Americké vojenské letectvo testovalo X-51A Waverider, který dokázal získat rychlost 5krát vyšší než rychlost zvuku a dokázal létat déle než 3 minuty, čímž vytvořil světový rekord, který dříve drželi ruští vývojáři. Test proběhl celkem dobře, hypersonické zbraně jsou připraveny k závodu.
27. května 2010 byl X-51A Waverider (volně přeloženo jako let vlnou a „nedobrovolně“jako surfař) svržen z bombardéru B-52 nad Tichým oceánem. Posilovací stupeň X-51A, vypůjčený ze známé rakety ATCAMS, vynesl Waverider do výšky 19,8 tisíce metrů, kde byl zapnut hypersonický ramjetový motor (GPRVD nebo scrumjet). Poté raketa vystoupala do výšky 21,3 tisíce metrů a nabrala rychlost Mach 5 (5 M - pět rychlostí zvuku). Celkem raketový motor pracoval asi 200 sekund, načež X-51A vyslal signál k sebezničení v souvislosti s vypuknutím přerušení telemetrie. Podle plánu měla raketa vyvinout rychlost 6 M (podle projektu byla rychlost X-51 7 M, tedy přes 8 000 km / h) a motor musel pracovat pro 300 sekund.
Testy nebyly dokonalé, ale to jim nezabránilo stát se vynikajícím úspěchem. Doba provozu motoru třikrát překročila předchozí rekord (77 s), který držela sovětská (později ruská) létající laboratoř „Kholod“. Rychlost 5M byla poprvé dosažena s konvenčním uhlovodíkovým palivem, a ne s některými „exkluzivními“, jako je vodík. Waverider použil JP-7, petrolej s nízkými parami, používaný na slavném ultra-vysokorychlostním průzkumném letounu SR-71.
Co je to Scrumjet a jaká je podstata současných úspěchů? V zásadě jsou náporové motory (náporové motory) mnohem jednodušší než proudové motory (proudové motory), které jsou všem známé. Ramjetový motor je jednoduše přívod vzduchu (jediná pohyblivá část), spalovací komora a tryska. V tomto se příznivě srovnává s tryskovými turbínami, kde k tomuto elementárnímu schématu, vynalezenému již v roce 1913, patří kombinované úsilí o přivádění vzduchu do spalovací komory ventilátor, kompresor a samotná turbína. U náporových motorů tuto funkci provádí samotný protijedoucí proud vzduchu, což okamžitě eliminuje potřebu sofistikovaných konstrukcí pracujících v proudu horkých plynů a dalších drahých radovánek proudové životnosti. Díky tomu jsou ramjet motory lehčí, levnější a méně citlivé na vysoké teploty.
Jednoduchost však má svoji cenu. Motory s přímým tokem jsou při podzvukových rychlostech neúčinné (až 500–600 km / h nefungují vůbec)-jednoduše nemají dostatek kyslíku, a proto potřebují další motory, které zrychlují aparát na efektivní rychlosti. Vzhledem k tomu, že objem a tlak vzduchu vstupujícího do motoru je omezen pouze průměrem sání vzduchu, je extrémně obtížné efektivně ovládat tah motoru. Ramjet motory jsou obvykle „nabroušené“pro úzký rozsah provozních otáček a mimo něj se začínají chovat neadekvátně. Kvůli těmto inherentním nedostatkům při podzvukových rychlostech a mírném nadzvukovém chování proudové motory radikálně překonávají své konkurenty s přímým tokem.
Situace se změní, když se hbitost letadla sníží na 3 houpačky. Při vysokých letových rychlostech je vzduch ve vstupu motoru stlačen natolik, že zmizí potřeba kompresoru a dalšího vybavení - přesněji se stávají překážkou. Ale při těchto rychlostech se nadzvukové ramjet motory SPRVD („ramjet“) cítí skvěle. Se zvyšující se rychlostí se však výhody volného „kompresoru“(nadzvukové proudění vzduchu) stávají pro konstruktéry motorů noční můrou.
V proudovém a SPVRD hoří petrolej při relativně nízkém průtoku - 0,2 M. To vám umožní dosáhnout dobrého promíchání vzduchu a vstřikovaného petroleje, a tedy i vysoké účinnosti. Ale čím vyšší je rychlost příchozího proudu, tím je obtížnější jej brzdit a tím vyšší jsou ztráty spojené s tímto cvičením. Počínaje 6 M musí být tok 25-30krát zpomalen. Nezbývá než spalovat palivo nadzvukovým proudem. Zde začínají skutečné potíže. Když vzduch vstupuje do spalovací komory rychlostí 2,5–3 000 km / h, proces udržování spalování se stává podobným, slovy jednoho z vývojářů, „snahou udržet zápalku zapálenou uprostřed tajfunu. Není to tak dávno, co se věřilo, že v případě petroleje to není možné.
Problémy vývojářů hypersonických vozidel nejsou v žádném případě omezeny na vytvoření fungujícího SCRVD. Potřebují také překonat takzvanou tepelnou bariéru. Letoun se zahřívá třením o vzduch a intenzita ohřevu je přímo úměrná druhé mocnině rychlosti proudění: pokud se rychlost zdvojnásobí, pak se ohřev zvýší čtyřnásobně. Zahřívání letadla za letu nadzvukovou rychlostí (zejména v malých výškách) je někdy tak velké, že vede ke zničení konstrukce a vybavení.
Při letu rychlostí 3 M, a to i ve stratosféře, je teplota vstupních hran přívodu vzduchu a náběžných hran křídla více než 300 stupňů a zbytku kůže - více než 200. Zařízení s rychlost 2-2,5krát více se zahřeje 4-6krát více. Současně i při teplotách asi 100 stupňů organické sklo měkne, při 150 - pevnost duralu se výrazně snižuje, při 550 - slitiny titanu ztrácejí potřebné mechanické vlastnosti a při teplotách nad 650 stupňů tavenina hliníku a hořčíku, ocel změkne.
Vysoký stupeň vytápění lze vyřešit buď pasivní tepelnou ochranou, nebo aktivním odváděním tepla využitím rezervních paliv na palubě jako chladiče. Problém je v tom, že při velmi slušné „chladicí“schopnosti petroleje - tepelná kapacita tohoto paliva je jen poloviční než u vody - nesnáší dobře vysoké teploty a objemy tepla, které je potřeba „strávit“, jsou jednoduše monstrózní.
Nejjednodušší způsob, jak vyřešit oba problémy (nadzvukové spalování a chlazení), je opustit petrolej ve prospěch vodíku. Ten druhý relativně snadno - ve srovnání s petrolejem - samozřejmě hoří i v nadzvukovém proudu. Tekutý vodík je přitom ze zřejmých důvodů také vynikajícím chladičem, který umožňuje nepoužívat masivní tepelnou ochranu a současně zajistit přijatelnou teplotu na palubě. Kromě toho má vodík trojnásobek výhřevnosti petroleje. To umožňuje zvýšit hranici dosažitelných otáček až na 17 M (maximum na uhlovodíkové palivo - 8 M) a současně udělat motor kompaktnějším.
Není divu, že většina předchozích rekordních hypersonických letadel létala přesně na vodík. Vodíkové palivo používala naše létající laboratoř „Kholod“, která zatím zaujímá druhé místo z hlediska doby trvání motoru scramjet (77 s). Jemu NASA vděčí za rekordní rychlost u proudových vozidel: v roce 2004 dosáhl bezpilotní letoun NASA X-43A bezpilotní rychlosti při letové výšce 33,5 km rychlosti 11 265 km / h (neboli 9,8 M).
Použití vodíku však vede k dalším problémům. Jeden litr kapalného vodíku váží pouhých 0,07 kg. I když vezmeme v úvahu třikrát větší „energetickou kapacitu“vodíku, znamená to čtyřnásobné zvýšení objemu palivových nádrží se stálým množstvím uložené energie. To má za následek nafouknutí velikosti a hmotnosti zařízení jako celku. Tekutý vodík navíc vyžaduje velmi specifické provozní podmínky - „všechny hrůzy kryogenních technologií“plus specifičnost samotného vodíku - je extrémně výbušný. Jinými slovy, vodík je vynikajícím palivem pro experimentální vozidla a kusové stroje, jako jsou strategické bombardéry a průzkumná letadla. Ale jako palivo pro hromadné zbraně, které mohou být založeny na konvenčních platformách jako normální bombardér nebo torpédoborec, je nevhodné.
O to významnější je úspěch tvůrců X-51, kteří se dokázali obejít bez vodíku a zároveň dosahovat působivých rychlostí a rekordních ukazatelů po dobu letu s náporovým motorem. Část rekordu je dána inovativním aerodynamickým designem - právě tím vlnovým letem. Podivný hranatý vzhled aparátu, jeho divoce vyhlížející design vytváří systém rázových vln, aerodynamikou povrchu se stávají právě oni, a ne tělo aparátu. Výsledkem je, že zvedací síla vzniká s minimální interakcí dopadajícího proudu se samotným tělem a v důsledku toho intenzita jeho ohřevu prudce klesá.
X-51 má černý vysokoteplotní tepelný štít uhlík-uhlík umístěný pouze na špičce nosu a na zadní straně spodní části. Hlavní část těla je pokryta bílým nízkoteplotním tepelným štítem, což ukazuje na relativně jemný režim ohřevu: a to při 6–7 m v poměrně hustých vrstvách atmosféry a nevyhnutelných ponorech do troposféry k cíli.
Americká armáda místo vodíkové „příšery“získala zařízení poháněné praktickým leteckým palivem, které jej okamžitě vynese z oblasti zábavného experimentu do říše skutečné aplikace. Před námi už není ukázka technologie, ale prototyp nové zbraně. Pokud X-51A úspěšně projde všemi testy, za pár let začne vývoj plnohodnotné bojové verze X-51A +, vybavené nejmodernějším elektronickým plněním.
Podle předběžných plánů Boeingu bude X-51A + vybaven zařízeními pro rychlou identifikaci a ničení cílů v podmínkách aktivní opozice. Schopnost ovládat vozidlo pomocí upraveného rozhraní JDAM určeného pro cílení vysoce přesné munice byla úspěšně testována během předběžných testů v loňském roce. Letoun nové vlny dobře zapadá do standardních rozměrů pro americké rakety, to znamená, že se bezpečně vejde do palubních vertikálních odpalovacích zařízení, transportních odpalovacích kontejnerů a bombardovacích pozic. Všimněte si, že raketa ATCAMS, ze které byl vypůjčen posilovací stupeň pro Waverider, je operačně-taktická zbraň používaná americkými raketovými systémy MLRS.
Spojené státy tedy 12. května 2010 nad Tichým oceánem testovaly prototyp zcela praktické hypersonické řízené střely, soudě podle plánovaného plnění, určené ke zničení vysoce chráněných pozemních cílů (odhadovaný dolet je 1600 km). Snad se k nim časem přidají i povrchové. Kromě obrovské rychlosti budou mít tyto rakety také vysokou penetrační schopnost (mimochodem, energie těla zrychleného na 7 M je prakticky ekvivalentní TNT náplni stejné hmotnosti) a - důležitá vlastnost staticky nestabilních vln - schopnost velmi ostrých manévrů.
Není to zdaleka jediná slibná profese hypersonických zbraní.
Na konci devadesátých let zprávy poradní skupiny NATO pro výzkum a vývoj vesmíru (AGARD) uváděly, že hypersonické rakety by měly mít následující aplikace:
- porazit opevněné (nebo zasypané) nepřátelské cíle a obecně komplexní pozemní cíle;
- protivzdušná obrana;
- dobytí vzdušné nadvlády (takové rakety lze považovat za ideální prostředek k zachycení vysoko létajících vzdušných cílů na dlouhé vzdálenosti);
- protiraketová obrana - zachycení odpalování balistických raket v počáteční fázi trajektorie.
- použít jako opakovaně použitelné drony jak pro úderné pozemní cíle, tak pro průzkum.
Konečně je jasné, že hypersonické střely budou nejúčinnějším - ne -li jediným - protijedem proti hypersonickým útočným zbraním.
Dalším směrem ve vývoji hypersonických zbraní je vytvoření malých scramjetových motorů na tuhá paliva montovaných do projektilů určených k ničení vzdušných cílů (ráže 35-40 mm), dále obrněných vozidel a opevnění (kinetické ATGM). V roce 2007 společnost Lockheed Martin dokončila testy prototypu kinetické protitankové střely CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Taková raketa na vzdálenost 3400 m úspěšně zničila sovětský tank T-72, vybavený vylepšeným reaktivním pancířem.
V budoucnu se mohou objevit ještě exotičtější návrhy, například transatmosférická letadla schopná suborbitálních letů v mezikontinentálním dosahu. Manévrování hypersonických hlavic pro balistické rakety je také velmi důležité - a v blízké budoucnosti. Jinými slovy, v příštích 20 letech se vojenské záležitosti dramaticky změní a hypersonické technologie se stanou jedním z nejdůležitějších faktorů této revoluce.
