Puoli vuosisataa on jo kulunut siitä, kun Neuvostoliitto ja USA ymmärsivät hypersonic-aseiden potentiaalin ja aloittivat etsinnän tähän suuntaan. 1970-luvun lopun eksoottisesta strategisesta ASALM-ohjusprojektista viimeaikaisiin lentoihin lennokki- Demonstraattori Boeing X-51A on kulunut yli 30 vuotta, ja edelleenkään ei ollut mahdollista saavuttaa ramjet-moottorin vakaata toimintaa hyperäänenopeuksilla. Tämä tutkimusalue osoittaa lannistavan hidasta edistystä. Yhdysvaltain ilmavoimat ovat kuitenkin julkaisseet uuden strategisen tutkimus- ja kehityssuunnitelman, joka osoittaa selvästi, että nopeus on edelleen yksi Yhdysvaltain armeijan tärkeimmistä prioriteeteista.
Tällä kertaa suunnitelmaa ei mitata vuosissa, vaan vuosikymmenissä. Suunnittelutehtävät ja niiden toteuttamisen määräajat on kuitenkin merkitty siinä äärimmäisen tarkasti, ja strategian taloudellinen osa edellyttää tarvittavat investoinnit vaikeistakin ajoista huolimatta.
Nykyinen strategia tarjoaa kaksi pääaikahorisonttia. Vuoteen 2020 mennessä on tarkoitus kehittää hypersonic-iskuaseita, eli risteilyohjus, jossa on hypersonic ramjet-moottori (scramjet).
Vuoteen 2030 mennessä luultavasti miehitetyn tiedustelukoneen pitäisi syntyä. "Pidämme tätä ajanjaksoa järkevänä investointina", sanoo ilmavoimien tutkimus- ja kehitysasiantuntija Christopher Clay, "mutta voimme nopeuttaa sitä, jos tarvetta ilmenee."
Tärkeimmät toimijat ovat tietysti Air Force Research Laboratory (AFRL) ja Defence Advanced Research Projects Agency DARPA. Heihin liittyy joukko ulkomaisia kehittäjiä. Kaikkien koskaan toteutettujen, mutta rahoituksen puutteen vuoksi lopetettujen, peruttujen tai keskeytettyjen hankkeiden saavutukset on tarkoitus hyödyntää.
Näitä ovat X-51A, joka on toistaiseksi mitattu viimeiselle koelennolle, ja taloudellisesti päättynyt Blackswift-projekti, ainutlaatuinen lentokone, jossa on hybridivoimala, joka yhdistää suihkuturbiinimoottorin ja scramjetin yhteen yksikköön.
”AFRL:llä on käynnistetty paljon projekteja, mutta yksikään niistä ei ole saavuttanut kriittistä massaa. Joten päätimme valita vain kaksi ja keskittyä niihin kokonaan”, Clay selittää. Lisäksi ensimmäinen on kehittynyt hyvää vauhtia ennenkin, mutta toinen on merkinnyt aikaa yhdestä paikasta monta vuotta.
Nopea kuolema
Ensimmäinen suhteellisen onnistunut projekti on Boeing X-51A. Huolimatta vain yhdestä puoli-onnistuneesta ja kahdesta epäonnistuneesta scramjet-demonstraattorin lennosta, on edelleen suunniteltu neljännen ja viimeisen prototyypin rakentamista vuoden 2013 puoliväliin mennessä. "Ilmavoimien johtajuus on edelleen riippuvainen scramjet-tutkimuksesta", sanoo Charlie Brink, X-51A-ohjelman johtaja. "Kuva aluksesta, joka pystyy lentämään 600 merimailia kymmenessä minuutissa, saa yhä enemmän painoarvoa armeijan silmissä."
Toukokuussa 2010 X-51A:n ensimmäisellä lennolla sen moottori toimi 140 sekuntia suunnitellusta 300 sekuntia. Moottorin ja suuttimen välisen yhteyden vaurioituminen johti lennon ennenaikaiseen päättymiseen, mutta scramjet onnistui kiihdyttää autoa 6,5 M:iin. Toisella lennolla kesäkuussa Vuonna 2011 ylemmän vaiheen rakettimoottori ei käynnistynyt, ja kolmas elokuussa päättyi hallinnan menettämiseen peräsinvian vuoksi. Neljänteen lentoon mennessä kaikki havaitut puutteet on korjattava.
"Se, että X-51A:lle löydettiin rahoitusta kriisiolosuhteissa, korostaa kiinnostusta hypersonicia kohtaan", Brink sanoo. Hän johtaa rungon ja moottorin kehitystä HSSW:n nopeassa iskuaseprojektissa.
Maaliskuussa 2013 alkavan demoohjelman pitäisi huipentua taisteluharjoituksiin vuosikymmenen loppuun mennessä. "Tavoitteenamme on aloittaa lennot jo vuonna 2017, ja jos kaikki menee hyvin, ne jatkuvat myös vuosina 2018 ja 2019", Christopher Clay sanoo ja lisää, että yhteensä on suunniteltu kuudesta seitsemään lentoa. Näiden testien päätavoitteena on saada käytännön kokemusta hypersonic-tekniikan eri osa-alueista moottoreista ohjausjärjestelmiin. Demo-ohjelman tavoitteena on osua menestyksekkäästi kohteisiin tuhansien kilometrien etäisyydeltä.
Prototyyppien on osoitettava tarkka iskun lisäksi myös yhteensopivuus olemassa olevien kanssa ilmailu järjestelmät. Laite sijoitetaan sekä pommikoneosastoon että hävittäjän siiven alle. Kehitetään edistyneitä ohjausjärjestelmiä, erityyppisiä tuhoavia taistelukärkiä sekä tehokkaita kertakäyttöisiä propulsiojärjestelmiä tehostusvaiheisiin.
Ensimmäistä kertaa nopeiden aseiden kehittämissuunnitelma sisältää jonkin verran kansainvälistä yhteistyötä. Yksi tarkkuusasesuunnitelman avainteknologioista, kompaktien boosterien kehittämisestä voisi tulla yhteisen työn kenttä. Muita mahdollisia yhteistyöalueita ovat useilla eri nopeuksilla toimivat ohjausjärjestelmät, nopeat navigointijärjestelmät GPS- ja satelliittiviestinnän puuttuessa, aerodynaamiset kokoonpanot, komposiittimateriaalit ja lämpösuojajärjestelmät.
Suurin osa hankkeen teknisistä vaatimuksista on muotoiltu todennäköisten taistelutehtävien yksityiskohtaisen analyysin perusteella. Tärkeimmät ovat kuitenkin hyvin yksinkertaisia ja ilmeisiä - se on kevyt ja kohtuulliset kustannukset. Uusien aseiden hinta ei saisi ylittää tavanomaisten ääntä hitaampien aseiden kustannuksia enempää kuin kaksinkertaisesti. Samalla sen pitäisi osua kaukaisiin kohteisiin muutamassa minuutissa. HSSW:n prototyyppi sijaitsee Eglinin ilmavoimien tukikohdassa Floridassa.
Siirtymäikä
Toiselle hankkeelle - hypersonic tiedustelu- ja iskulentokoneelle - ilmavoimat hahmottivat vaatimukset yhtä selvästi. Sen on oltava ehdottoman omavarainen olosuhteissa, joissa navigointi- ja viestintäsatelliitit eivät ole saavutettavissa, kiihtyä yli 5 Machin nopeuksiin ja samanaikaisesti nousta itsenäisesti tavanomaiselta kiitotieltä.
Vuodesta 2010 lähtien Yhdysvaltain ilmavoimien strategit ovat kohdistaneet 4 Machiin. Mahdollisten taistelutehtävien uudelleenanalyysi hypersonic-lentokoneella johti kuitenkin selvästi halutun nopeuden nousuun vähintään 5 M:iin. Meidän piti alkaa etsiä teknologioita, joilla tämä tavoite saavutettaisiin.
Miehitetty lentokoneprojekti on paljon kalliimpi ja riskialtisempi kuin HSSW. Se vaatii sellaisen moottorin kehittämistä, joka voi toimia aliäänennopeudella, yliäänennopeudella ja hypersonic-nopeudella.
Lentoonlähdön aikana se toimii suihkuturbiinina, siirtyy sitten ramjet-tilaan ja hypersonic-tilaan vaihdettaessa se muuttuu scramjetiksi.
Yrittäessään herättää tällaisen moottorin henkiin, Blackswift-projektin luojat kohtasivat kerralla pääongelman: aliäänimoottorin turbiini ei kestä hypersonic-liikkeeseen liittyviä lämpötiloja.
Hyperäänivirtaus ei tietenkään kulje suoraan turbiinin läpi, mutta jopa scramjetin läheisyys vaikuttaa haitallisesti herkkään kokoonpanoon. Siksi tutkimuksen pääpaino tulee olemaan lämpöä kestävissä materiaaleissa, mukaan lukien keraamisella matriisilla varustetut komposiitit, sekä lämpöenergian jakelu- ja hajautusjärjestelmät.
Käyttömoottori tulisi kehittää vuoteen 2020 mennessä. Huolimatta aiempien testien negatiivisista tuloksista, heidän analyysinsa viittaa siihen, että ohjelma on varsin toteuttamiskelpoinen. Lentokokeet suoritetaan täysimittaisella moottorilla, joka on asennettu pienennettyyn runkoon. Laitteesta tulee monien muiden järjestelmien testialusta: ohjausmekanismit, navigointi ja opastus, uudet materiaalit, anturit.
”Vaikein teknologinen haaste on siirtyminen hypersoniciin. Meidän on tutkittava mahdollisuutta jalostaa tavallisia kaupallisesti saatavilla olevia turbomoottoreita niiden nopeusalueen laajentamiseksi. On tarpeen työskennellä scramjetin parissa, jotta päinvastoin pienennetään sen vähimmäisnopeutta.
Toistaiseksi emme voi pakottaa turbiinin ja scramjetin nopeusalueita leikkaamaan edes vähän, Christopher Clay sanoo. "Mutta meidän on suunniteltava ja testattava paljon suurempia scramjet-moottoreita, 8- tai jopa 16 kertaa X-51A:n tehoa."
Kokemus X-51A:sta on osoittanut, että tekniikkaan on mahdollista tutustua hyvin vain todellisilla lennoilla. Tuhannet lahjakkaat teoreettiset insinöörit eivät korvaa prototyypin koeajoa. Yhdysvaltain ilmavoimien suunnitelma, mukaan lukien taloudellinen suunnitelma, ottaa tämän seikan huomioon. Joten seuraavan vuosikymmenen aikana näemme paljon mielenkiintoisia lentoja.
Miehitetyn hypersonic-lentokoneen kehittäminen edellyttää erittäin kehittyneen moottorin luomista, jossa yhdistyvät suihkuturbiinimoottori aliäänenopeuksille ja yliäänenopeuksille sekä scramjet-moottori yliäänenopeuksille. Tämän moottorin parissa työskenteleminen edellyttää vähintään neljän keskeisen teknologian kehittämistä.
NASAn kokeellinen miehittämätön ajoneuvo X-43 teki nopeusennätyksen ilmaa hengittävällä moottorilla varustetuille lentokoneille, kiihtyen 10617 9,68 km/h eli 43 miljoonaan. Kolmannen X-16-prototyypin ennätyslento tapahtui 2004. marraskuuta 52. B-29000-pommittajasta laukaistu Pegasus-tehosteroketti hajotti laitteen ja erottui 10 43 m:n korkeudessa. X-24 scramjet ylitti 34000 sekunnissa XNUMX km ja nousi noin XNUMX XNUMX metrin korkeuteen. .
Kuvassa: HiFiRe-laitteesta on tullut looginen jatko Australian HyShot-ohjelmalle. Toisin kuin edeltäjänsä, se osoitti itsenäistä jatkuvaa lentoa toimivalla scramjetillä.