[ezup]

Быстрее, выше, сильнее. Олимпийский лозунг справедлив не только для спорта, но и для авиации. Особенно ярко тяга к высоким скоростям и большим высотам проявилась во второй половине XX века. Обе мировые сверхдержавы в это время работали над своими проектами сверх-, а затем и гиперзвуковых летательных аппаратов – только большая скорость могла вывести самолет на огромные высоты. Стремление к большим скоростям и высотам вполне понятно – бомбардировщик, выйдя в космос, смог бы доставить «посылку» на голову противника куда быстрее, чем уже имеющаяся техника. К тому же, если можно создать космический гиперзвуковой бомбардировщик, значит должны быть сделаны и аналогичные истребители. Эти аппараты должны были бы бороться не только с бомбардировщиками, но и с боевыми частями баллистических ракет. Однако собственно идея – даже не половина и не десятая часть всего дела. Создание гиперзвуковых летательных аппаратов, тем более пилотируемых, оказалось настолько сложной задачей, что американский самолет-ракетоплан North American X-15 (первый полет 8 июня 1959 года) в течение нескольких десятков лет оставался единственным подобным аппаратом, вышедшим на запланированные значения высоты и скорости.

Разгон по «Спирали»

В начале 60-х годов прошлого века советские военные и инженеры узнали, что в США идут работы по проектированию многоразового воздушно-космического самолета, способного выполнять ударные и разведывательные задачи. Ответом на программу X-20 должна была стать «Спираль». Работы по теме в 1965 году поручили ОКБ-155 (микояновская фирма), а главным конструктором назначили Г.Е. Лозино-Лозинского. По проекту «Спираль» орбитальный самолет должен был выводиться в космос при помощи гиперзвукового разгонного самолета и ракетного ускорителя. В контексте рассмотрения проблемы гиперзвуковых летательных аппаратов наибольший интерес представляет не орбитальный самолет, но разгонщик. В некоторых источниках он упоминается как изделие «50-50». Этот самолет-бесхвостка длиной 38 метров и с размахом крыла 16,5 м в проекте имел треугольное крыло с наплывом. Стреловидность последнего была 80° по передней кромке, а основной части крыла – 60°. На концах крыла размещались два киля: из-за того, что орбитальный самолет с разгонным блоком должен был устанавливаться на верхней поверхности фюзеляжа «50-50» в специальном ложементе, применить один «классический» киль оказалось невозможным. На подходе к гиперзвуку должен был выпускаться подфюзеляжный гребень, расположенный в хвостовой части самолета. Для облегчения производства посадки на разгонщике впервые в отечественной практике применили опускаемую носовую часть (Т-4 и Ту-144 будут немного позже).

В дополнение к внешности самолета, словно вышедшей из фантастического рассказа или фильма, на проекте «50-50» предлагалось использовать принципиально новые двигатели. ОКБ-165 А.М. Люльки заказали турбореактивный двигатель, рассчитанный для использования в качестве топлива жидкого водорода. Четыре таких двигателя должны были размещаться в задней части машины в вертикальных пакетах по два. Водород был выбран в качестве топлива неслучайно – он не только горит с достаточным выделением энергии, но и способен в некоторой мере охлаждать лопатки турбины. В итоге ТРД обычной схемы мог бы выдавать большую мощность без риска разрушения конструкции. В таком случае можно было бы отказаться от совмещения турбореактивного и прямоточного двигателей. В ходе создания двигателя для «50-50» звучали даже кардинальные предложения по его конструкции. Так, например, предлагалось вовсе вывести турбину из газового тракта и вращать ее нагретым водородом. Испаряться и доходить до нужных температур он должен был в теплообменнике перед компрессором двигателя. Надо сказать, в 60-х создать теплообменник с эффективными термодинамическими показателями и сносной аэродинамикой не удалось. И в 70-х тоже. До сих пор ни у кого в мире нет такой конструкции. В качестве временной меры в области моторов ОКБ-300 получило задание на разработку керосинового ТРД соответствующей мощности. Работы по альтернативной силовой установке с переменным успехом шли до самого закрытия программы «Спираль».

Другой немаловажный элемент силовой установки – гиперзвуковой воздухозаборник. Для обеспечения нормальной скорости потока на входе в компрессоры двигателей пришлось проработать не только входное устройство, но и нижнюю поверхность фюзеляжа. На расстоянии около 10 метров от начала воздухозаборника она имеет плоскую поверхность с углом атаки 4°. В 3,25 метрах от входного устройства угол резко увеличивается до 10°, а в 1,3 метрах начинается третья панель, расположенная под 20 градусов к потоку. Благодаря такой форме «брюха» самолета скорость потока на подходе к двигателю была приемлемой. Тепловая устойчивость конструкции обеспечивалась применением соответствующих материалов, благо к тому времени у советских авиастроителей и специалистов по материаловедению был достаточный опыт в этой сфере.

«50-50» с керосиновыми двигателями, по расчетам, должен был иметь крейсерскую скорость около М=4 и дальность в 6-7 тыс. километров. Водородные двигатели увеличивали эти показатели до M=5 и 12000 км соответственно. Самолет-разгонщик системы «Спираль» был первым гиперзвуковым летательным аппаратом с воздушно-реактивными двигателями, который испытывался в ЦАГИ. В некоторых источниках упоминается проработка пассажирского варианта «50-50», но помимо основной разгонной работы для этого самолета предусматривалась только разведывательная. Строительство разгонного самолета первоначально планировалось начать в 1971 году с последующим началом летных испытаний в 72-73-м. Однако вместо закладки разгонщика проект «Спираль» закрыли. Вместе с ним «погибли» два варианта реактивных двигателей. В то же время, наработки по орбитальным самолетам комплекса пригодились при создании системы «Энергия-Буран».

Лабораторный «Холод»

К тематике гиперзвуковых полетов и всей сопутствующей техники вернулись в 1979 году. Первоочередной задачей было исследование жидкого водорода и сжиженного природного газа в качестве топлива. Также требовалось создать реактивные двигатели под это топливо. Более того, требовалось не только провести фундаментальные изыскания и проектные работы, но и найти эффективные варианты инфраструктуры, связанной с эксплуатацией двигателей на криогенном топливе. По этой причине к проекту привлекли множество различных предприятий, а головным предприятием по части двигателей назначили московский Центральный Институт Авиационного Моторостроения им. П.И. Баранова (ЦИАМ).

В испытаниях гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД) есть одна принципиальная проблема: в наземных испытательных установках невозможно с нужной точностью воссоздать все условия, в которых работают такие двигатели. В Соединенных Штатах этот вопрос собирались решать установкой экспериментальных прямоточников на ракетоплане X-15, но экземпляр самолета, на котором планировалось проводить испытания, разбился незадолго до первого полета с ГПРВД. Отечественные инженеры, в свою очередь, не стали мудрить с многоразовым носителем опытных двигателей и избрали в качестве такового имеющиеся зенитные ракеты. Совместно с Химкинским КБ «Факел» ЦИАМ создал гиперзвуковую летающую лабораторию (ГЛЛ) «Холод». Ее основой стала зенитная ракета 5В28 комплекса С-200В. Во-первых, эта ракета имела подходящие параметры полета, а во-вторых, ее в ближайшей перспективе планировалось снимать с вооружения, что благотворно сказалось бы на стоимости всей программы. С исходной ракеты 5В28 снималась боевая часть, а на ее место устанавливался блок с испытываемой аппаратурой. В его состав входила система управления, топливный бак, топливная система, а также двигатель Э-57. Расчетная скорость, при которой этот ГПВРД мог работать, лежала в пределах от 3,5М до 6,5М. Рабочая высота двигателя – 15-35 км. Несмотря на большую степень унификации конструкции «Холода» с ЗРК С-200В, ЦИАМу понадобилось заново создать машину-топливозаправщик, рассчитанную для работы с жидким водородом.

К сожалению, основная масса работ по теме «Холод» пришлась на те времена, когда науке уже стало уделяться гораздо меньше внимания, чем следовало. Поэтому впервые ГЛЛ «Холод» полетела только 28 ноября 1991 года. В этом и следующем полетах, надо заметить, вместо головного блока с топливной аппаратурой и двигателем был установлен его массогабаритный макет. Дело в том, что в ходе первых двух полетов отрабатывалась система управления ракетой и выход на расчетную траекторию. Начиная с третьего полета, «Холод» испытывался в полной комплектации, однако понадобилось еще две попытки для отстройки топливной системы экспериментального блока. Наконец, последние три испытательных полета проходили с подачей жидкого водорода в камеру сгорания. В итоге до 1999 года было проведено всего семь пусков, зато удалось довести время работы ГПВРД Э-57 до 77 секунд – фактически, максимальное время полета ракеты 5В28. Максимальная скорость, достигнутая летающей лабораторией, составила 1855 м/с (~6,5М). Послеполетные работы над аппаратурой показали, что камера сгорания двигателя после осушения топливного бака сохраняла свою работоспособность. Очевидно, что такие показатели удалось достигнуть благодаря постоянным доработкам систем по результатам каждого предыдущего полета.

Испытания ГЛЛ «Холод» производились на полигоне Сары-Шаган в Казахстане. Из-за проблем с финансированием проекта в 90-х годах, то есть в тот период, когда шли испытания и доводки «Холода», в обмен на научные данные пришлось привлекать зарубежные научные организации, казахские и французские. В результате семи испытательных пусков была собрана вся необходимая информация для продолжения практических работ по водородным ГПВРД, скорректированы математические модели работы прямоточных двигателей на гиперзвуковых скоростях и т.д. На данный момент программа «Холод» закрыта, но ее результаты не пропали и используются в новых проектах.

Прошивая звуковой барьер

Прямым продолжателем работ, начатых в программе «Холод» является летающая лаборатория «Игла» (Исследовательский Гиперзвуковой Летательный Аппарат). Первые упоминания об этом проекте появились еще в 1997 году, а макет впервые представили публике на салоне МАКС-99. В очередной раз в работе над проектом участвуют сразу несколько конструкторских бюро, но координацию программы и основные работы по-прежнему ведет ЦИАМ. Заданием на «Иглу» определялась скорость в пределах М=6-14 и на высотах от 25 до 50 километров. Кроме того, новая летающая лаборатория должна была иметь значительно большую продолжительность самостоятельного полета, чем «Холод» – 7-12 минут. Выводить на нужную высоту и разгонять «Иглу» до скорости включения двигателя должна была ракета-носитель «Рокот», созданная на базе межконтинентальной УР-100Н.

Однако есть все основания полагать, что первый полет ГЛЛ «Игла» в середине 2000-х так и не состоялся, хотя и планировался. Или же «Игла» полетела, но работы засекретили. Во всяком случае, макет летающей лаборатории регулярно демонстрируют на различных выставках авиационной и двигательной направленности, а о ходе программы не говорят. Аналогичным образом обстоят дела с рядом других аналогичных проектов – макеты есть, данных нет. Неизвестно, почему ЦИАМ до сих пор не запустил «Иглу» или скрывает факт пуска. Остается только строить догадки, связанные со сложностью освоения новых технологий или внезапно постигшей проект секретностью.

***

Если ученым мира все-таки удастся довести до ума гиперзвуковые летательные аппараты, то эту технику ожидает два основных применения: суборбитальные грузовые или пассажирские полеты и военное применение. Так, например, несколько лет назад в прессе прошла информация об испытаниях российской гиперзвуковой крылатой ракеты для стратегических бомбардировщиков, в ряде источников именуемой Х-90.

Как утверждалось, ее крейсерская скорость достигает М=4-5, что позволяет сократить время полета к цели до минимума. 26 мая 2010 года в США состоялся первый полет опытного экземпляра гиперзвуковой ракеты X-51A. За 3,5 минуты работы прямоточного двигателя она успела в пять раз превысить скорость звука. Если все пойдет как надо, X-51 пойдет в войска только в 2017-18 году.

Кроме того, в обеих странах, очевидно, ведутся работы над гиперзвуковыми боевыми блоками для ракет. Однако по понятным причинам об этих проектах почти ничего неизвестно. Правда, американцы, любящие делать рекламу своим творениям, с некоторых пор не скрывают свои работы в сфере доктрины «быстрого глобального удара». С 2010 года было проведено несколько пусков экспериментальных аппаратов AHW (Advanced Hypersonic Weapon – перспективное гиперзвуковое оружие) и Falcon HTV-2. Утверждается, что второй аппарат в ходе первого же полета разогнался до 20М. Насколько это правда – неизвестно, хотя есть повод сомневаться в рекорде. Дело в том, что американцы и сами не скрывают, что в этом полете были большие проблемы с телеметрией, и опытный аппарат просто не смог передать на землю точные данные. К тому же, как утверждается, вскоре после отделения от ракеты-носителя HTV-2 начало крутить бочки. Когда скорость вращения превысила допустимую, траекторию экспериментального беспилотника изменили и направили его в океан. Второй полет Falcon HTV-2 в апреле прошлого года был немного удачнее: первые 25 минут полета прошли штатно, а потом связь с аппаратом пропала. Сейчас в Пентагоне решают, быть ли третьему полету. О проекте AHW информации еще меньше. Известно только то, что аппарат под обозначением HGB в ноябре 2011 года за полчаса полета разогнался до скорости 5М или 8М.

Скорее всего, у России тоже есть подобные проекты боевых систем. Однако по вполне понятным причинам в ближайшее время вряд ли будут оглашены их подробности. Все-таки настолько новые разработки требуют соответствующей секретности. А, может, информации нет по причине отсутствия программ. Но хотелось бы надеяться, что у нас есть чем ответить на AHW и Falcon Project.

Автор Рябов Кирилл