Сергей Ильин Бурное развитие беспилотных летательных аппаратов (БЛА), происходящее в последнее время, существенно расширяет сферу их возможного применения. Война в Ираке и операция в Афганистане показали, что БЛА могут не только выполнять разведывательные функции, но и успешно решать ударные задачи, связанные с уничтожением как стационарных, так и мобильных целей противника. Применяемые на БЛА управляемые ракеты (УР) имеют относительно небольшую дальность стрельбы. Решение данной проблемы видится в применении с БЛА гиперзвуковых УР.

Часть 7. Гиперзвуковое вооружение БЛА

До недавнего времени специально для БЛА не создавали вооружения, а обходились теми боеприпасами, которые применяют с самолетов тактической авиации и вертолетов. Так, на различные типы БЛА уже адаптировали управляемые авиационные бомбы (УАБ) GBU-12, GBU-38, GBU-39, противотанковую управляемую ракету AGM-114 «Хеллфайр», суббоеприпасы «Вайпер Страйк» и ВАТ, а в перспективе ожидается вооружение БЛА УР класса «воздух–воздух». Однако опыт боевых действий в том же Ираке и Афганистане показал, что возникают ситуации, когда необходимо поразить мобильную цель, которая была оперативно обнаружена. Таким образом, главным критерием, определяющим поражение данной цели, является время с момента ее обнаружения до уничтожения. Естественно, это время должно быть как можно меньше. В данном случае возможны следующие варианты: летательный аппарат должен барражировать в районе нахождения оперативно обнаруженной цели, либо недалеко от этого района или летательный аппарат, поднятый по тревоге практически после взлета должен применить оружие. В обоих случаях важным компонентом является вооружение летательного аппарата, при этом приходится принимать во внимание дальность стрельбы, скорость полета оружия к цели, его точность и условия применения. Таким образом, в данном случае оптимальным видится вариант применения БЛА, так как уже в настоящее время БЛА может находиться в воздухе несколько часов, а при необходимости внезапного взлета БЛА занимает существенно меньше времени на подготовку и собственно взлет. Остается определиться – какое вооружение будет наиболее эффективным. Имеющееся вооружение БЛА не позволяет в полной мере удовлетворить предъявленным требованиям, так, например, УАБ имеют сравнительно небольшую дальность стрельбы (до 80 км), зачастую их применение ограничено погодными условиями. Применяемые на БЛА УР также не совсем подходят из-за небольшой дальности стрельбы. Решение данной проблемы видится в применении с БЛА гиперзвуковых УР, которые обладают большой скоростью полета, дальностью стрельбы и малым подлетным временем. Анализ программ, интенсивно проводимых в течение последнего десятилетия, показывает, что развитие и создание гиперзвукового оружия класса «воздух–поверхность» является одним и перспективных и приоритетных.
Следует отметить, что развитие как БЛА, так и управляемого ракетного оружия имеет устойчивую тенденцию ко все большему повышению степени автономности и уровня интеллектуальности данных видов авиационного вооружения и военной техники. Кроме этого, при разработке перспективных образцов БЛА и УР используются практически одни и те же материалы, технологии и конструктивно-схемные решения. Перечисленные обстоятельства в последнее время все чаще приводят к тому, что провести четкую границу между БЛА, как таковыми, и управляемым ракетным оружием представляется весьма затруднительным. Действительно, рассматриваемые системы имеют ряд аналогичных признаков, к самым важным из которых следует отнести:

  • способность действовать в едином информационно-управляющем пространстве;
  • большая дальность действия (дальность пуска);
  • высокая маневренность;
  • малая заметность;
  • высокая точность навигации (наведения);
  • расширение спектра и увеличение степени сложности задач, решаемых комплексом бортового радиоэлектронного оборудования.

Для перспективных образцов, которые должны поступить на вооружение не ранее 2020 года, и находящихся в настоящее время на этапе исследования концепции, подобное разделение вообще практически невозможно. Например, аппарат CAV (Common Aero Vehicle), разрабатываемый США в рамках программы FALCON (Force Application and Launch from CONtinental United States), с одной стороны, является управляемой авиационной ракетой, запускаемой с борта носителя (кстати, вероятно тоже БЛА). С другой же стороны, это, по существу будет гиперзвуковой ударный БЛА, вооруженный в свою очередь управляемыми ракетами (боеголовками)…
В последнее десятилетие в США большое внимание уделяется НИОКР, проводимым в интересах создания гиперзвуковых УР класса «воздух-поверхность». Главной целью работ по исследованию гиперзвуковых УР, организационно оформленных в виде технологических программ, является создание научно-технического задела, способного обеспечить полномасштабную разработку качественно нового авиационного вооружения.
Считается, что основными технологическими проблемами, решение которых будет иметь определяющее значение для реализации указанных программ, являются: разработка силовой установки, в состав которой могут входить двигатели различных типов; ее интеграция с корпусом; создание перспективных высокотемпературных материалов, а также новых видов топлива.
Для удовлетворения требований, предъявляемых к УР, разрабатываемые силовые установки должны обладать высокими тягово-экономическими характеристиками при относительно малой массе конструкции. В качестве основных силовых установок рассматриваются прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД) с дозвуковой скоростью и гиперзвуковые (ГПВРД) со сверхзвуковой скоростью потока в камере сгорания, предназначенные для выполнения полетов на скоростях, соответствующим числам М=5–10 и более и использующие углеводородное, водородное (жидкий или шугообразный), пирофорикс (жидкий водород, содержащий 20% силана) либо твердое топливо. Двигатели этого типа обладают наибольшими значениями удельного импульса в требуемом диапазоне скоростей, особенно при использовании водородного топлива.
Так, удельная теплоемкость при постоянном давлении и при температуре 344 К типичного топлива (например, керосин) находится в диапазоне от 2,15 до 2,30 кДж/кгxК. Удельная теплоемкость водорода при тех же условиях составляет 14,38 кДж/кгxК. По сравнению с легким углеводородным топливом, использование жидкого водорода для сверхзвуковых двигателей является наиболее предпочтительным, так как двигатель на жидком водородном топливе работает в 10–30 раз дольше. Кроме того, жидкий водород используется в качестве хладагента, который необходим для охлаждения систем сверхзвуковой УР при полете на больших скоростях. Существенным недостатком жидкого водорода как топлива является трудность его транспортировки и хранения. Пирофорикс также может применяться в качестве топлива, однако, он является больше вспомогательным топливом. Его преимуществом является самовозгорание при попадании в воздух, но данное топливо является очень токсичным и обладает небольшой эндотермичностью.
Значительный интерес, проявляемый военными специалистами США к УР, оснащенным ПВРД или ГПВРД и способным выполнять полет со скоростями, соответствующими числам М=4, обусловлен возможностью получения высоких боевых характеристик (малое подлетное время, повышенная проникающая способность боевой части и др.), сравнительно низкой уязвимостью от средств ПВО, а также значительно большей дальностью полета, превышающей дальность пуска ракет с РДТТ и сравнимой с дальностью пуска крылатых ракет воздушного AGM-86, AGM-129 и морского BGM-109 базирования при приемлемых массогабаритных характеристиках.
В настоящее время в США исследования гиперзвуковых технологий проводятся в рамках нескольких программ. Основные исследования проводились ВВС США с 1995 г. в рамках программы HyTech (Hypersonic Technology Program), в которой принимали участие специалисты ряда научно-исследовательских центров ВВС, НАСА и ведущих аэрокосмических фирм, таких как «Локхид Мартин», «Боинг», «Пратт-Уитни», «Аэроджет» и другие. В настоящее время продолжением программы HyTech является программа SED (Scramjet Engine Demonstration). Главной целью программы является создание перспективного ГПВРД на жидком углеродном топливе. В последующем его планируется использовать в качестве силовой установки перспективных УР класса «воздух-поверхность» со скоростью полета, соответствующей числу М=8.
По мнению специалистов ВВС США, результаты этих исследований позволят разработать, в первую очередь, гиперзвуковую УР класса «воздух-поверхность», предназначенную для уничтожения, главным образом, высокомобильных и «критичных» по времени наземных целей. Предполагается, что такая УР будет иметь дальность стрельбы более 1400 км, скорость полета, соответствующую числу М=8, время непрерывной работы двигателя не менее 12 минут, стартовую массу около 1400 кг и геометрические размеры не более чем у AGM-86. В настоящее время исследовательскими организациями МО США ведутся работы по созданию системы наведения, разработке боевой части, а также материалов для использования в конструкции данной УР.
По оценкам военных специалистов, наибольшие трудности при создании таких ракет, обладающих скоростью полета, соответствующей числу М=5 и более, обусловлены необходимостью использования эффективной термозащиты и охлаждения горячего тракта двигателя, боевой части и систем управления и наведения. Длярешения данных проблем необходим комплекс мер, который включает в себя разработку новых материалов, использование нетрадиционных аэродинамических решений при компоновке отдельных частей УР, использование топлива в качестве хладагента.
Использование материалов с различной структурой, монолитных сплавов, композитных материалов, а также специализированных покрытий являются базой для развития перспективных технологий, которые позволят синтезировать новые материалы, способные эффективно защищать УР и ее двигатель от нагрева. В настоящее время проводятся испытания с различными высокопрочными материалами, которые используются для изготовления корпуса, крыла и хвостового оперения УР, а также высокотемпературные материалы, используемые, главным образом, для изготовления двигательных установок. Класс высокопрочных материалов является многочисленным, он включает в себя как ферритовые, так и неферритовые металлические сплавы, металлические и полимерные композиты с матричной структурой. Материалы, подходящие для использования при высоких температурах, включают сплавы на основе железа, никеля, кобальта, вольфрама и молибдена; перспективные интерметаллические сплавы; оксидные, карбидные, нитридные и боридные керамические материалы; карбон-карбонные композиты; высокотемпературные алюминиевые сплавы. В настоящее время фирма «Рейтеон» по заказу ВМС США для гиперзвуковой УР разрабатывает обтекатель, который будет способен выдерживать высокие температурные нагрузки. По предварительным данным, обтекатель будет изготавливаться из керамических материалов, способных пропускать широкий спектр волн. На разработку конструкции обтекателя, проведение работ по исследованию новых материалов, изготовление и проведение испытаний руководство ВМС выделило $11,1 млн. Предполагается, что работы завершатся в мае 2012 года.
Температура обшивки УР при полете на высоте 24 000 м и скорости, соответствующей числу М=6, оценивается в 530°С. В местах наибольшего нагрева в качестве термозащиты предполагается использовать многослойную изоляцию, которая будет крепиться механическим способом, а в местах с наименьшим нагревом применяется однослойная изоляция. Такая комбинация совместно с дюралевой обшивкой УР обеспечит небольшую массу термозащиты. Кроме того, для обеспечения приемлемого температурного режима функционирования систем и двигателя намечается широкое использование перспективных высокопрочных, высокотемпературных материалов с малой удельной массой для изготовления корпуса и силовой установки УР, а также активного охлаждения топливом. Проведенная зарубежными специалистами расчетная оценка температурных и прочностных режимов для основных элементов конструкции УР выявила потребность в разработке высокотемпературных материалов пяти классов:

  • сплавов на основе интерметаллических соединений алюминия и титана (или алюминидов титана);
  • композиционных материалов с металлической матрицей, изготовленной из сплавов титана в бета-фазе;
  • материалов с высокой теплопроводностью;
  • КМ с углеродной и керамической матрицами;
  • материалов с высоким пределом ползучести.

В настоящее время уже созданы новые материалы, удовлетворяющие требованиям гиперзвукового полета. В их числе – алюминиды титана для корпуса УР, полученные с помощью технологии сверхбыстрого охлаждения и способные выдерживать температуры до 1650 К при значительных механических нагрузках и до 2100 К в ненапряженном состоянии, а также углерод-углеродные КМ и с матрицей на основе карбида кремния, армированной волокнами углерода, сохраняющие работоспособность при температуре до 3000–3500 К. Последние предполагается использовать в наиболее теплонапряженных элементах конструкции корпуса УР. Композиционные материалы на основе керамического связующего (в основном карбида или нитрида кремния), получаемые методом химического осаждения, будут использованы при изготовлении камер сгорания и других агрегатов силовой установки. Для топливных баков предусматривается использовать графито-эпоксидные КМ (эпоксидная матрица, армированная волокнами графита), диапазон рабочих температур которых составляет до 400 К.
В настоящее время в США интенсивно ведутся работы по созданию гиперзвуковой УР Х-51А. Управляемая ракета, оснащенная таким двигателем, способна поразить цель на большой дальности, при этом время полета составит всего несколько минут.
Уже завершены наземные испытания двигателя на основе углеводородного топлива, которым будут оснащать перспективную гиперзвуковую УР. Дальнейшим этапом будут летные испытания демонстрационного образца ракеты, намеченные на конец 2008 г. Демонстрационный образец двигателя GDE-2 фирмы «Пратт-Уитни Рокетдайн» во время наземных испытаний в высокотемпературном тоннеле достиг скорости, соответствующей числу М=5, устойчивая работа гиперзвукового двигателя продолжалась в течение 50 с.
Наземные испытания двигателя GDE-2 понадобились для того, чтобы получить больше информации в интересах двигателя SJX6121 фирмы «Пратт-Уитни», которым будут оснащать демонстрационный образец гиперзвуковой управляемой ракеты Х-51А.
Во время наземных испытаний двигателя GDE-2 были оценены углеводородное топливо, система охлаждения двигателя углеводородным топливом, а также полностью автоматизированная электронная система управления двигателем в сверхзвуковых условиях. На ракете Х-51А в качестве топлива также использовался этилен. В настоящее время этилен используется совместно с топливом JP-7. Из-за того, что этилен является более химически активным, старт будет производиться с его использованием, затем по мере нагревания двигателя он постепенно будет заменяться топливом JP-7. Испытательная модель УР Х-43А, которая в 2004 г. достигла скорости, соответствующей числу М=9.6, оснащалась двигателем, работающем на водородном топливе.
Планируется, что двигатель SJX61 будет испытан в наземных условиях сначала на скорости, соответствующей числу М=4,5-5, а затем на скорости М=6,5.
Первое летное испытание новой гиперзвуковой УР Х-51А запланировано на конец 2008 – начало 2009 года, запуск предполагается производить с бомбардировщика В-52Н. Корпус ракеты будет изготовлен из никелевого сплава. Носовая часть УР срезана под углом, а воздухозаборник расположен в нижней части. Длина корпуса составит 3,5 м, дальность стрельбы – 1200 км, при этом ракета может развивать скорость 1667 м/с (6000 км/ч). УР способна действовать на малых высотах, реагируя в полете на все изменения местности. Кроме обычной БЧ, ракета может оснащаться ядерной боевой частью.

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (проголосуйте)
Загрузка...