[ezup]

Испытание холодом

В ноябре 2021 года на аукционе Breker появился необычный лот – прототип гиперзвуковой летающей лаборатории «Холод». История самого «Холода» завершилась два десятилетия назад, но сейчас, в связи с нарастающим интересом к гиперзвуковым аппаратам, стоит рассказать её вновь.

С практической точки зрения, главным элементом гиперзвуковой лаборатории была 11-метровая ракета комплекса С-200. Без жидкостного реактивного двигателя с тягой 10 тонн никакой речи о гиперзвуке быть не могло.

Изюминкой являлась головная часть. Там находились образцы гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД) с системами управления и запасом топлива. Целью эксперимента было изучение работы ГПВРД на криогенном топливе (водороде) в диапазоне скоростей 3,5–6,5 М.

Блок с ГПВРД являлся частью конструкции ракеты и самостоятельных полетов не совершал. Тем не менее приборы каждый раз фиксировали возмущения при включении двигателя. Конечно, в той лавине огня, создаваемой ЖРД тягой 10 тонн, определить считанный процент дополнительной тяги было непросто.

Целью ГЛЛ «Холод» не было совершение полетов при помощи ГПВРД. Такое было бы слишком смелым ожиданием.

Участников проекта интересовали процессы в камере сгорания в реальных условиях на гиперзвуковых скоростях. Целью было проверить базовые принципы такого двигателя. И возможна ли его работа вообще.

Работоспособность камеры сгорания была доказана. Это стало главным значением экспериментов с участием гиперзвуковой летающей лаборатории «Холод».

В зарубежном проекте Х-43А достижение гиперзвуковых скоростей производилось в два этапа. Первой «степенью» выступал бомбардировщик Б-52, поднимавший гиперзвуковой ЛА с ускорителем на высоту 10 км и сообщавший этой «связке» скорость 900 км/ч. В качестве ускорителя выступала, ни много ни мало, космическая ракета-носитель легкого класса «Пегас».

Для сообщения аппарату массой 1 400 кг скорости 7 М расходовалось 15 тонн ракетного топлива. Разгон до скорости 9 М требовал от «Пегаса» приложения полных усилий. В этом варианте масса ракеты составляла 18 тонн.

В отличие от «Холода», аппарат Х-43А все-таки отделялся от ракеты. Однако так и остался гиперзвуковым планером. Запас топлива на его борту составлял целый 1 кг водорода, для обеспечения работы двигателя на протяжении 11 секунд. Целью вновь было изучение процессов в камере сгорания при высоких значениях чисел Маха.

Не секрет, что гиперзвук был достигнут только за счет тяги космической ракеты. Но за океаном поспешили представить Х-43 как «самый быстрый летательный аппарат с ГПВРД». Таким он и вошел в «Книгу рекордов».

Удар по кораблям гиперзвуком


Для 9-маховой ПКР «Циркон» все обозначенные проблемы остались давно позади. Тайные технологии позволили «утрамбовать» космическую ракету-носитель в габариты пусковой установки фрегата.

Не забыв сохранить место и для самого ЛА с гиперзвуковым двигателем.

Если говорить серьезно.

Предположения о «Цирконе», как о неизвестной модификации «Оникса» с более мощным ускорителем, «который забросит ракету на необходимую высоту, сообщив ей скорость 9 М», не имеют ничего общего с реальностью.

На это указывают известные примеры.

Пример ГЛЛ «Холод».

Использованный в проекте гиперзвуковой двигатель 58Л имел массу 205 кг, без учета оборудования, которое занимало первый и второй отсеки ЗУР. Общее значение нагрузки можно оценить в несколько сотен килограмм. Для разгона до скорости «всего» 6,5 М потребовалась самая крупная в мире зенитная ракета, сжигавшая более 2 тонн жидкого топлива и окислителя и две тонны твердого топлива.

Пример Х-43А.

Масса аппарата 1 400 кг. Достигнутые значения 7 М и 9,6 М. Воздушный старт. Масса ракетного ускорителя в каждом из случаев составила 15 и, соответственно, 18 тонн.

Что это означает?

При обсуждении 9-махового «Циркона» не стоит возлагать надежд на достижение этой скорости с помощью стартового ускорителя. Ракета на твердом или жидком топливе, способная разогнать противокорабельную ракету до 9 Махов, ни при каких условиях не поместится в ячейке корабельного стрельбового комплекса (УКСК) 3С14.

Такое может обеспечить только гиперзвуковой ПВРД, для которого не требуется иметь на борту запас окислителя. В качестве окислителя используется окружающий воздух. Поэтому любой воздушно-реактивный двигатель многократно превосходит по удельной тяге жидкостные и твердотопливные ракетные двигатели.

Однако на гиперзвуке это так просто не работает.

При высоких значениях Маха возникает парадоксальная ситуация, когда энергия попадающего в двигатель воздуха превосходит энергию топливовоздушной смеси, покидающей камеру сгорания.

Вместо создания тяги работающий двигатель, наоборот, замедляет полет, являясь источником лишнего сопротивления на пути набегающего потока. Разумеется, такая ситуация продлится считанные миллисекунды, далее произойдет детонация с разрушением камеры сгорания.

Таковы общие проблемы при создании ГПВРД.

Решение – в достижении максимально возможной скорости воздушного потока в двигателе (сверхзвуковое горение), которое позволит не только сохранить в целости камеру сгорания, но и создать необходимое значение тяги для обеспечения полета. Что незамедлительно наталкивается на другую проблему – топливо не успевает сгорать в таком двигателе. Поэтому в известных экспериментах проблему заливали жидким водородом.

На сегодняшний день не существует ни одного примера действующего ГПВРД для полета на скоростях выше 6 М, который бы создавал достаточно тяги для поддержания гиперзвуковой скорости и мог использовать в качестве топлива что-нибудь практичнее водорода.

Кроме таинственной ракеты «Циркон».

Во всех известных экспериментах использовались модельки ГПВРД, работавшие в набегающем потоке воздуха, которые практически не создавали тяги. Аппараты достигали своих гиперзвуковых параметров только при помощи ракетных ускорителей весьма нехилых размеров.

Достаточно разогнать до 5 М?


В порядке предложения: придать аппарату скорость 5 М, после чего включившийся ГПВРД разгонит его до требуемых 9 скоростей звука!

Воздушно-реактивный двигатель, достаточно эффективный при скоростях полета 5, 6, 7, 8 и далее 9М.

Да, именно так звучит предложенная идея, популярная среди многих участников обсуждения «Циркона».

Оценку этой идее пусть выставят сами читатели.

Автор позволит себе добавить, что ни в одном из современных концептов (пример – российские гиперзвуковые лаборатории ГЛЛ-АП или ГЛЛ-АП-02) возможность чего-либо подобного не рассматривается.

Есть основания полагать, что включение ГПВРД на скорости 5 М ограничит максимальную скорость значением примерно 7 М. Процесс сгорания топлива на еще больших скоростях потребует иной конструкции камеры сгорания.

Данный вывод следует по результатам испытаний Х-43А. Все подробности о проекте были выложены в открытый доступ. От кадров, снятых с борта гиперзвукового ЛА, до компоновки и схемы расположения технологических отверстий на корпусе, с объяснением их назначения.

Одна модель двигателя предназначалась для испытаний на скорости до 7 М. Вторая – на больших скоростях. На представленной ниже иллюстрации можно ознакомиться с некоторыми подробностями, связанными с камерой сгорания и конструкцией ГПВРД.

Во всех предыдущих испытаниях гиперзвуковые аппараты с ГПВРД не смогли даже поддерживать полет на скорости, которую им сообщала ракетная ступень. С учетом таких «успехов», разгон противокорабельной ракеты с 5 до 9 М только при помощи ГПВРД звучит в настоящее время нереалистично.

Физика и лирика

Сторонников «Циркона» никогда не смущало одновременное присутствие на вооружении ПКР «Оникс» и 9-маховых противокорабельных ракет. Ведь при наличии гиперзвука, первые превращаются в «каменные топоры». Эксплуатация всех имеющихся ПКР лишится смысла, когда появится оружие, способное нанести удар по авианосцам и вражеским флотам в 3–5 раз быстрее.

Такого еще не видела история. Чтобы рядом на палубе стояли дульнозарядные каронады и скорострельные миниганы.

Далее, столь прорывные технологии, позволяющие полеты в атмосфере на 9 М, почему-то нашли применение только в одном-единственном проекте. Новые двигатели, новое топливо, новые материалы. При полете при скорости 9 М в течение пары минут температура обшивки станет в 15 раз выше, чем у сверхзвукового «Оникса». Новая эра в материаловедении и ракетной технике!

Однако все другие современные проекты похожего назначения не содержат ничего, что бы указывало на возможное использование технологий «Циркона».

«Калибр», уникальная ракета «Оникс» или принятая на вооружение в 2016 году авиационная ПКР Х-32 не демонстрируют сенсационного отрыва в характеристиках.

И напоследок, как сочетаются заявления о скором принятии на вооружение 9-маховой ракеты с новостями из «Летно-исследовательского института им. М.М. Громова», где проводятся работы по переоборудованию военно-транспортного самолета Ил-76МД (бортовой № 76454) в самолет-носитель гиперзвуковой летающей лаборатории нового поколения ГЛЛ-АП-02, которая уже больше десяти лет проходит испытания на стендах с целью изучения полета на скорости 6 М. Разумеется, в случае реального запуска для выхода на гиперзвуковую скорость будет использоваться многотонный ракетный ускоритель.

Фото: Игорь Двуреков / russianplanes.net


Фото: С.В.Гуров

Необходимо срочно сообщить руководству ЛИИ, что они застряли в прошлом. Сейчас в трендах скорость 9 Махов.

Эпилог


Если мы об этом не знаем – не означает, что такого не может быть. С другой стороны, нельзя утверждать, что все, о чем мы не знаем, обязательно существует.

Последние несколько лет автор делает ежегодный обзор по этой теме, все глубже вникая в историю с «Цирконом» и гиперзвуком. И с каждым очередным заявлением об увеличении его скорости, от изначальных 5–6 М до нынешних девяти, данный проект приобретает все более гротескные черты и расходится с наблюдаемой реальностью. Реальность выглядит иначе. Наблюдаются проблемы, связанные с принятием на вооружение техники с гораздо более традиционной конструкцией.

В этом году на представленных кадрах запуска была учтена досадная ошибка, допущенная при съемке прошлых испытаний. Стали ретушировать кадры, на которых заметно срабатывание двигателей ориентации в головной части ракеты с последующим отстрелом крышки воздухозаборника двигателя.

Слишком очевидные признаки, свойственные только одной, единственной из существующих противокорабельных ракет с такой особенностью. ПКР «Оникс». Которые слишком выделялись на кадрах запуска осенью 2020 года и сразу вызвали ряд закономерных вопросов.

Очень убедительные кадры, подтверждающие создание оружия, которое изменит все существующие представления о ракетной технике и авиации.

Автор:Олег Капцов