Страна.ua (Украина): чудо-оружие Путина. Что такое гиперзвуковые ракеты и почему это вообще важно
Президент России подробнее рассказал сразу о нескольких проектах такого рода. Помимо авиационного ракетного комплекса «Кинжал», которым, по словам Путина, сейчас активно оснащают самолёты МИГ-31, речь шла о противокорабельной ракете «Циркон» («работа над которой идет успешно и в запланированные сроки, безусловно, будет завершена») и гиперзвуковой боевой части для ракет стратегического назначения «Авангард». Последний, по словам Путина, уже пошёл в серийное производство и в 2019 году должен встать на боевое дежурство в ракетных войсках стратегического назначения.
Почему в России придают такое значение гиперзвуковому оружию? И что это вообще такое?
Неуловимая ракета
Строго говоря, в летательных аппаратах, летающих со скоростью существенно (в 5 и более раз) выше скорости звука, ничего революционного нет. К примеру, обычные межконтинентальные баллистические ракеты в полёте могут достигать скорости в 6000 метров в секунду, т. е. летят примерно в 20 раз быстрее звука. Так что дело не в скорости как таковой: когда мы говорим о гиперзвуковом оружии, речь идёт об устройствах, не просто способным разгоняться до гиперзвуковых скоростей, но и совершать на этих скоростях управляемый маневренный полёт.
Баллистические ракеты такого не умеют. Их двигатели работают лишь в первой половине полёта, когда придают ракете скорость и задают направление. После этого двигатели выключаются, и ракета далее летит по инерции, не имея возможности как-либо изменить заданный курс. Именно эту их особенность используют современные системы противоракетной обороны, которые рассчитаны на то, чтобы перехватить «беспомощную» ракету на том участке траектории, когда она летит с уже выключенным двигателем (его ещё называют пассивным, или, собственно говоря, баллистическим).
С другой стороны, крылатые ракеты, двигатели которых работают на всём протяжении полёта, и которые поэтому способны активно маневрировать, летают с куда меньшими скоростями (обычно не более 1,2 скорости звука), а значит их — в теории — можно засечь, догнать и уничтожить.
Если же создать аппарат, который сможет, с одной стороны, достичь гиперзвуковых скоростей, а с другой — маневрировать на них, то все современные средства ПВО и противоракетной обороны будут перед ним бессильны.
Попытки создать подобный аппарат ведутся с 60-х (точнее, впервые о нём задумались ещё в 1944 году в нацистской Германии, но дальше эскизов там дело не пошло). Однако до сих пор добиться ощутимых успехов не удалось. К примеру, из четырёх испытаний американской гиперзвуковой крылатой ракеты Boeing X-51A три были полностью или частично неудачными. А в ходе единственного полностью успешного полёта ракета пробыла в воздухе шесть минут, преодолев весьма скромные по ракетным меркам 426 километров. При этом максимальная скорость ракеты составила 5,1 скорости звука в атмосфере — буквально на грани условного «гиперзвукового барьера».
Всё дело в том, что физика полёта при гиперзвуковых скоростях существенно отличается от таковой при сверхзвуковых (1-5 скоростей звука), что ставит перед конструкторами множество сложнейших проблем.
Гиперзвуковые задачки
Принципиальное различие между баллистической и крылатой ракетой заключается в устройстве двигателя. Оба они относятся к категории реактивных двигателей, т. е. работают за счёт силы отдачи струи раскалённых газов, образующихся в результате химической реакции сгорания топлива. Однако баллистическая ракета и топливо, и окислитель, необходимый для его сгорания, везёт «на своём горбу». Именно поэтому двигатели баллистических ракет работают лишь на начальном этапе полёта, как можно скорее переводя «бесполезный вес» в скорость летательного аппарата.
Если же перед нами стоит задача сохранить управляемость ракеты на всех этапах полёта, то эта схема не подходит. Поэтому в самолётах и крылатых ракетах используется система, при которой в качестве окислителя для сгорания топлива используется кислород атмосферного воздуха.
Плюсы: не надо таскать окислитель, что экономит вес.
Минусы: летательный аппарат оказывается зависимым от внешних условий.
К примеру, при дозвуковых или низких сверхзвуковых скоростях забортный воздух оказывается недостаточно плотным для того, чтобы эффективно участвовать в химической реакции сгорания. Чтобы использовать его в качестве окислителя, его необходимо сначала сжать. Для этого используются специальные компрессоры-турбины, нагнетающие воздух в камеру сгорания. Поэтому эти двигатели так и называют — турбореактивными.
Однако с ростом скорости движения летательного аппарата эта схема начинает работать всё хуже. Ключевая проблема — перед попаданием в камеру сгорания, набегающий поток воздуха нагревается в топливозаборнике тем сильнее, чем выше его начальная скорость. При гиперзвуковом полёте к моменту «встречи» с топливом он уже достаточно горяч. Реакция сгорания, конечно, сообщит ему дополнительную температуру, но разница температур воздуха до и продуктов сгорания — после будет уже меньше. Из-за этого тяга двигателя падает, причём начиная с определённых скоростей — практически до нуля. Да и турбина компрессора на высоких скоростях потока набегающего воздуха может банально не выдержать нагрузок.
Поэтому для гиперзвукового полёта турбореактивный двигатель не подходит: для него применяют принципиально иное устройство — так называемый прямоточный реактивный двигатель, в котором сжатие воздушного потока осуществляется не с помощью турбины, и за счёт геометрии воздухозаборника (широкого на входе и сужающегося к камере сгорания). Такой двигатель действительно позволяет летать на гиперзвуковых скоростях, но ведь их ещё надо достичь. А на небольших скоростях — вот жалость-то! — гиперзвуковой двигатель попросту не работает.
Получается, что на различных этапах полёта гиперзвуковой летательный аппарат должен приводиться в движение двигателями принципиально различных, несовместимых между собой типов. Не устанавливать же два двигателя на одну и ту же крылатую ракету? И дорого, и вес получится колоссальным.
И это уже не говоря о других проблемах гиперзвукового полёта — например, о том, что при таких скоростях сопротивление воздуха, которое испытывает летательный аппарат, оказывается попросту колоссальным. Это баллистической ракете, в общем-то, всё равно: сделаем стенки потолще да покроем неким устойчивым к высоким температурам покрытием, чтобы банально не расплавилась в полёте. А вот крылатой ракете, которая должна в процессе полёта иметь возможность маневрировать, имея для этого различные рули управления и тому подобное, несколько сложнее.
Как мы уже говорили выше, все эти и другие проблемы до сих пор оказывались неразрешимыми для учёных. И вот в России говорят, что успешно их решили. Но как?
Российские хитрости
Начнём с наиболее далеко продвинувшегося российского проекта — авиационной гиперзвуковой ракеты «Кинжал», которая, по официальным российским данным, после многочисленных успешных испытаний уже находится на опытно-боевом дежурстве в авиации Южного военного округа.
Авиационный ракетный комплекс "Кинжал" 20 февраля Минобороны РФ сообщило об очередном испытании ракеты, в ходе которого «Кинжал», преодолев расстояние в 1000 километров, успешно поразил цель, цитируем, «размером с грузовой автомобиль». При этом в испытаниях ракета разгонялась до скорости в 8 скоростей звука, а в теории способна достигать 10-12.
Как уже говорилось выше, «Кинжал» — авиационная ракета. Проще говоря, проблему «нестыковки» сверхзвукового и гиперзвукового режимов полёта в ней решили просто: до «догиперзвуковых» скоростей ракету разгоняет самолёт-носитель, так что собственный разгонный двигатель ей попросту не нужен. Когда пилот производит запуск ракеты, та может сразу же использовать гиперзвуковой прямоточный двигатель — и благополучно двигаться к цели.
Это тот же принцип, что и у вышеупомянутых американских Boeing X-51A. Да вот только — если, опять же, верить российскому официозу — на этом пути россияне продвинулись куда дальше.
Подобный гибридный принцип касается и второго озвученного Путиным проекта — «Авангарда». Речь, напомним, идёт о боевой части баллистических ракет стратегического назначения. Это способ решить ту самую проблему баллистических ракет, о которой говорилось выше: их неспособность маневрировать на баллистическом участке траектории. Грубо говоря, ракета-носитель разгоняется обычным, классическим для всех ракет способом, после чего, поднявшись на определённую высоту, отстреливает управляемую боевую часть, которая уже летит к цели.
Двигатели как таковые у «Авангарда», судя по всему, отсутствуют: о разработке россиянами двигателей, способных работать на скорости порядка 20 скоростей звука нам ничего не известно, и вряд ли они бы скрывали такие разработки.
Вероятно, «Авангард» в этом смысле является гиперзвуковым планером, движущимся исключительно за счёт приданной ему носителем начальной скорости, но способным при этом совершать манёвры, изменять направление движения и тому подобное. Подобным образом, к примеру, приземлялись после входа в атмосферу американские «Спейс-шаттлы» (в отличие от советского «Бурана», который летел «на тяге» до конца полёта). Таким образом, ничего феноменального с технологической точки зрения в «Авангарде» пожалуй, нет. Но если система позволяет решать поставленные перед ней задачи, то этого, в общем-то, и не требуется.
Самым интересным объектом в «гиперзвуковой триаде» Путина является, конечно, гиперзвуковая противокорабельная ракета «Циркон». Дело в том, что эта ракета предназначена для корабельного базирования, то есть, до гиперзвуковых скоростей будет разгоняться, судя по всему, с нуля. По словам Путина, в будущем «Циркон» должен заменить знаменитые «Калибры». Перевооружение российского флота под «Циркон» запланировано до 2027 года.
Детальных данных о конструкции «Циркона» в открытых источниках нет. Сообщается лишь, что эта ракета будет иметь «крейсерскую» скорость в 4-6 скоростей звука, а на испытаниях, которые по данным Минобороны России состоялись ещё в апреле 2017 года, она якобы развила скорость в 8 скоростей звука.
Американские издания со ссылкой на собственные источники также сообщили об успешном испытании «Циркона» в декабре 2018-го.
Вероятно, «Циркон» имеет многоступенчатую компоновку: начальный разгон, по всей видимости, осуществляется за счёт ракетного двигателя (вероятно, твердотопливного — решение, отработанное на многих поколениях зенитных ракет), после чего при достижении гиперзвуковой скорости первая ступень отстреливается и запускается гиперзвуковой реактивный двигатель.
И что всё это значит?
Гиперзвуковые новинки российского ВПК имеют прежде всего военное значение. В своём выступлении, впрочем, Путин не забыл подчеркнуть, что знания и навыки, полученные при разработке сверхтехнологичного оружия, будут использованы и в гражданской сфере. Однако конкретно у описанных Путиным систем прямого или косвенного гражданского применения, пожалуй, нет.
В этом смысле большой интерес представляли другие проекты, озвученные Путиным как перспективные в прошлогоднем послании, но не упомянутые в этом году — например, ядерный ракетный двигатель, в теории способный открыть человечеству путь к Луне, Марсу и даже более удалённым космическим объектам. В прошлом году, напомним, Путин заявил, что крылатая ракета с таким двигателем уже успешно испытана, однако в послании этого года про проект почему-то не сказано ни слова — а ведь утаивать прогресс в этом направлении попросту нет никакого смысла.
Вместе с тем, военное значение новых российских ракет не стоит преуменьшать. К примеру, «ядерные планеры» «Авангардов» ставят под вопрос принципиальную возможность создания эффективной стратегической противоракетной обороны, а гиперзвуковые «Калибры», также способные нести ядерный заряд, создают вполне реальную угрозу для тех же американских авианосных группировок.
Иными словами, Россия заявляет о серьёзном рывке в новой гонке вооружений. Интересно, чем на это ответят США.