La Força Aèria dels Estats Units va provar el X-51A Waverider, que va aconseguir guanyar velocitat 5 vegades la velocitat del so, i va poder volar durant més de 3 minuts, establint un rècord mundial que anteriorment tenien els desenvolupadors russos. La prova va transcórrer bé, les armes hipersòniques estan preparades per córrer.
El 27 de maig de 2010, el X-51A Waverider (traduït lliurement com un vol d'ona, i en "involuntari" com a surfista) va ser llançat d'un bombarder B-52 sobre l'Oceà Pacífic. L'escenari de reforç X-51A, manllevat del conegut coet ATCAMS, va portar el Waverider a una altitud de 19,8 mil metres, on es va engegar un motor hipersonic ramjet (GPRVD o scrumjet). Després d'això, el coet es va elevar a una alçada de 21, 3 mil metres i va agafar una velocitat de Mach 5 (5 M - cinc velocitats de so). En total, el motor del coet va funcionar durant uns 200 segons, després dels quals el X-51A va enviar un senyal d’autodestrucció en relació amb l’esclat d’interrupcions de telemetria. Segons el pla, el coet havia de desenvolupar una velocitat de 6 M (segons el projecte, la velocitat del X-51 era de 7 M, és a dir, més de 8000 km / h), i el motor havia de funcionar durant 300 segons.
Les proves no van ser perfectes, però això no va evitar que esdevinguessin un èxit destacat. El temps de funcionament del motor va superar tres vegades el rècord anterior (77 s), que tenia el laboratori de vol soviètic (més tard rus) "Kholod". La velocitat 5M es va aconseguir primer amb combustible convencional d'hidrocarburs, i no amb alguns "exclusius" com l'hidrogen. Waverider va utilitzar el JP-7, un querosè de poc vapor utilitzat en el famós avió de reconeixement d’alta velocitat SR-71.
Què és un Scrumjet i quina és l’essència dels èxits actuals? En principi, els motors ramjet (motors ramjet) són molt més simples que els motors turborreactors (motors turboreactors) que són familiars per a tothom. Un motor ramjet és simplement una entrada d’aire (l’única part mòbil), una cambra de combustió i un broquet. En això es compara favorablement amb les turbines de reacció, on s’afegeixen un ventilador, un compressor i la turbina a aquest esquema elemental, inventat el 1913, mitjançant esforços combinats per conduir aire a la cambra de combustió. Als motors ramjet, aquesta funció la realitza el flux d'aire que s'acosta, que elimina immediatament la necessitat de dissenys sofisticats que funcionin en un flux de gasos calents i altres alegries cares d'una vida del turborreactor. Com a resultat, els motors ramjet són més lleugers, més econòmics i menys sensibles a les altes temperatures.
Tot i això, la simplicitat té un preu. Els motors de flux directe són ineficaços a velocitats subsòniques (fins a 500-600 km / h no funcionen gens): simplement no tenen prou oxigen i, per tant, necessiten motors addicionals que accelerin l’aparell a velocitats efectives. A causa del fet que el volum i la pressió de l’aire que entra al motor només està limitat pel diàmetre de la presa d’aire, és extremadament difícil controlar eficaçment l’empenta del motor. Els motors Ramjet se solen "afinar" per a un rang estret de velocitats de funcionament i, fora d'ell, comencen a comportar-se de manera inadequada. A causa d’aquestes deficiències inherents a velocitats subsòniques i supersonics moderats, els motors turborreactors superen radicalment els seus competidors de flux directe.
La situació canvia quan l’agilitat de l’avió surt de l’escala durant 3 oscil·lacions. A velocitats de vol elevades, l’aire es comprimeix tant a l’entrada del motor que desapareix la necessitat d’un compressor i d’altres equips; més exactament, es converteixen en un obstacle. Però a aquestes velocitats els motors ramjet supersònics SPRVD ("ramjet") se senten molt bé. No obstant això, a mesura que augmenta la velocitat, els beneficis del "compressor" gratuït (flux d'aire supersònic) es converteixen en un malson per als dissenyadors de motors.
En turborreactors i SPVRD el querosè es crema a un cabal relativament baix - 0,2 M. Això us permet aconseguir una bona barreja d’aire i querosè injectat i, per tant, una alta eficiència. Però com més gran sigui la velocitat del flux entrant, més difícil és frenar-lo i majors són les pèrdues associades a aquest exercici. A partir de 6 M, el cabal s’ha d’alentir de 25 a 30 vegades. Només queda cremar combustible en un flux supersònic. Aquí comencen les dificultats reals. Quan l’aire entra a la cambra de combustió a una velocitat de 2,5 a 3 000 km / h, el procés de manteniment de la combustió esdevé similar, en paraules d’un dels desenvolupadors, a “intentar mantenir un llum encès enmig d’un tifó. No fa molt de temps es creia que en el cas del querosè això era impossible.
Els problemes dels desenvolupadors de vehicles hipersònics no es limiten en cap cas a la creació d’un SCRVD viable. També han de superar l’anomenada barrera tèrmica. L’avió s’escalfa per fricció contra l’aire i la intensitat d’escalfament és directament proporcional al quadrat de la velocitat de flux: si la velocitat es duplica, l’escalfament es multiplica per quatre. L’escalfament d’un avió en vol a velocitats supersòniques (sobretot a baixa altitud) és de vegades tan gran que condueix a la destrucció de l’estructura i l’equip.
Quan es vola a una velocitat de 3 M, fins i tot a l’estratosfera, la temperatura de les vores d’entrada de la presa d’aire i de les vores anteriors de l’ala supera els 300 graus i la resta de la pell, més de 200. El dispositiu amb una velocitat de 2-2,5 vegades més s’escalfarà 4-6 vegades més. Al mateix temps, fins i tot a temperatures d’uns 100 graus, el vidre orgànic es suavitza a 150, la força del duralumini es redueix significativament, a 550, els aliatges de titani perden les propietats mecàniques necessàries i, a temperatures superiors als 650 graus, es fonen l’alumini i el magnesi, l’acer es suavitza.
Un alt nivell de calefacció es pot solucionar mitjançant una protecció tèrmica passiva o mitjançant l’eliminació activa de la calor mitjançant l’ús de les reserves de combustible a bord com a refrigerador. El problema és que amb una capacitat de refrigeració del querosè molt decent (la capacitat calorífica d’aquest combustible és només la meitat que la de l’aigua), no tolera bé les altes temperatures i els volums de calor que cal “digerir” són simplement monstruós.
La forma més senzilla de resoldre ambdós problemes (combustió i refrigeració supersònica) és abandonar el querosè en favor de l’hidrogen. Aquest últim, relativament fàcilment, en comparació amb el querosè, és clar, fins i tot en un flux supersònic. Al mateix temps, l’hidrogen líquid és, per raons òbvies, també un refrigerador excel·lent, cosa que permet no utilitzar una protecció tèrmica massiva i, al mateix temps, garantir una temperatura acceptable a bord. A més, l’hidrogen té tres vegades el poder calorífic del querosè. Això fa possible elevar el límit de velocitats assolibles fins a 17 M (màxim en combustible d’hidrocarburs - 8 M) i, al mateix temps, fer el motor més compacte.
No és d’estranyar que la majoria dels avions hipersònics amb rècords anteriors volessin precisament amb hidrogen. El nostre laboratori de vol "Kholod" utilitzava combustible hidrogen, que fins ara ocupa el segon lloc en termes de durada del motor scramjet (77 s). Per a ell, la NASA deu una velocitat rècord per als vehicles a reacció: el 2004, l’avió hipersònic no tripulat de la NASA X-43A va assolir una velocitat d’11.265 km / h (o 9,8 M) a una altitud de vol de 33,5 km.
L’ús d’hidrogen, però, comporta altres problemes. Un litre d’hidrogen líquid pesa només 0,07 kg. Fins i tot tenint en compte la "capacitat energètica" tres vegades més gran de l'hidrogen, això significa un triple augment del volum de dipòsits de combustible amb una quantitat constant d'energia emmagatzemada. Això resulta en inflar la mida i el pes de l’aparell en el seu conjunt. A més, l’hidrogen líquid requereix unes condicions de funcionament molt específiques ("tots els horrors de les tecnologies criogèniques" més l’especificitat del propi hidrogen) és extremadament explosiu. En altres paraules, l’hidrogen és un combustible excel·lent per a vehicles experimentals i màquines de peces com ara bombarders estratègics i avions de reconeixement. Però com a combustible per a armes massives capaços de basar-se en plataformes convencionals com un bombarder o un destructor normal, no és adequat.
Més significatiu és l’assoliment dels creadors de l’X-51, que van aconseguir prescindir de l’hidrogen i, al mateix temps, aconseguir velocitats impressionants i registrar indicadors durant la durada del vol amb un motor ramjet. Part del registre es deu a un innovador disseny aerodinàmic, el mateix vol d'ona. L’estranya aparença angular de l’aparell, el seu disseny d’aspecte salvatge crea un sistema d’ones de xoc, són elles, i no el cos de l’aparell, les que es converteixen en la superfície aerodinàmica. Com a resultat, la força elevadora sorgeix amb una mínima interacció del flux incident amb el propi cos i, com a resultat, la intensitat del seu escalfament disminueix bruscament.
El X-51 té un escut tèrmic negre carbó-carboni a alta temperatura situat només a la punta del nas i a la part posterior de la part inferior. La part principal del cos està coberta amb un escut tèrmic blanc a baixa temperatura, que indica un mode d’escalfament relativament suau: es troba a 6-7 M en capes de l’atmosfera bastant denses i inevitables immersions a la troposfera fins a l’objectiu.
En lloc d'un "monstre" d'hidrogen, l'exèrcit nord-americà ha adquirit un dispositiu alimentat amb un pràctic combustible d'aviació, que el treu immediatament del camp de l'experiment divertit al regne de l'aplicació real. Davant nostre ja no és una demostració de tecnologia, sinó un prototip d’una nova arma. Si el X-51A supera amb èxit totes les proves, en pocs anys començarà el desenvolupament d’una versió de combat completa del X-51A +, equipada amb el farciment electrònic més modern.
Segons els plans preliminars de Boeing, el X-51A + estarà equipat amb dispositius per a la ràpida identificació i destrucció d’objectius en condicions d’oposició activa. La capacitat de controlar el vehicle mitjançant una interfície JDAM modificada dissenyada per dirigir municions d'alta precisió es va provar amb èxit durant les proves preliminars de l'any passat. L’avió de nova onada s’adapta bé a les dimensions estàndard dels míssils nord-americans, és a dir, s’adapta de manera segura als dispositius de llançament vertical a bord del vaixell, als contenidors de transport-llançament i a les naus de bombers. Tingueu en compte que el míssil ATCAMS, del qual es va agafar l’escenari de reforç del Waverider, és una arma tàctica i operativa utilitzada pels sistemes de coets de llançament múltiple MLRS americans.
Així, el 12 de maig de 2010, sobre l’oceà Pacífic, els Estats Units van provar un prototip de míssil de creuer hipersònic completament pràctic, a jutjar pel farciment previst, dissenyat per destruir objectius terrestres altament protegits (l’abast estimat és de 1600 km). Potser, amb el pas del temps, se n’hi afegiran de superficials. A més de l’enorme velocitat, aquests míssils tindran una gran capacitat de penetració (per cert, l’energia d’un cos accelerat a 7 M és pràcticament equivalent a una càrrega TNT de la mateixa massa) i - una propietat important d’ones estàticament inestables - la capacitat de maniobres molt fortes.
Això està lluny de ser l’única professió prometedora d’armes hipersòniques.
A finals de la dècada de 1990, els informes del Grup consultiu de recerca i desenvolupament espacial de l'OTAN (AGARD) van assenyalar que els míssils hipersònics haurien de tenir les aplicacions següents:
- derrotar objectius enemics fortificats (o enterrats) i objectius terrestres complexos en general;
- defensa aèria;
- la conquesta de la supremacia aèria (aquests míssils es poden considerar un mitjà ideal per interceptar objectius aeris d’alt vol a llargues distàncies);
- defensa antimíssils: intercepció del llançament de míssils balístics en l'etapa inicial de la trajectòria.
- utilitzar-se com a drons reutilitzables tant per atacar objectius terrestres com per al reconeixement.
Finalment, és clar que els míssils hipersònics seran l’antídot més eficaç, si no l’únic, contra les armes d’atac hipersònic.
Una altra direcció en el desenvolupament d’armes hipersòniques és la creació de motors scramjet de propulsor sòlid de petites dimensions muntats en projectils dissenyats per destruir objectius d’aire (calibres de 35 a 40 mm), així com vehicles blindats i fortificacions (ATGM cinètics). El 2007, Lockheed Martin va completar les proves d’un prototip de míssil antitanc cinètic CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Aquest míssil a una distància de 3400 m va destruir amb èxit el tanc soviètic T-72, equipat amb una armadura reactiva millorada.
En el futur, poden aparèixer dissenys encara més exòtics, per exemple, avions transatmosfèrics capaços de fer vols suborbitals a un rang intercontinental. També són força rellevants, i en un futur proper, les maniobres ogives hipersoniques per a míssils balístics. Dit d’una altra manera, en els propers 20 anys, els assumptes militars canviaran dràsticament i les tecnologies hipersòniques es convertiran en un dels factors més importants d’aquesta revolució.
