Al llarg de mil·lennis, la humanitat ha desenvolupat una regla segons la qual, per sobreviure i derrotar l'enemic, les armes han de ser més precises, més ràpides i més poderoses que les de l'enemic. Les armes d’aviació compleixen aquests requisits en condicions modernes. Actualment, a l’estranger, les armes aerotransportades guiades (UASP), en particular les bombes aèries guiades (UAB), el calibre de les quals es troba en una àmplia gamma (de 9 a 13600 kg), s’estan desenvolupant intensament: estan equipades amb nous tipus de guia i s'estan millorant els sistemes de control, les parts de combat efectives i els mètodes d'ús del combat. Les UAB són un accessori indispensable dels moderns complexos d’avions d’atac (UAK) amb finalitats tàctiques i estratègiques. Tot i l’alt nivell d’eficiència dels models UAB moderns, aquests, formant part de l’UAK, no sempre compleixen els requisits per complir amb prometedores missions de combat. Per regla general, els UAK operen a prop de la primera línia, mentre es perd tota l’eficiència.
Les guerres locals de les darreres dècades, i sobretot les operacions militars a l'Iraq i l'Afganistan, han revelat l'eficàcia insuficient de les armes convencionals d'alta precisió, inclosa la UAB. Quan es realitza una missió de combat, passa massa temps des que es detecta l'objectiu i es pren la decisió d'atacar fins que és derrotat. Per exemple, un bombarder B-2 Spirit, que s’enlaira d’un camp d’aviació dels Estats Units, ha de volar 12-15 hores fins a la zona d’atac de l’objectiu. Per tant, en condicions modernes, es requereixen armes de resposta ràpida i accions d'alta precisió a gran distància, que arriben a desenes de milers de quilòmetres.
Una de les direccions de la investigació sobre el compliment d’aquests requisits a l’estranger és la creació d’una nova generació de sistemes de xoc hipersònic. Als Estats Units, Gran Bretanya, França i Alemanya s’estan duent a terme la creació d’avions hipersònics (míssils) i armes cinètiques capaces de destruir objectius d’alta precisió.
L’estudi de l’experiència estrangera per a nosaltres és extremadament important, ja que davant del complex industrial industrial-defensa (MIC), tal com va assenyalar D. Rogozin al seu article "Rússia necessita una indústria intel·ligent de defensa" (Diari "Krasnaya Zvezda". 2012. - 7 de febrer - С 3) es va establir la tasca "recuperar el lideratge tecnològic mundial en el camp de la producció d'armes en el menor temps possible". Com s’ha assenyalat a l’article de V. V. Putin "Ser fort: garanties de seguretat nacional per a Rússia" (Diari "Rossiyskaya Gazeta". - 2012. - núm. 5708 (35). - 20 de febrer. - pp. 1-3) "La tasca de la propera dècada és per assegurar que la nova estructura de les Forces Armades pogués confiar en una tecnologia fonamentalment nova. La tècnica que "veu" més enllà, dispara amb més precisió, reacciona més ràpidament que sistemes similars de qualsevol enemic potencial ".
Per aconseguir-ho, és necessari conèixer a fons l’estat, les tendències i les principals direccions de treball a l’estranger. Per descomptat, els nostres especialistes sempre han intentat complir aquesta condició a l’hora de realitzar R + D. Però en l’entorn actual, quan “la indústria de la defensa no té l’oportunitat de posar-se al dia amb tranquil·litat amb algú, hem de fer un gran avenç, convertir-nos en inventors i fabricants líders … Respondre a les amenaces i reptes d’avui només significa condemnar-nos a nosaltres mateixos al paper etern dels retardats. Per tots els mitjans, hem d’assegurar la superioritat tècnica, tecnològica i organitzativa sobre qualsevol enemic potencial”(a partir d’un article de V. V. Putin).
Es creu que la primera creació d’avions hipersònics va ser proposada a la dècada de 1930 a Alemanya pel professor Eigen Senger i l’enginyer Irene Bredt. Es va proposar crear un avió llançat horitzontalment sobre una catapulta de coets, sota l’acció de motors de coets que acceleren a una velocitat d’uns 5900 m / s, fent un vol transcontinental amb un abast de 5-7 mil km al llarg d’una trajectòria de rebuig amb càrrega útil de fins a 10 tones i aterratge a una distància de més de 20 mil km des del punt de partida.
Tenint en compte el desenvolupament del coet a la dècada de 1930, l’enginyer S. Korolev i l’observador pilot E. Burche (S. Korolev, E. Burche Rocket a la guerra // Tekhnika-youth. - 1935. - No. 5. - P. 57 -59) va proposar un esquema per a l’ús d’un avió estratoplà de combat de coets: “Anant al bombardeig, cal tenir en compte el fet que la precisió dels impactes des de les altures mesurats en desenes de quilòmetres i a velocitats tremendes de l’estratoplà hauria de ser insignificant. Però, d’altra banda, és molt possible i té una gran importància l’aproximació a l’objectiu a l’estratosfera més enllà de l’abast de les armes terrestres, el descens ràpid, els bombardejos des d’altures normals que proporcionen la precisió requerida i la pujada ràpida de nou. a una alçada inabastable."
El concepte d’una vaga mundial basada en armes hipersòniques
Actualment, aquesta idea comença a implementar-se pràcticament. Als Estats Units, a mitjan anys noranta, es va formular el concepte Global Reach - Global Power. D’acord amb això, els Estats Units haurien de tenir la capacitat d’atacar contra objectius terrestres i superficials en qualsevol part del món en un termini d’1 a 2 hores després de rebre una ordre, sense utilitzar bases militars estrangeres que utilitzin armes convencionals, per exemple, la UAB. Això es pot fer mitjançant una nova arma hipersònica, que consisteix en una plataforma portadora hipersònica i un avió autònom amb càrrega de combat, en particular UAB. Les principals propietats d’aquestes armes són l’alta velocitat, el llarg abast, la maniobrabilitat suficientment alta, la baixa visibilitat i l’alta eficiència operativa.
En el marc del programa a gran escala de les Forces Armades dels Estats Units Promt Global Strike ("Vaga global ràpida"), que permet atacar amb armes convencionals (no nuclears) d'acció cinètica en qualsevol punt del planeta en una hora, i realitzat en interès de l'exèrcit nord-americà, s'està desenvolupant un sistema de vaga hipersònica de nova generació en dues opcions:
• el primer, anomenat AHW (Advanced Hypersonic Weapon), utilitza un vehicle de llançament d’un sol ús com a plataforma supersònica, seguit d’un llançament a l’objectiu d’un avió supersònic AHW (l’avió de planejament hipersònic també es pot anomenar cap de guerra) equipat amb antena guiada bombes per colpejar l'objectiu;
• el segon, anomenat sistema de vaga d'atac hipersònic FALCON HCV-2, utilitza un avió hipersònic per crear condicions per al llançament d'un avió autònom de planejament hipersònic CAV, que vola fins a l'objectiu i el destrueix mitjançant la UAB.
La primera versió de la solució tècnica té un desavantatge important, que és que el coet portador que lliura un projectil hipersònic al punt de llançament AHW es pot confondre amb un míssil amb una ogiva nuclear.
El 2003, la Força Aèria i l’Administració de Desenvolupament Avançat (DARPA) del Departament de Defensa dels Estats Units, basant-se en els seus propis desenvolupaments i propostes de la indústria per a sistemes hipersònics avançats, van desenvolupar un nou concepte per a un prometedor sistema de vaga hipersònica anomenat FALCON (Force Application and Llançament des del llançament continental dels Estats Units des dels Estats Units continentals ") o" Falcon ". Segons aquest concepte, el sistema d’atac FALCON consisteix en un portaavions hipersònic reutilitzable (per exemple, no tripulat) HCV (Hypersonic Cruise Vehicle): un avió que vola a altituds de l’ordre de 40-60 km amb una velocitat de creuer hipersònica, amb un combat càrrega de fins a 5400 kg i un abast de 15 a 17000 km) i una cèl·lula hipersònica reutilitzable altament maniobrable controlada CAV (Common Aero Vehicle - aeronaus autònomes unificades) amb una qualitat aerodinàmica de 3-5. Se suposa que la base dels vehicles VHC es troba en camps d’aviació amb una pista de fins a 3 km de llargada.
Lockheed-Martin va ser escollit com a desenvolupador principal de l’aparell de vaga hipersònica del VHC i el vehicle de lliurament de CAV per al sistema de vaga FALCON. El 2005 va començar a treballar per determinar-ne l’aspecte tècnic i avaluar la viabilitat tecnològica dels projectes. Les empreses aeroespacials més grans dels Estats Units - Boeing, Northrop Grumman i Andrews Space - també participen en el treball. A causa de l’alt nivell de risc tecnològic del programa, es van dur a terme estudis conceptuals de diverses variants de mostres experimentals de vehicles de repartiment i els seus portadors amb una avaluació de les característiques de maniobrabilitat i controlabilitat.
Quan es deixa caure d'un transportista a velocitat hipersònica, pot lliurar diverses càrregues de combat amb un pes màxim de 500 kg a un objectiu a una distància de fins a 16.000 km. Se suposa que el dispositiu està fabricat segons un prometedor esquema aerodinàmic que proporciona una alta qualitat aerodinàmica. Per reorientar el dispositiu en vol i copejar objectius detectats en un radi de fins a 5400 km, se suposa que el seu equip inclou equips per a l'intercanvi de dades en temps real amb diversos sistemes de reconeixement i punts de control. La derrota d’objectius estacionaris altament protegits (enterrats) s’assegurarà mitjançant l’ús de mitjans de destrucció d’un calibre de 500 kg amb una ogiva penetrant. La precisió (desviació probable circular) ha de ser d’uns 3 m a una velocitat objectiu de fins a 1200 m / s.
L’avió planejant hipersònic CAV amb controls aerodinàmics té una massa d’aproximadament 900 kg, dels quals l’avió portador pot transportar fins a sis, porta dues bombes aèries convencionals de 226 kg cadascuna al seu compartiment de combat. La precisió de l’ús de bombes és molt alta: 3 metres. L’abast del CAV real pot ser d’uns 5.000 km. A la fig. 2 mostra un diagrama de la separació de lesions penetrants mitjançant closques inflables.
L’esquema de l’ús de combat del sistema d’atac hipersònic FALCON té l’aspecte següent. Després de rebre l'assignació, el bombarder hipersònic VHC s'enlaira d'un camp d'aviació convencional i, mitjançant un sistema de propulsió combinat (DP), accelera a una velocitat aproximadament corresponent a M = 6. Quan s'aconsegueix aquesta velocitat, el sistema de propulsió canvia al mode d'un motor hipersònic de raig, que accelera l'avió a M = 10 i una altitud d'almenys 40 km. En un moment donat, l’avió planejant hipersònic CAV se separa de l’avió portador, que, després de completar una missió de combat per derrotar objectius, torna al camp d’aviació d’una de les bases aèries d’ultramar nord-americanes (si el CAV està equipat amb el seu propi motor i el subministrament de combustible necessari, pot tornar als Estats Units continentals) (fig. 3).
Hi ha dos tipus de trajectes de vol possibles. El primer tipus caracteritza una trajectòria ondulada per a un avió hipersònic, que va ser proposada per l'enginyer alemany Eigen Zenger en el projecte de bombarders durant la Segona Guerra Mundial. El significat de la trajectòria ondulada és el següent. A causa de l'acceleració, el dispositiu surt de l'atmosfera i apaga el motor, estalviant combustible. Després, sota la influència de la gravetat, l'avió torna a l'atmosfera i torna a engegar el motor (durant poc temps, només durant 20-40 s), que torna a llançar el dispositiu a l'espai. Aquesta trajectòria, a més d’augmentar l’abast, també contribueix al refredament de l’estructura del bombarder quan es troba a l’espai. L’altitud del vol no supera els 60 km i el pas de l’ona és d’uns 400 km. El segon tipus de trajectòria té un clàssic trajecte de vol en línia recta.
Investigació experimental sobre la creació d'armes hipersòniques
Es van proposar models hipersonics HTV (Hypersonic Test Vehicle) amb una massa d’uns 900 kg i una longitud de fins a 5 m per avaluar el seu rendiment de vol, controlabilitat i càrregues tèrmiques a velocitats de M = 10 - HTV-1, HTV-2, HTV-3.
L'aparell HTV-1 amb una durada de vol controlada de 800 s a una velocitat de M = 10 es va retirar de les proves a causa de la complexitat tecnològica en la fabricació del cos de protecció tèrmica i de solucions de disseny incorrectes (Fig. 4).
L’aparell HTV-2 es fabrica d’acord amb un circuit integrat amb arestes avant agudes i proporciona una qualitat de 3, 5-4, que, com creuen els desenvolupadors, proporcionarà un rang de planejament determinat, així com maniobrabilitat i controlabilitat mitjançant blindatges aerodinàmics. per a l'orientació amb la precisió requerida (fig. 5). Segons el Servei d’Investigació del Congrés dels Estats Units (CRS), el dispositiu hipersònic FALCON HTV-2 és capaç de colpejar objectius a un rang de fins a 27.000 km i velocitats de fins a Mach 20 (23.000 km / h).
L’HTV-3 és un model a escala de l’avió hipersònic de VHC amb una qualitat aerodinàmica de 4-5 (Fig. 6). El model està dissenyat per avaluar les solucions tecnològiques i de disseny adoptades, el rendiment aerodinàmic i de vol, així com la maniobrabilitat i controlabilitat en interès per al desenvolupament posterior de l'avió HCV. Es suposava que es van dur a terme proves de vol el 2009. El cost total dels treballs en la fabricació del model i la realització de proves de vol s'estima en 50 milions de dòlars.
Les proves del complex de xoc se suposaven que es van dur a terme el 2008-2009. utilitzant vehicles de llançament. L’esquema del vol de prova de l’avió hipersònic HTV-2 es mostra a la Fig. 7.
Com han demostrat els estudis, els principals problemes problemàtics per a la creació d’un avió hipersònic estaran associats al desenvolupament de la central elèctrica, l’elecció del combustible i els materials estructurals, l’aerodinàmica i la dinàmica de vol i el sistema de control.
L'elecció de la distribució aerodinàmica i el disseny de l'avió s'ha de basar en la condició d'assegurar el funcionament conjunt de la presa d'aire, la central elèctrica i altres elements de l'avió. A velocitats hipersòniques, els problemes d’estudiar l’eficàcia dels controls aerodinàmics, amb àrees mínimes de superfícies estabilitzadores i de control, influeixen moments de frontissa, especialment quan s’aproxima a l’àrea objectiu a una velocitat d’uns 1600 m / s, esdevenen fonamentals, en primer lloc, per assegureu la força de l'estructura i la guia d'alta precisió fins a l'objectiu.
Segons estudis preliminars, la temperatura a la superfície del vehicle hipersònic arriba als 1900 ° C, mentre que per al funcionament normal de l'equip de bord, la temperatura a l'interior del compartiment no ha de superar els 70 ° C. Per tant, la carrosseria del dispositiu ha de tenir una carcassa resistent a la calor feta de materials a alta temperatura i protecció tèrmica multicapa basada en els materials de construcció existents actualment.
El vehicle hipersònic està equipat amb un sistema combinat de control inercial per satèl·lit i, en el futur, amb un sistema òptic-electrònic òptic o de radar de punta a punta.
Per assegurar un vol en línia recta, els més prometedors per als sistemes militars són els motors ramjet: SPVRD (motor ramjet supersònic) i motor scramjet (motor ramjet hipersònic). Són de disseny senzill, ja que pràcticament no tenen parts mòbils (excepte la bomba de subministrament de combustible) que utilitzen combustibles convencionals d’hidrocarburs.
La distribució aerodinàmica i el disseny de l’aparell CAV s’estan treballant en el marc del projecte X-41 i de l’avió portador, sota el programa X-51. L'objectiu del programa X-51A és demostrar les possibilitats de crear un motor scramjet, el desenvolupament de materials resistents a la calor, la integració de la cèl·lula i el motor, així com altres tecnologies necessàries per al vol en el rang de 4, 5-6, 5 M. Com a part d’aquest programa, també s’està treballant per crear un míssil balístic amb una ogiva convencional, un míssil hipersònic X-51A Waverider i un dron orbital X-37B.
Segons CRS, el finançament del programa el 2011 va ser de 239,9 milions de dòlars, dels quals 69 milions es van gastar en AHW.
El Ministeri de Defensa dels EUA va realitzar una altra prova d’una nova bomba hipersònica planejant AHW (Advanced Hypersonic Weapon). La prova de munició va tenir lloc el 17 de novembre de 2011. L’objectiu principal de la prova era provar la munició per a la seva maniobrabilitat, controlabilitat i resistència a efectes a alta temperatura. Se sap que AHW es va llançar a l'atmosfera superior mitjançant un coet de reforç llançat des d'una base aèria a Hawaii (figura 9). Després de separar les municions del míssil, va planejar i assolir un objectiu a les Illes Marshall, prop de l'atol de Kwajalein, situat a quatre mil quilòmetres al sud-oest de Hawaii, a una velocitat hipersònica de cinc vegades la velocitat del so. El vol va durar menys de 30 minuts.
Segons la portaveu del Pentàgon, Melinda Morgan, el propòsit de provar municions era recollir dades sobre l’aerodinàmica de l’AHW, el seu maneig i la seva resistència a altes temperatures.
Les darreres proves de l'HTV-2 van tenir lloc a mitjans d'agost del 2011 i no van tenir èxit (figura 10).
Segons els experts, és possible adoptar un sistema hipersònic de xoc de primera generació de nova generació el 2015. Es considera necessari proporcionar fins a 16 llançaments diaris mitjançant un vehicle de llançament d’un sol ús. El cost del llançament és d’uns 5 milions de dòlars.
S’espera la creació d’un sistema de vaga a gran escala no abans del 2025-2030.
La idea de l’ús militar d’un avió estratoplà propulsat per coets, proposada per S. Korolev i E. Burche als anys 30, a jutjar per les investigacions dutes a terme als Estats Units, comença a implementar-se en projectes per crear un nova generació d’armes de vaga hipersòniques.
L’ús de la UAB com a part d’un vehicle autònom hipersònic quan ataca un objectiu requereix elevades exigències per garantir una guia d’alta precisió en condicions de vol hipersònic i protecció tèrmica dels equips contra els efectes del calefacció cinètic.
Sobre l’exemple del treball realitzat als Estats Units per crear armes hipersòniques, veiem que les possibilitats d’ús combatent de la UAB estan lluny d’esgotar-se i estan determinades no només per les característiques tàctiques i tècniques de la mateixa UAB, que proporciona el rang, la precisió i la probabilitat de destrucció donats, però també mitjançant el lliurament. A més, la implementació d’aquest projecte també pot resoldre la tasca pacífica de lliurar ràpidament equips de càrrega o rescat en perill a qualsevol part del món.
El material presentat ens fa reflexionar seriosament sobre el contingut de les principals direccions de desenvolupament dels sistemes de vaga guiada nacional fins al 2020-2030. Al mateix temps, cal tenir en compte la declaració de D. Rogozin (Rogozin D. Work on the algorithm exact // National Defense. - 2012. - No. 2. - P. 34-406): “… hem d'abandonar la idea de "recuperar i avançar" … I és poc probable que recollim ràpidament força i capacitats que ens permetrien posar-nos al dia amb països d'alta tecnologia a velocitats increïbles. No cal fer-ho. Necessitem una altra cosa, molt més complicada … Cal calcular el curs de la realització d’una lluita armada amb la perspectiva de fins a 30 anys, per determinar aquest punt, per arribar-hi. Per entendre el que necessitem, és a dir, preparar armes no per demà o fins i tot demà passat, sinó per a una setmana històrica per davant … Repeteixo, no penseu en què fan als EUA, França, Alemanya, penseu què en tindran d'aquí a 30 anys. I heu de crear alguna cosa que sigui millor del que tenen ara. No els segueixi, intenteu entendre cap a on va tot i llavors guanyarem ".
És a dir, cal entendre si ens ha sorgit aquesta tasca i, en cas afirmatiu, com resoldre-la.
