampaň byla použita jako základ pro další. Tento proces vedl k významnému pokroku v technologii hypersonických zbraní. Po dvě desetiletí vývojáři aktivně používají hypersonickou technologii, hlavně u balistických a řízených střel, stejně jako u klouzavých bloků s raketovým posilovačem.
Aktivní práce se provádí v oblastech, jako je simulace, testování v aerodynamickém tunelu, design kužele nosu, chytré materiály, dynamika reentry a vlastní software. V důsledku toho mají nyní hypersonické systémy pozemního odpalování vysokou připravenost a vysokou přesnost, což armádě umožňuje útočit na širokou škálu cílů. Tyto systémy navíc mohou výrazně oslabit stávající protiraketovou obranu nepřítele.
Americké programy
Americké ministerstvo obrany a další vládní agentury stále více věnují pozornost vývoji hypersonických zbraní, které podle odborníků dosáhnou požadované úrovně vývoje v roce 2020. Svědčí o tom nárůst investic a zdrojů přidělených Pentagonem na hypersonický výzkum.
Americká správa raketových a vesmírných systémů americké armády a národní laboratoř Sandia spolupracují na pokročilém hypersonickém zbrani (AHW), nyní známém jako alternativní systém opětovného vstupu. Tento systém používá hypersonickou kluznou jednotku HGV (hypersonic glide vehicle) k dodání konvenční hlavice, podobnou konceptu DARPA a Hypersonic Technology Vehicle-2 (HTV-2) amerického letectva. Tuto jednotku však lze nainstalovat na nosnou raketu s kratším doletem než v případě HTV-2, což zase může indikovat prioritu pokročilého nasazení, například na souši nebo na moři. Jednotka těžkých nákladních vozidel, strukturálně odlišná od HTV-2 (kónická, nikoli klínová), je na konci trajektorie vybavena vysoce přesným naváděcím systémem.
První let rakety AHW v listopadu 2011 umožnil demonstrovat úroveň propracovanosti technologií hypersonického plánování pomocí raketového urychlovače, technologií tepelné ochrany a také zkontrolovat parametry testovacího místa. Klouzavá jednotka, vypuštěná z raketového dosahu na Havaji a letící asi 3800 km, úspěšně zasáhla svůj cíl.
Druhé testovací spuštění bylo provedeno z místa startu Kodiak na Aljašce v dubnu 2014. Ovšem 4 sekundy po startu dali řídící příkaz k zničení rakety, když se vnější tepelná ochrana dotkla řídicí jednotky nosné rakety. Další zkušební start menší verze byl proveden z raketového dosahu v Tichém oceánu v říjnu 2017. Tato menší verze byla upravena tak, aby odpovídala standardní balistické raketě odpalované z ponorky.
Pro plánované spuštění testů v rámci programu AHW ministerstvo obrany požadovalo 86 milionů dolarů na fiskální rok 2016, 174 milionů dolarů na fiskální rok 2017, 197 milionů dolarů na rok 2018 a 263 milionů dolarů na rok 2019. Poslední žádost spolu s plány na pokračování testovacího programu AHW naznačují, že ministerstvo je rozhodně odhodláno vyvíjet a zavádět systém pomocí platformy AHW.
V roce 2019 se program zaměří na výrobu a testování nosné rakety a hypersonického kluzáku, které budou použity při letových experimentech; o pokračování studie slibných systémů za účelem kontroly nákladů, smrtelnosti, aerodynamických a tepelných charakteristik; a o provádění dalšího výzkumu za účelem posouzení alternativ, proveditelnosti a koncepcí integrovaných řešení.
DARPA společně s americkým letectvem současně implementují předváděcí program HSSW (High Speed Strike Weapon), který se skládá ze dvou hlavních projektů: program TBG (Tactical Boost-Glide), vyvinutý Lockheed Martin a Raytheon, a program HAWC (Hypersonic Air -pirating Weapon Concept).), vedený Boeingem. Zpočátku se plánuje nasazení systému u letectva (start vzduchu) a poté přechod na provoz na moři (vertikální start).
Zatímco primárním cílem hypersonického vývoje ministerstva obrany jsou vzduchové odpalovací zbraně, DARPA v roce 2017 v rámci projektu Operační požáry zahájil nový program pro vývoj a předvedení hypersonického systému pozemního odpalování, který zahrnuje technologii z programu TBG.
V žádosti o rozpočet na rok 2019 požadoval Pentagon 50 milionů dolarů na vývoj a předvedení systému pozemního odpalu, který umožňuje hypersonické klouzající křídlové jednotce překonat nepřátelskou protivzdušnou obranu a rychle a přesně zasáhnout prioritní cíle. Cílem projektu je: vývoj pokročilého nosiče schopného dodávat různé hlavice na různé vzdálenosti; vývoj kompatibilních platforem pro pozemní odpalování, které umožňují integraci do stávající pozemní infrastruktury; a dosažení specifických vlastností požadovaných pro rychlé nasazení a opětovné nasazení systému.
Ve své žádosti o rozpočet na rok 2019 požadovala DARPA na financování TBG 179,5 milionu USD. Cílem TBG (jako HAWC) je dosáhnout rychlosti bloku 5 Machů nebo více při plánování cíle na konečné větvi trajektorie. Tepelná odolnost takové jednotky musí být velmi vysoká, musí být vysoce manévrovatelná, létat ve výškách téměř 61 km a nést hlavici o hmotnosti asi 115 kg (přibližně velikost bomby o malém průměru, bombička s malým průměrem). V rámci programů TBG a HAWC se vyvíjí také hlavice a naváděcí systém.
Dříve americké letectvo a DARPA zahájily společný program FALCON (Force Application and Launch from CONtinental United States) v rámci projektu CPGS (Conventional Prompt Global Strike). Jejím cílem je vyvinout systém skládající se z nosné rakety podobné balistické raketě a hypersonického atmosférického reentry vozidla známého jako běžné aero vozidlo (CAV), které by dokázalo doručit hlavici kamkoli na světě během jedné až dvou hodin. Vysoce manévrovatelná klouzavá jednotka CAV s deltoidním trupem křídla, která nemá vrtuli, může létat v atmosféře nadzvukovou rychlostí.
Lockheed Martin pracoval s DARPA na rané koncepci hypersonického vozidla HTV-2 v letech 2003 až 2011. Lehké rakety Minotaur IV, které se staly dodávkovým vozidlem pro bloky HTV-2, byly vypuštěny z Vandenberg AFB v Kalifornii. První let HTV-2 v roce 2010 poskytl data, která prokázala pokrok ve zlepšování aerodynamických výkonů, materiálů s vysokou teplotou, systémů tepelné ochrany, systémů autonomní letové bezpečnosti a naváděcích, navigačních a řídicích systémů pro prodloužený hypersonický let. Tento program však byl uzavřen a v současné době je veškeré úsilí zaměřeno na projekt AHW.
Pentagon doufá, že tyto výzkumné programy připraví půdu pro různé hypersonické zbraně, a také plánuje konsolidovat své aktivity v oblasti vývoje hypersonických zbraní jako součást plánu, který se vyvíjí pro další financování projektů v této oblasti.
V dubnu 2018 náměstek ministra obrany oznámil, že mu bylo nařízeno splnit „80% plánu“, což je provést hodnotící testy do roku 2023, jejichž cílem je dosáhnout nadzvukových schopností v příštím desetiletí. Jedním z prioritních úkolů Pentagonu je také dosáhnout synergie v hypersonických projektech, protože součásti s podobnou funkcí jsou velmi často vyvíjeny v různých programech. "Přestože jsou procesy odpalování rakety z mořské, letecké nebo pozemní platformy výrazně odlišné." je nutné usilovat o maximální jednotnost jeho součástí “.
Ruské úspěchy
Ruský program na vývoj hypersonické rakety je ambiciózní, což do značné míry usnadňuje komplexní podpora státu. Potvrzuje to výroční zpráva prezidenta Federálnímu shromáždění, kterou přednesl 1. března 2018. Během svého vystoupení prezident Putin představil několik nových zbraňových systémů, včetně slibného strategického raketového systému Avangard.
Putin odhalil tyto zbraňové systémy, včetně Vanguardu, jako reakci na nasazení amerického globálního systému protiraketové obrany. Uvedl, že „Spojené státy, navzdory hlubokým obavám Ruské federace, pokračují v systematickém provádění svých plánů protiraketové obrany“a že reakcí Ruska je zvýšit schopnosti úderů svých strategických sil porazit obranné systémy potenciálních protivníků (ačkoli současný americký systém protiraketové obrany je sotva schopen zachytit i část ruských 1 550 jaderných hlavic).
Vanguard je zřejmě dalším vývojem projektu 4202, který byl transformován do projektu Yu-71 pro vývoj hypersonické vedené hlavice. Podle Putina může na pochodové nebo klouzavé části své dráhy udržovat rychlost 20 Machových čísel a „při pohybu směrem k cíli může provádět hluboké manévrování, jako boční manévr (a přes několik tisíc kilometrů). To vše ho činí naprosto nezranitelným pro jakékoli prostředky protivzdušné a raketové obrany. “
Let Vanguardu probíhá prakticky v podmínkách tvorby plazmy, to znamená, že se pohybuje k cíli jako meteorit nebo ohnivá koule (plazma je ionizovaný plyn vznikající v důsledku zahřívání částic vzduchu, určovaných vysokou rychlostí blok). Teplota na povrchu bloku může dosáhnout „2000 stupňů Celsia“.
V Putinově zprávě video ukázalo koncept Avangard v podobě zjednodušené hypersonické rakety schopné manévrovat a překonávat systémy protivzdušné obrany a protiraketové obrany. Prezident uvedl, že okřídlená jednotka zobrazená na videu není „skutečnou“prezentací konečného systému. Podle odborníků však okřídlená jednotka na videu může představovat zcela realizovatelný projekt systému s taktickými a technickými charakteristikami Vanguardu. Kromě toho, s ohledem na dobře známou historii testů projektu Yu-71, můžeme říci, že Rusko sebevědomě směřuje k vytvoření masové výroby hypersonických klouzavých křídlových jednotek.
Strukturální konfigurace zařízení zobrazeného na videu je s největší pravděpodobností klínovité tělo typu křídlo-trup, které obdrželo obecnou definici „vlnového kluzáku“. Ukázalo se jeho oddělení od nosné rakety a následné manévrování k cíli. Video ukázalo čtyři povrchy řízení, dvě v horní části trupu a dvě brzdové destičky v trupu, vše v zadní části plavidla.
Je pravděpodobné, že Vanguard má být vypuštěn s novou těžkou vícestupňovou mezikontinentální balistickou raketou Sarmat. Na svou adresu však Putin uvedl, že „je kompatibilní se stávajícími systémy“, což naznačuje, že v blízké budoucnosti bude nositelem křídlové jednotky Avangard s největší pravděpodobností modernizovaný komplex UR-100N UTTH. Odhadovaný akční dosah Sarmatu 11 000 km v kombinaci s dosahem 9 900 km řízené hlavice Yu-71 umožňuje dosáhnout maximálního doletu přes 20 000 km.
Moderní vývoj Ruska v oblasti hypersonických systémů začal v roce 2001, kdy byly testovány ICBM UR-100N (podle klasifikace NATO SS-19 Stiletto) s kluzným blokem. První odpálení rakety Project 4202 s hlavicí Yu-71 bylo provedeno 28. září 2011. Na základě projektu Yu-71/4202 vyvinuli ruští inženýři další hypersonický aparát, včetně druhého prototypu Yu-74, který byl poprvé spuštěn v roce 2016 z testovacího místa v oblasti Orenburg a zasáhl cíl v Kura testovací místo na Kamčatce. 26. prosince 2018 bylo provedeno poslední (z časového hlediska) úspěšné spuštění komplexu Avangard, který vyvinul rychlost asi 27 Machů.
Čínský projekt DF-ZF
Podle dosti omezených informací z otevřených zdrojů Čína vyvíjí hypersonické vozidlo DF-ZF. Program DF-ZF zůstal přísně tajný, dokud testování nezačalo v lednu 2014. Americké zdroje sledovaly skutečnost testů a pojmenovaly zařízení Wu-14, protože testy byly prováděny na testovacím místě Wuzhai v provincii Shanxi. Zatímco Peking nezveřejnil podrobnosti o tomto projektu, americká a ruská armáda naznačují, že dosud proběhlo sedm úspěšných testů. Podle amerických zdrojů měl projekt do června 2015 určité potíže. Teprve počínaje pátou sérií testovacích spuštění můžeme hovořit o úspěšném splnění zadaných úkolů.
Podle čínského tisku DF-ZF za účelem zvýšení doletu kombinuje schopnosti nebalistických raket a klouzavých bloků. Typický hypersonický dron DF-ZF, pohybující se po startu po balistické dráze, zrychluje na suborbitální rychlost Mach 5 a poté, vstupem do vyšších vrstev atmosféry, letí téměř rovnoběžně s povrchem Země. Díky tomu je celková cesta k cíli kratší než u konvenční balistické rakety. Výsledkem je, že navzdory snížení rychlosti v důsledku odporu vzduchu může hypersonické vozidlo dosáhnout svého cíle rychleji než konvenční hlavice ICBM.
Po sedmém zkušebním testu v dubnu 2016, při dalších testech v listopadu 2017, dosáhlo zařízení s jadernou raketou DF-17 rychlosti 11 265 km / h.
Ze zpráv místního tisku je zřejmé, že čínské hypersonické zařízení DF-ZF bylo testováno s nosičem-balistickou raketou středního doletu DF-17. Tuto raketu brzy nahradí raketa DF-31 s cílem zvýšit dolet na 2000 km. V tomto případě může být hlavice vybavena jadernou náloží. Ruské zdroje naznačují, že zařízení DF-ZF může vstoupit do fáze výroby a čínská armáda jej přijme v roce 2020. Soudě podle vývoje událostí je však Čína stále asi 10 let od přijetí svých hypersonických systémů.
Podle amerických zpravodajských služeb může Čína pro strategické zbraně používat hypersonické raketové systémy. Čína může také vyvinout hypersonickou technologii ramjet, aby poskytla schopnost rychlého úderu. Raketa s takovým motorem, vypuštěná z Jihočínského moře, dokáže letět 2000 km v blízkém vesmíru hypersonickou rychlostí, což umožní Číně ovládnout region a být schopna prorazit i ty nejmodernější systémy protiraketové obrany.
Indický vývoj
Indická organizace pro výzkum a vývoj obrany (DRDO) pracuje na hypersonických pozemních odpalovacích systémech více než 10 let. Nejúspěšnějším projektem je raketa Shourya (nebo Shaurya). Dva další programy, BrahMos II (K) a Hypersonic Technology Demonstrating Vehicle (HSTDV), mají určité potíže.
Vývoj taktické rakety země-povrch začal v 90. letech. Udává se, že raketa má typický dolet 700 km (i když by se dala zvýšit) s kruhovou odchylkou 20-30 metrů. Střela Shourya může být vypuštěna z odpalovacího modulu, který se montuje na mobilní odpalovací zařízení 4x4, nebo ze stacionární platformy ze země nebo ze sila.
Ve verzi nosné rakety je pomocí plynového generátoru vypuštěna dvoustupňová raketa, která vzhledem k vysoké rychlosti spalování hnacího plynu vytváří vysoký tlak dostatečný k tomu, aby raketa vzlétla z kontejneru vysokou rychlostí. První stupeň udržuje let 60–90 sekund před zahájením druhého stupně, načež je odpálen malým pyrotechnickým zařízením, které funguje také jako motor pro stoupání a otáčení.
Plynový generátor a motory vyvinuté laboratoří High Energy Materials Laboratory a Advanced Systems Laboratory pohání raketu na rychlost Mach 7. Všechny motory a stupně používají speciálně vyvinutá tuhá paliva, která vozidlu umožňují dosáhnout nadzvukových rychlostí. Střela o hmotnosti 6,5 tuny může nést konvenční vysoce výbušnou hlavici vážící téměř tunu nebo jadernou hlavici odpovídající 17 kilotunám.
První pozemní testy střely Shourya na testovacím stanovišti Chandipur byly provedeny v roce 2004 a další zkušební spuštění v listopadu 2008. Při těchto testech bylo dosaženo rychlosti Mach 5 a dojezdu 300 km.
Zkoušky ze sila rakety Shourya v konečné konfiguraci byly provedeny v září 2011. Prototyp měl údajně vylepšený navigační a naváděcí systém, který zahrnoval prstencový laserový gyroskop a akcelerometr DRDO. Raketa spoléhala hlavně na gyroskop navržený speciálně pro zlepšení manévrovatelnosti a přesnosti. Raketa dosáhla rychlosti Mach 7, 5, letěla 700 km v malé výšce; povrchová teplota pouzdra současně dosáhla 700 ° C.
Ministerstvo obrany provedlo poslední zkušební spuštění v srpnu 2016 z testovacího místa v Chandipuru. Raketa dosahující výšky 40 km letěla 700 km a znovu rychlostí 7,5 Machu. Působením vypuzovací nálože raketa letěla po balistické dráze o délce 50 metrů a poté přešla na pochodový let na hypersonické úrovni, takže konečný manévr před dosažením cíle.
Na DefExpo 2018 bylo oznámeno, že další model rakety Shourya projde určitým vylepšením, aby se prodloužil dolet. Očekává se, že společnost Bharat Dynamics Limited (BDL) zahájí sériovou výrobu. Mluvčí BDL však řekl, že od DRDO neobdrželi žádné výrobní pokyny, což naznačuje, že raketa se stále dokončuje; informace o těchto vylepšeních jsou utajovány organizací DRDO.
Indie a Rusko společně vyvíjejí hypersonickou řízenou střelu BrahMos II (K) jako součást společného podniku BrahMos Aerospace Private Limited. Společnost DRDO vyvíjí hypersonický náporový motor, který byl úspěšně testován na zemi.
Indie s pomocí Ruska vytváří speciální tryskové palivo, které umožňuje raketě dosáhnout hypersonických rychlostí. Žádné další podrobnosti o projektu nejsou k dispozici, ale představitelé společnosti uvedli, že jsou stále ve fázi předběžného návrhu, takže bude trvat nejméně deset let, než bude BrahMos II uveden do provozu.
Přestože se tradiční nadzvuková raketa BrahMos úspěšně osvědčila, Indický technologický institut, Indický institut vědy a BrahMos Aerospace provádí v rámci projektu BrahMos II velké množství výzkumu v oblasti materiálových věd, protože materiály musí odolat vysokým tlak a vysoká aerodynamická a tepelná zatížení spojená s hypersonickými rychlostmi.
Generální ředitel společnosti BrahMos Aerospace Sudhir Mishra uvedl, že ruská raketa Zircon a BrahMos II sdílejí společnou technologii motoru a pohonu, zatímco naváděcí a navigační systém, software, trup a řídicí systémy vyvíjí Indie.
Plánuje se, že dolet a rychlost rakety bude 450 km, respektive Mach 7. Dosah rakety byl původně stanoven na 290 km, protože Rusko podepsalo režim řízení raketových technologií, ale Indie, která je rovněž signatářem tohoto dokumentu, se v současné době snaží dolet své rakety zvýšit. Očekává se, že raketu bude možné vypustit ze vzduchové, pozemní, povrchové nebo podvodní platformy. Organizace DRDO plánuje investovat 250 milionů dolarů do testování rakety schopné vyvinout nadzvukové rychlosti Mach 5, 56 nad hladinou moře.
Mezitím se indický projekt HSTDV, v němž je k demonstraci nezávislého dlouhého letu použit rázový motor, čelí strukturálním obtížím. Laboratoř výzkumu a vývoje obrany však nadále pracuje na vylepšení technologie ramjet. Soudě podle deklarovaných charakteristik, pomocí startujícího raketového motoru na tuhá paliva bude zařízení HSTDV ve výšce 30 km schopné vyvinout rychlost Mach 6 po dobu 20 sekund. Základní konstrukce s krytem a držákem motoru byla navržena v roce 2005. Většinu aerodynamických testů provedla národní letecká laboratoř NAL.
Zmenšený HSTDV byl testován v NAL pro přívod vzduchu a odtok výfukových plynů. Aby se získal hypersonický model chování vozidla ve větrném tunelu, bylo provedeno také několik testů při vyšších nadzvukových rychlostech (v důsledku kombinace kompresních a řídkých vln).
Laboratoř výzkumu a vývoje obrany prováděla práce související s výzkumem materiálů, integrací elektrických a mechanických součástí a motorem s náporovým proudem. První základní model byl veřejnosti představen v roce 2010 na specializované konferenci a v roce 2011 v Aerolndii. Podle plánu byla výroba plnohodnotného prototypu naplánována na rok 2016. Vzhledem k nedostatku potřebných technologií, nedostatečnému financování v oblasti hypersonického výzkumu a nedostupnosti místa výroby však projekt výrazně zaostává za plánem.
Aerodynamické, pohonné a rázové motory však byly pečlivě analyzovány a vypočítány a očekává se, že proudový motor v plné velikosti bude schopen generovat tah 6 kN, což satelitům umožní vypouštět jaderné hlavice a další balistické / ne -balistické střely na velkou vzdálenost. Osmiboký trup o hmotnosti jedné tuny je vybaven cestovními stabilizátory a zadními ovládacími směrovkami.
Kritické technologie, jako je spalovací komora motoru, jsou testovány v jiné terminální balistické laboratoři, rovněž součástí DRDO. DRDO doufá, že vybuduje hypersonické větrné tunely pro testování systému HSTDV, ale nedostatek financí je problém.
Se vznikem moderních integrovaných systémů protivzdušné obrany se vojensky silné ozbrojené síly spoléhají na hypersonické zbraně, aby se postavily proti strategiím odmítnutí / zablokování přístupu a zahájily regionální nebo globální údery. Koncem dvacátých let 20. století začaly obranné programy věnovat zvláštní pozornost hypersonickým zbraním jako optimálnímu prostředku globálního úderu. V tomto ohledu a také v tom, že geopolitická rivalita je každým rokem stále tvrdší, armáda usiluje o maximalizaci objemu finančních prostředků a zdrojů přidělených na tyto technologie.
V případě hypersonických zbraní pro pozemní odpalování, zejména systémů používaných mimo zónu působení aktivních systémů protivzdušné obrany nepřítele, jsou optimálními a nízkorizikovými možnostmi odpalování standardní komplexy a mobilní odpalovací zařízení pro země-země a zbraně země-vzduch a podzemní miny pro údery na střední nebo mezikontinentální vzdálenosti.
