Tentera Udara AS menguji X-51A Waverider, yang berjaya memperoleh kelajuan 5 kali ganda dari kelajuan suara, dan mampu terbang selama lebih dari 3 minit, menetapkan rekod dunia yang sebelumnya dipegang oleh pemaju Rusia. Ujian berjalan dengan baik secara keseluruhan, senjata hipersonik siap untuk berlumba.
Pada 27 Mei 2010, X-51A Waverider (secara longgar diterjemahkan sebagai penerbangan gelombang, dan dalam "sukarela" sebagai peluncur) dijatuhkan dari pengebom B-52 di Lautan Pasifik. Tahap penggalak X-51A, yang dipinjam dari roket ATCAMS yang terkenal, membawa Waverider ke ketinggian 19.8 ribu meter, di mana enjin ramjet hipersonik (GPRVD, atau scrumjet) dihidupkan. Selepas itu, roket naik ke ketinggian 21, 3 ribu meter dan mengambil kelajuan Mach 5 (5 M - lima kelajuan suara). Secara keseluruhan, enjin roket berfungsi selama kira-kira 200 saat, setelah itu X-51A mengirim isyarat untuk memusnahkan diri sehubungan dengan pecahnya gangguan telemetri. Menurut rencananya, roket tersebut seharusnya mengembangkan kecepatan 6 M (menurut proyek, kecepatan X-51 adalah 7 M, yaitu lebih dari 8000 km / j), dan mesin harus bekerja untuk 300 saat.
Ujiannya tidak sempurna, tetapi ini tidak menghalangnya daripada menjadi pencapaian yang luar biasa. Waktu operasi enjin melebihi rekod sebelumnya (77 s) sebanyak tiga kali, dipegang oleh makmal terbang Soviet (kemudian Rusia) "Kholod". Kelajuan 5M pertama kali dicapai dengan bahan bakar hidrokarbon konvensional, dan bukan dengan sebilangan hidrogen "eksklusif". Waverider menggunakan JP-7, minyak tanah wap rendah yang digunakan pada pesawat pengintai berkelajuan tinggi SR-71 yang terkenal.
Apa itu Scrumjet dan apa intipati pencapaian semasa? Pada prinsipnya, mesin ramjet (mesin ramjet) jauh lebih mudah daripada mesin turbojet (mesin turbojet) yang tidak asing lagi bagi semua. Mesin ramjet hanyalah pengambilan udara (satu-satunya bahagian yang bergerak), ruang pembakaran dan muncung. Dalam hal ini dibandingkan dengan turbin jet, di mana kipas, pemampat dan turbin itu sendiri ditambahkan ke skema dasar ini, yang diciptakan pada tahun 1913, dengan usaha gabungan untuk menggerakkan udara ke ruang pembakaran. Dalam mesin ramjet, fungsi ini dilakukan oleh aliran udara yang akan datang, yang segera menghilangkan keperluan untuk reka bentuk canggih yang beroperasi dalam aliran gas panas dan kegembiraan mahal kehidupan turbojet. Hasilnya, mesin ramjet lebih ringan, lebih murah dan kurang sensitif terhadap suhu tinggi.
Walau bagaimanapun, kesederhanaan berharga. Enjin aliran langsung tidak berkesan pada kelajuan subsonik (hingga 500-600 km / jam sama sekali tidak berfungsi) - mereka tidak mempunyai cukup oksigen, dan oleh itu mereka memerlukan enjin tambahan yang mempercepat peralatan ke kelajuan yang berkesan. Oleh kerana volume dan tekanan udara yang masuk ke dalam mesin hanya dibatasi oleh diameter pengambilan udara, sangat sukar untuk mengawal daya tuju mesin dengan berkesan. Enjin Ramjet biasanya "diasah" untuk jarak kelajuan operasi yang sempit, dan di luarnya ia mulai berkelakuan tidak mencukupi. Oleh kerana kekurangan ini pada kelajuan subsonik dan supersonik sederhana, enjin turbojet secara radikal mengatasi pesaing aliran langsung mereka.
Keadaan berubah apabila ketangkasan pesawat hilang dari skala 3 ayunan. Pada kelajuan penerbangan yang tinggi, udara dimampatkan begitu banyak di saluran masuk mesin sehingga keperluan pemampat dan peralatan lain hilang - lebih tepatnya, ia menjadi penghalang. Tetapi pada kelajuan ini mesin ramjet supersonik SPRVD ("ramjet") terasa hebat. Namun, apabila kelajuan meningkat, manfaat "pemampat" percuma (aliran udara supersonik) berubah menjadi mimpi buruk bagi pereka mesin.
Pada minyak tanah turbojet dan SPVRD terbakar pada kadar aliran yang agak rendah - 0,2 M. Ini membolehkan anda mencapai pencampuran minyak tanah dan minyak tanah yang disuntik dengan baik dan, dengan itu, kecekapan tinggi. Tetapi semakin tinggi kelajuan aliran masuk, semakin sukar untuk membreknya dan semakin tinggi kerugian yang berkaitan dengan latihan ini. Bermula dari 6 M, aliran harus diperlahankan 25-30 kali. Yang tinggal hanyalah membakar bahan bakar dalam aliran supersonik. Di sinilah bermulanya kesukaran sebenarnya. Ketika udara memasuki ruang pembakaran dengan kecepatan 2,5-3 ribu km / jam, proses menjaga pembakaran menjadi serupa, seperti kata salah seorang pengembang, dengan "berusaha agar pertandingan tetap menyala di tengah angin topan. " Tidak lama dahulu dipercayai bahawa dalam kes minyak tanah ini mustahil.
Masalah pemaju kenderaan hipersonik sama sekali tidak terhad kepada penciptaan SCRVD yang dapat dilaksanakan. Mereka juga perlu mengatasi penghalang terma yang disebut. Pesawat udara memanas dari geseran terhadap udara, dan intensiti pemanasan berkadar langsung dengan kuadrat halaju aliran: jika kelajuannya berganda, maka pemanasan meningkat empat kali ganda. Pemanasan pesawat dalam penerbangan dengan kelajuan supersonik (terutama pada ketinggian rendah) kadang-kadang begitu hebat sehingga membawa kepada kerosakan struktur dan peralatan.
Semasa terbang dengan kelajuan 3 M, walaupun di stratosfera, suhu tepi pintu masuk udara dan tepi sayap depan lebih dari 300 darjah, dan selebihnya kulit - lebih daripada 200. Peranti dengan kelajuan 2-2.5 kali lebih banyak akan memanaskan 4-6 kali lebih banyak. Pada masa yang sama, walaupun pada suhu sekitar 100 darjah, kaca organik melembutkan, pada suhu 150 - kekuatan duralumin dikurangkan dengan ketara, pada 550 - aloi titanium kehilangan sifat mekanik yang diperlukan, dan pada suhu di atas 650 darjah, aluminium dan magnesium mencair, keluli melembutkan.
Pemanasan tahap tinggi dapat diselesaikan sama ada dengan perlindungan terma pasif, atau dengan penyingkiran haba aktif dengan menggunakan simpanan bahan bakar di atas kapal sebagai penyejuk. Masalahnya ialah dengan kemampuan minyak sejuk yang "baik" - kapasiti haba bahan bakar ini hanya separuh daripada air - ia tidak bertolak ansur dengan suhu tinggi dengan baik, dan jumlah haba yang perlu "dicerna" hanya mengerikan.
Cara paling mudah untuk menyelesaikan kedua-dua masalah (pembakaran dan penyejukan supersonik) adalah dengan meninggalkan minyak tanah yang memihak kepada hidrogen. Yang terakhir ini dengan mudah - berbanding dengan minyak tanah, tentu saja - terbakar walaupun dalam aliran supersonik. Pada masa yang sama, hidrogen cair, untuk alasan yang jelas, juga merupakan penyejuk yang sangat baik, yang memungkinkan untuk tidak menggunakan perlindungan terma secara besar-besaran dan pada masa yang sama memastikan suhu yang dapat diterima di atas kapal. Sebagai tambahan, hidrogen mempunyai tiga kali ganda nilai kalori minyak tanah. Ini memungkinkan untuk menaikkan had kelajuan yang dapat dicapai hingga 17 M (maksimum pada bahan bakar hidrokarbon - 8 M) dan pada masa yang sama menjadikan enjin lebih padat.
Tidak menghairankan bahawa sebahagian besar pesawat hipersonik yang memecahkan rekod sebelumnya terbang tepat pada hidrogen. Bahan bakar hidrogen digunakan oleh makmal terbang kami "Kholod", yang sejauh ini menduduki tempat kedua dari segi jangka masa mesin scramjet (77 s). Baginya, NASA berhutang kelajuan untuk kenderaan jet: pada tahun 2004, pesawat hipersonik tanpa pemandu NASA X-43A mencapai kecepatan 11.265 km / jam (atau 9.8 M) pada ketinggian penerbangan 33.5 km.
Penggunaan hidrogen, bagaimanapun, membawa kepada masalah lain. Satu liter hidrogen cecair beratnya hanya 0.07 kg. Walaupun dengan mengambil kira "kapasiti tenaga" hidrogen tiga kali lebih besar, ini bermakna peningkatan jumlah tangki bahan bakar empat kali ganda dengan jumlah tenaga yang tetap. Ini mengakibatkan peningkatan ukuran dan berat alat secara keseluruhan. Sebagai tambahan, hidrogen cair memerlukan keadaan operasi yang sangat spesifik - "semua kengerian teknologi kriogenik" ditambah dengan kekhususan hidrogen itu sendiri - ia sangat meletup. Dengan kata lain, hidrogen adalah bahan bakar yang sangat baik untuk kenderaan eksperimen dan mesin sekeping seperti pengebom strategik dan pesawat pengintai. Tetapi sebagai bahan bakar senjata massa yang mampu berdasarkan platform konvensional seperti pengebom atau pemusnah biasa, ia tidak sesuai.
Yang lebih penting adalah pencapaian pencipta X-51, yang berjaya tanpa hidrogen dan pada masa yang sama mencapai kelajuan dan petunjuk rekod yang mengagumkan sepanjang penerbangan dengan mesin ramjet. Sebahagian daripada rakaman ini disebabkan oleh reka bentuk aerodinamik inovatif - penerbangan yang sangat gelombang. Penampilan sudut yang aneh dari alat ini, reka bentuknya yang kelihatan liar membuat sistem gelombang kejutan, itu adalah, dan bukan badan radas, yang menjadi permukaan aerodinamik. Akibatnya, daya angkat timbul dengan interaksi minimum aliran kejadian dengan badan itu sendiri dan, sebagai akibatnya, intensiti pemanasannya menurun dengan mendadak.
X-51 mempunyai pelindung haba suhu tinggi karbon-karbon hitam yang terletak hanya di hujung hidung dan di bahagian belakang bahagian bawah. Bahagian utama badan ditutup dengan pelindung haba suhu rendah putih, yang menunjukkan mod pemanasan yang agak lembut: dan ini pada suhu 6-7 M di lapisan atmosfera yang cukup padat dan penyelaman yang tidak dapat dielakkan ke troposfer ke sasaran.
Daripada "monster" hidrogen, tentera Amerika telah memperoleh alat yang digerakkan oleh bahan bakar penerbangan praktikal, yang segera mengeluarkannya dari bidang percubaan yang menggelikan ke dalam dunia aplikasi sebenar. Sebelum kita bukan lagi demonstrasi teknologi, tetapi prototaip senjata baru. Sekiranya X-51A berjaya lulus semua ujian, dalam beberapa tahun, pengembangan versi tempur lengkap X-51A +, dilengkapi dengan pengisian elektronik paling moden, akan bermula.
Menurut rancangan awal Boeing, X-51A + akan dilengkapi dengan alat untuk mengenal pasti dan memusnahkan sasaran dengan cepat dalam keadaan penentangan aktif. Keupayaan untuk mengawal kenderaan menggunakan antara muka JDAM yang diubahsuai yang dirancang untuk menargetkan peluru berketepatan tinggi berjaya diuji semasa ujian awal tahun lalu. Pesawat gelombang baru sesuai dengan dimensi standard untuk peluru berpandu Amerika, iaitu, ia sesuai dengan peranti pelancaran menegak kapal, kontena pelancaran pengangkutan dan ruang pengebom. Perhatikan bahawa peluru berpandu ATCAMS, dari mana tahap pendorong untuk Waverider dipinjam, adalah senjata taktik operasi yang digunakan oleh sistem roket peluncuran MLRS Amerika.
Oleh itu, pada 12 Mei 2010, di atas Lautan Pasifik, Amerika Syarikat menguji prototaip peluru berpandu hipersonik yang benar-benar praktikal, berdasarkan pengisian yang dirancang, yang dirancang untuk memusnahkan sasaran darat yang sangat dilindungi (jarak jangkauannya adalah 1600 km). Mungkin, lama-kelamaan, permukaan akan ditambahkan pada mereka. Sebagai tambahan kepada kelajuan yang luar biasa, peluru berpandu seperti itu akan mempunyai kemampuan menembus tinggi (omong-omong, tenaga badan yang dipercepat hingga 7 M secara praktikalnya setara dengan cas TNT dengan jisim yang sama) dan - sifat penting gelombang tidak stabil secara statik - keupayaan untuk melakukan manuver yang sangat tajam.
Ini jauh dari satu-satunya profesion senjata hipersonik yang menjanjikan.
Pada akhir 1990-an, laporan dari Kumpulan Penasihat Penyelidikan dan Pembangunan Angkasa NATO (AGARD) menyatakan bahawa peluru berpandu hipersonik harus mempunyai aplikasi berikut:
- mengalahkan sasaran musuh yang diperkaya (atau dikuburkan) dan sasaran darat yang kompleks secara umum;
- pertahanan udara;
- penaklukan supremasi udara (peluru berpandu seperti itu dapat dianggap sebagai kaedah ideal untuk memintas sasaran udara terbang tinggi pada jarak jauh);
- pertahanan anti peluru berpandu - pemintas melancarkan peluru berpandu balistik pada tahap awal lintasan.
- gunakan sebagai drone yang dapat digunakan kembali baik untuk menyerang sasaran darat dan untuk pengintaian.
Akhirnya, jelas bahawa peluru berpandu hipersonik akan menjadi penawar yang paling berkesan - jika bukan satu-satunya - penangkal terhadap senjata serangan hipersonik.
Arah lain dalam pengembangan senjata hipersonik adalah penciptaan mesin scramjet padat-propelan bersaiz kecil yang dipasang di proyektil yang dirancang untuk memusnahkan sasaran udara (kaliber 35-40 mm), serta kenderaan perisai dan kubu (ATGM kinetik). Pada tahun 2007, Lockheed Martin menyelesaikan ujian peluru berpandu anti tangki kinetik CKEM (Rudal Tenaga Kinetik Kompak). Peluru berpandu seperti itu pada jarak 3400 m berjaya menghancurkan tangki Soviet T-72, dilengkapi dengan perisai reaktif yang lebih baik.
Pada masa akan datang, lebih banyak reka bentuk eksotik mungkin muncul, misalnya, pesawat transatmosfera yang mampu melakukan penerbangan suborbital pada jarak antarbenua. Menggerakkan hulu ledak hipersonik untuk peluru berpandu balistik juga cukup relevan - dan dalam masa terdekat. Dengan kata lain, dalam 20 tahun akan datang, urusan ketenteraan akan berubah secara mendadak dan teknologi hipersonik akan menjadi salah satu faktor terpenting dalam revolusi ini.
