Удачи и провалы гиперзвуковых летательных аппаратов

      Комментарии к записи Удачи и провалы гиперзвуковых летательных аппаратов отключены

Удачи и провалы гиперзвуковых летательных аппаратов

Постоянные работы по повышению скорости летательных аппаратов уже в начале шестидесятых годов прошлого века довели авиацию до гиперзвуковых скоростей. Экспериментальный ракетоплан North American X-15 совершил практически двести полетов, в большей части которых разгонялся до скорости, в пять раз превышающей скорость звука. Подобные скорости сулили летательным аппаратам громадные возможности, прежде всего боевые.

Но последовательность изюминок гиперзвукового полета сильно затруднял создание новых ракетопланов либо аналогичных им аппаратов, пригодных для применения на практике.
самый ярким примером трудности создания аналогичных конструкций стали коммунистический и американский проекты Спираль и Boeing X-20 Dyna-Soar. На протяжении этих проектов обе государства совершили массу изучений, выстроили пара экспериментальных летательных аппаратов и израсходовали большое количество сил и времени. Однако, Спираль и X-20 так и не полетели.

Сложность, дороговизна и не в полной мере ясные возможности в итоге стали причиной закрытию обоих проектов и трансформации приоритетов потенциальных клиентов. Для боле полного понимания той ситуации стоит подробнее разглядеть Спираль, X-20 и другие проекты более позднего времени.
Американский истребитель
Во второй половине 50-ых годов XX века США начали программу X-20 Dyna-Soar, целью которой было создание многофункционального пилотируемого орбитального самолета. В зависимости от тактической необходимости аппарат X-20 должен был проводить разведку объектов соперника, наносить по ним удары либо уничтожать вражеские орбитальные аппараты, среди них и подобные ему самолеты.

Независимо от тактической задачи Dyna-Soar имел громадное преимущество перед классической авиацией: существующие и перспективные зенитные совокупности по определению не могли сбить его. Так, сопернику оставалось бы лишь следить за полетом X-20 при помощи радаров и осознавать собственную слабость.
Уже в начале работ по проекту X-20 сформировалось две методики его вероятного применения. Первая, называющиеся boost-glide (планирование и разгон) подразумевала вывод орбитального самолета на высоту порядка 150-160 километров над почвой, по окончании чего он переходил в планирующий полет.

Потому, что на протяжении полета по способу boost-glide скорость аппарата не должна была быть больше первую космическую, он все время оставался бы на нужном расстоянии от поверхности планеты, но наряду с этим не рисковал улететь в космос. По окончании вывода на нужную высоту при помощи ракеты-носителя ускорителя аппарат должен был выйти в район цели и совершить понижение до высоты около 50-60 километров. В нижней части траектории Dyna-Soar должен был проводить фотосъемку объектов либо сбрасывать боевую нагрузку.

Потом, имея высокую скорость самолет возвращался бы на громадную высоту, не смотря на то, что и меньшую в сравнении с начальной. При помощи постоянных ныряний в воздух X-20, согласно расчетам экспертов компании Boeing, в течение нескольких часов имел возможность бы совершить виток около Почвы и сесть на аэропорте рядом с местом старта. Любопытно, что X-20 в конфигурации для полета boost-glide не планировалось оснащать двигателями.

Все маневры аппарат должен был выполнять только за счет обмена высоты на скорость и обратно.
Второй вариант применения X-20 предназначался для перехвата спутников или других космических аппаратов. При таких условиях по окончании вывода на орбиту с аппаратом оставался состыкован особый разгонный блок, разрешавший ему маневрировать. Такая конфигурация давала бы Dyna-Soar возможность пребывать на орбите в течение нескольких дней, маневрировать, обнаруживать и уничтожать космические аппараты соперника.

По окончании дежурства разгонный блок должен был давать тормозной импульс и переводить X- 20 на траекторию спуска. Перехватчик на базе X-20 предполагалось оснащать радиолокационной станцией обнаружения объектов соперника, и ракетным оружием для их уничтожения.
Изначально в конкурсе на разработку космического аппарата Dyna-Soar претендовало пара компаний, но в итоге была выбрана компания на данный момент. В ее версии перспективный космоплан выглядел следующим образом. Аппарат длиной практически 11 метров имел треугольное крыло размахом 6,2 м. Крыло громадной стреловидности размешалось под фюзеляжем и на определенных этапах полета должно было делать функцию аэродинамического тормоза.

Управление аппаратом на протяжении посадки должно было осуществляться при помощи элевонов на задней кромке крыла и двух килей с рулями направления, расположенных на законцовках консолей. Занимательным образом был скомпонован фюзеляж. В передней его части размешались газодинамические рули и электроника.

За аппаратурным отсеком размешалась кабина пилота. Один космолетчик имел возможность всецело руководить всеми совокупностями орбитального самолета. Органы управления X-20 предлагалось делать по аналогии с простыми самолетами: ручка управления по тангажу и крену, и педали. Управление разгонным блоков в варианте космического перехватчика планировалось осуществлять при помощи отдельной панели управления.

Для спасения пилота предлагалось использовать катапультируемое кресло с твердотопливным двигателем. Но, как ни старались инженеры Боинга, им так и не удалось обеспечить спасение на высоких скоростях, начиная с М=1,5-2. Сходу за кабиной размешался грузоотсек, в котором возможно было разместить оружие неспециализированным весом до тысячи фунтов (около 450 кг).

Наконец, кормовая часть фюзеляжа отдавалась под агрегаты стыковки с разгонным блоком либо ракетой- носителем.
Ввиду огромных расчетных скоростей при полетах в воздухе X-20 должен был разгоняться до 7-7,5 километров в секунду конструкция планера состояла только из сплавов и тугоплавких металлов. Любопытно, что защита конструкции от перегрева должна была осуществляться только сбросом тепловой энергии в виде излучения. Теплопоглощающие либо неспешно сгорающие материалы не предусматривались.

Остекление кабины практически на всем протяжении полета закрывалось особым обтекателем. Так, пилот имел возможность осматривать окружающую обстановку через стекла лишь на протяжении посадки, в то время, когда обтекатель сбрасывался. Для посадки X-20 планировалось оснастить трехстоечным лыжным шасси.
Первый полет аппарата X-20 должен был пройти в 1964 году. Менее чем через год планировалось запустить в космос первый Dyna-Soar с пилотом на борту. Авторы проекта успели выстроить пара макетов разных совокупностей, выбрать шесть летчиков-испытателей и начать подготовку к постройке прототипа.

Но по окончании нескольких лет споров американские армейские прекратили видеть необходимость в аппарате X-20. Согласно их точке зрения, запуск аналогичного самолета был через чур сложным и дорогим. Исходя из этого больший приоритет взял проект орбитальной станции MOL, а после этого и Skylab. Программу X-20 закрыли за бесперспективностью.

Часть разработок потом была использована при разработке новых многоразовых космических аппаратов.
Советская Спираль
Приблизительно в один момент с закрытием проекта Dyna-Soar на другой стороне планеты только-только начались активные работы по похожему проекту. Одновременно с этим, советские конструкторы из ОКБ А.И. Микояна под управлением Г.Е. Лозино-Лозинского избрали мало второй путь доставки боевого орбитального самолета на рабочую высоту.

Вместо ракеты-носителя, дорогой в производстве, одноразовой и требующей относительно сложные стартовые сооружения, было предложено применять особый самолет-разгонщик. Он должен был поднимать орбитальный аппарат на определенную высоту, разгонять его до гиперзвуковой скорости и сбрасывать. Потом орбитальный самолет при помощи дополнительного ракетного ускорителя выводился на рабочую высоту, где имел возможность делать собственную задачу.

Так, из всей совокупности Спираль одноразовым был только ускоритель орбитального аппарата. Все остальные элементы комплекса в целости и сохранности возвращались обратно и имели возможность употребляться опять.
Не обращая внимания на то, что основной частью комплекса Спираль был орбитальный самолет, громаднейший интерес воображает как раз самолет-разгонщик. Он должен был выполнять гиперзвуковой полет в земной воздухе, что и есть основной его изюминкой. Гиперзвуковой самолет-разгонщик (ГСР), кроме этого узнаваемый под индексом 50-50 должен был снабжать подъем на высоту около 30 километров и предварительный разгон орбитального самолета с его ускорителем.

Конструктивно 50-50 воображал собой бесхвостку длиной 38 метров с треугольным крылом переменной стреловидности размахом 16,5 м и шайбами килей на финишах консолей. Для верного обтекания крыло имело развитые наплывы, доходившие до самого носа фюзеляжа и имевшие стреловидность порядка 80°. Приблизительно на двух третях от длины самолета данный параметр быстро изменялся и потом передняя кромка крыла имела стреловидность в 60°.

Заостренный в носовой части фюзеляж неспешно расширялся и в хвостовой части воображал собой конструкцию с сечением, родным к прямоугольному. В хвостовой части фюзеляжа планировалось разместить блок из четырех двигателей, воздухозаборники которых размешались на нижней поверхности несущего фюзеляжа, мало сзади точки трансформации стреловидности.
Особенного внимания стоят двигатели ГСР. Для оснащения самолета конструкторскому бюро А.М. Люльки была заказана разработка новых турбореактивных двигателей, трудящихся на жидком водороде. Такое горючее было выбрано по обстоятельству возможности дополнительного охлаждения лопаток двигателя. Благодаря таковой особенности, ТРД классической схемы имел возможность трудиться на громадных скоростях и выдавать громадную мощность без риска повредить конструкцию.

Помимо этого, для оптимизации скорости воздуха на входе в заборное устройство нижняя поверхность фюзеляжа была особым образом спрофилирована. В следствии всех этих мер перспективные двигатели должны были выдавать по 17,5-18 тысячь киллограм тяги любой и снабжать комплексу Спираль в сборе скорость полета порядка 6М.
К сожалению, создание новых водородных двигателей очень сильно затянулось. В итоге на определенном этапе программы Спираль началось создание керосинового ТРД с приемлемыми параметрами расхода и тяги горючего. Но в керосиновой конфигурации самолет 50-50 уже не имел возможности бы разгоняться до скорости, в шесть раз превышающей скорость звука. Без применения водородного горючего его скорость падала практически в полтора раза.

Необходимо подчеркнуть, согласно расчетам конструкторов, имевшиеся на то время технологии и материалы имели возможность обеспечить полет на обеих скоростях, исходя из этого главной проблемой в создании полноценного гиперзвукового самолета оставались как раз двигатели.
Строительство прототипа ГСР изначально планировалось на начало семидесятых. Но последовательность нерешенных неприятностей технологического и конструкционного характера сперва стал причиной пересмотру сроков, а после этого и к закрытию проекта. До конца семидесятых длились работы по разным элементам проекта Спираль. Прежде всего особенного внимания удостоился сам орбитальный самолет, для конструкции и отработки технологий которого было создано и испытано пара экспериментальных аппаратов.

Однако, неприятности с гиперзвуковым самолетом-разгонщиком, а после этого и изменение приоритетов в развитии многоразовых космических совокупностей стало причиной закрытию всей программы.
Время удач
Похоже, все усилия, положенные сверхдержавами в проекты гиперзвуковых летательных аппаратов, со временем начали приносить первые плоды. Так, в восьмидесятых годах КБ Факел и ЦИАМ совместно трудились над прямоточным реактивным двигателем для перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов. Полноценные опробования для того чтобы двигателя на земле были легко неосуществимы, исходя из этого было нужно создавать летающую лабораторию Мороз.

Базой данной совокупности стали зенитные ракеты 5В28, забранные с ЗРК С-200В и доходившие по скорости полета. При изготовлении летающей лаборатории с исходной ракеты демонтировалась боевая часть, а на ее место устанавливался блок совокупности Мороз. Помимо этого, в состав комплекса было нужно включить намерено созданную машину-топливозаправщик, предназначенную для работы с жидким водородом.
В блок входил топливный бак для жидкого водорода, топливопроводы, совокупность управления и гиперзвуковой прямоточный двигатель Э-57. Из-за изюминок конструкции данный двигатель имел возможность трудиться лишь на высотах не меньше 15 километров и на скоростях в пределах М=3,5-6,5. Модуль Мороз нес в себе относительно маленькое количество горючего, рассчитанное на 60-80 секунд полета, в зависимости от режима.

Все испытательные полеты Холода проходили по одной и той же схеме: производился ракетный запуск, которая разгоняла модуль до скорости включения прямоточного двигателя, по окончании чего, в зависимости от программы полета, происходил его запуск. С 1991 по 1999 год было совершено в общем итоге семь пробных полетов, в трех из которых прямоточный двигатель трудился в соответствии с заложенной программой. Большая длительность полета с включенным двигателем составила 77 секунд, причем по окончании анализа данных телеметрии стало ясно, что двигатель сохранял работоспособность и по окончании выработки всего запаса горючего.
Еще одним, быть может, успешным отечественным проектом стала тема ГЭЛА (Гиперзвуковой экспериментальный летательный аппарат) либо Х-90. Как мы знаем, что данный проект создавался в МКБ Радуга в конце восьмидесятых и по окончании много раз демонстрировался на разных авиационных выставках. Наряду с этим имеются информацию о прекращении работ по проекту еще в первой половине 90-ых годов двадцатого века, т.е. до первого показа широкой публике.

Аппарат ГЭЛА воображал собой крылатую ракету с раскладным фюзеляжем и треугольным крылом, полностью данным под прямоточный двигатель. По-видимому, для обеспечения требуемого течения воздуха на входе в воздухозаборник ракету оснастили своеобразным клиновидным носовым обтекателем. При стартовой массе около 15 тысячь киллограм ракета Х- 90, возможно, имела возможность бы разгоняться до скорости не меньше М=4,5. До сих пор нет никаких точных сведений о итогах проекта ГЭЛА.

В соответствии с некоторым источникам, умелая крылатая ракета еще в конце восьмидесятых в первый раз была скинута с самолета, а мало позднее совершила собственный первый гиперзвуковой полет. Однако, пока нет проверенного и хорошего внимания подтверждения этому.
За границей создание новых гиперзвуковых летательных аппаратов шло приблизительно с тем же темпом, что и у нас, причем особенных удач до определенного времени не было. Переломным стал проект Boeing X-43. Снаружи данный летательный аппарат в некоем роде напоминал российский ГЭЛА. По причине применения прямоточного воздушно-реактивного двигателя опять пригодилось применить носовой обтекатель, оптимизирующий поток перед воздухозаборником.

В хвостовой части X-43 имел два маленьких крыла- стабилизатора и два киля. В июне 2001 году данный гиперзвуковой беспилотник совершил собственный первый полет, появлявшийся неудачным. Из-за неприятностей с совокупностью управления аппарат был стёрт с лица земли по команде с почвы.

Второй полет прошел штатно, а в третьем, в ноябре 2004-го года, беспилотник установил рекорд, разогнавшись до скорости порядка 11200 км/ч около М=9,5-9,6.
Boeing X-43
Boeing X-51
Развитием проекта X-43 стала ракета X-51. Она создается с заделом на будущее и в возможности будет одним из главных оружий американской стратегической авиации. Эта крылатая ракета повторяет часть элементов вида прошлых гиперзвуковых летательных аппаратов, но имеет менее широкий фюзеляж.

Согласно данным из официальных источников, ракета X-51 должна иметь возможность полета со скоростью порядка М=6-7. Такие скорости требуются для вероятного применения в совокупности т.н. стремительного глобального удара. В последних числах Мая 2010 года X-51 в первый раз отправилась в полет.

Практически вся программа полета была выполнена удачно, но в конце испытателям было нужно отдать приказ на самоуничтожение из-за неисправностей в некоторых совокупностях ракеты. Второй и третий запуски весной 2011-го и летом 2012-го по большому счету не увенчались успехом. Прямо на данный момент, в начале 2013 года, сотрудники Boeing готовят четвертый испытательный пуск, что станет решающим в предстоящей судьбе программы.

В случае если ракета выполнит, как минимум, часть запланированной программы, то работы продолжатся. При неудачного запуска проект, возможно, закроют.
Секрет их неудачи
Как видим, по окончании легендарного X-15 количество успешных проектов гиперзвуковых летательных аппаратов возможно пересчитать по пальцам одной руки. Наряду с этим со времени суборбитальных полетов американского ракетоплана прошло уже полвека. Давайте разберемся с имеющимися их причинами и проблемами.
В первую очередь нужно отыскать в памяти вопрос цены. Достижение новых вершин, которыми в этом случае являются гиперзвуковые скорости, постоянно требует вложений сил времени и основное денег. Как раз в финансирование в итоге упираются все передовые разработки, в том числе и в гиперзвуковой отрасли.

Помимо этого, с финансированием прямо связаны практически все другие неприятности развития аналогичной техники.
Второй вопрос, пожалуй, самый объемный и сложный. Это технологии. Основной проблемой при создании ракетоплана X-15 и всех последующих гиперзвуковых аппаратов было освоение и создание производства новых термостойких сплавов. К примеру, кое-какие участки внешней поверхности X-15 на протяжении этапов прогревались до 600-650 градусов. Соответственно, летающая с еще громадными скоростями ракета X-51 должна иметь более стойкие к нагреву элементы конструкции.

На примере проекта 50-50 кроме этого возможно заметить сложность создания силовой установки для гиперзвукового самолета. Первоначально предполагалось оснастить данный самолет ТРД на водородном горючем, но сложность создания для того чтобы двигателя, тем более предназначенного для работы на гиперзвуковых скоростях, в итоге вынудила отказаться от него и возвратиться к привычной керосиновой совокупности. По окончании для того чтобы перехода большая скорость ГСР существенно упала, что соответствующим образом должно было сказаться на всех чертях комплекса Спираль.
Раздельно от разработок в целом стоит остановиться на электронике. В полной мере разумеется, что людская реакция попросту недостаточна для действенного управления гиперзвуковым летательным аппаратом, летящим на крейсерской скорости. Исходя из этого большинство задач, к примеру, стабилизация в полете, должна быть возложена на автоматику, которая сможет в один момент разбирать массу параметров и выдавать команды совокупности управления.

Нужно подчернуть, что в нынешней обстановке с бурным развитием цифровых разработок подобная система автоматического управления летательным аппаратом уже не представляет собой очень сложную задачу. Помимо этого, в будущем вероятно создание всецело независимых совокупностей, каковые смогут не только делать поставленную заблаговременно задачу, но и приспособить собственные действия под текущую обстановку.
Прямым следствием создания таких совокупностей может стать выведение из комплекса самой хрупкой и ненадежной ее части человека. Одновременно с этим, появления всецело независимых совокупностей ожидают не только ученые, занимающиеся созданием гиперзвуковых летательных аппаратов.

ИИ уже не первое десятилетие есть мечтой множества людей, но пока отдельные подвижки в данной области не разрешают сохранять надежду на скорейшее создание всецело независимого компьютера, талантливого заменить человека. Что касается управления с удаленного пульта, то таковой метод убрать человека с борта аппарата выглядит не через чур реалистичным.

При полете на гиперзвуковых скоростях воздушное пространство около аппарата может разогреваться до состояния плазмы и экранировать все радиосигналы. Так, беспилотник на крейсерском режиме не сможет приобретать команды оператора либо отправлять ему какую-либо данные. В следствии управление вероятно лишь двумя методами: человек на борту или полностью независимая совокупность, возможности которой всецело соответствуют предъявляемым задачам.

Необходимо ли сказать, что на данный момент громаднейшим потенциалом по адаптации к обстановке владеет электроника и человек на данный момент не может соревноваться с ним на равных?
Наконец, инфраструктура. Летательный аппарат проекта X-20 потребовал создания особого космодрома, с которого он имел возможность бы взлетать при помощи ракеты- носителя. Само собой разумеется, для него возможно было бы выделить отдельную стартовую площадку, но вероятное военное использование имело бы совсем непотребный вид. Во-первых, для обеспечения должного уровня защиты от космических аппаратов соперника потребовалось бы держать на дежурстве пара Dyno- Soar в один момент.

Это достаточно дорого и небезопасно по причине того, что заправленные ракеты-носители будут находиться на стартовой площадке, открытые всем ветрам и другим неприятным метеорологическим явлениям. Во-вторых, чтобы не наносить ущерб вторым космическим программам, не окажется одну-две стартовые площадки из существующих. Придется строить новые сооружения, достаточно уязвимые для ударных средств соперника.

Наконец, во многих случаях, к примеру при противоракетной обороне, космические истребители смогут не успеть выйти на предел перехвата и пропустить пара боевых блоков вражеских ракет. К этим всем проблемам кроме этого стоит прибавить дороговизну самой программы, инфраструктуры и строительства аппаратов для них, и большую цена постоянного дежурства.
Коммунистический разгонный самолет 50-50 в этом замысле был бы мало более эргономичным. При применении керосина он не потребовал бы какого-либо особенного топливного оборудования аэропорта. Но водородный вариант самолета- разгонщика уже не имел возможность функционировать без наличия на аэропорте соответствующей заправочной техники, топливного комплекса и т.п. совокупностей, предназначенных для работы со сжиженным водородом.

Проекты наподобие американских X-43 и X-51, как известно, менее требовательны к особому оборудованию. По крайней мере, пока они были на стадиях опробований, аэропорты, на которых проводилась подготовка к пробным пускам, без шуток не модернизировались. Одновременно с этим, настоящее применение серийной ракеты на базе X-51 может "настойчиво попросить" определенных трансформаций в инфраструктуре армейских баз, но пока нельзя сказать, какими они будут.
В общем, стремительному формированию гиперзвуковых летательных аппаратов мешают объективные обстоятельства. Прогресс, сложный сам по себе, затрудняется рядом основных для этого вида техники неприятностей. Исходя из этого в ближайщее время точно не стоит ждать появления гиперзвукового летательного аппарата, всецело пригодного к практическому применению.

Сейчас ходят слухи, что в середине текущего 2013 года инженеры и российские военные начнут опробования некоего нового летательного аппарата, талантливого перемещаться с гиперзвуковыми скоростями. Какие-либо подробные сведения об этом проекте, равно как и сам факт его существования, пока официально не оглашались. В случае если же эти слухи соответствуют действительности, то все равно в течение нескольких следующих лет проект будет сугубо научным и экспериментальным.

Появление первых серийных гиперзвуковых летательных аппаратов, имеющих фактически применимые возможности, стоит отнести к периоду по окончании 2020 года либо кроме того позднее.
По данным сайтов: http://astronautix.com/ http://ntrs.nasa.gov/ http://buran.ru/ http://testpilot.ru/ http://aviationweek.com/ http://globalsecurity.org/ http://airwar.ru/
Создатель Рябов Кирилл

Источник: Военное обозрение

Борис Обносов готовим базу для создания гиперзвуковых летательных аппаратов


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: