Битва за скорость. Великая война авиамоторов
Шрифт:
Прямоточный контур двигателя со сверхзвуковым горением тоже требует исследований, начиная от разработки новых более легких теплопроводных материалов типа гамма-титан-алюминий или керамических композитов на основе кремния и выбора типа топлива. Нужно иметь в виду, что топливо используется здесь для охлаждения камеры сгорания. И т. д, и т. п.
Какова же ситуация с гиперзвуком в России? И каково здесь возможное применение гиперзвуковых самолетов? Вряд ли следует ожидать применения гиперзвука для вывода на орбиту космических аппаратов и кораблей. В России для этой цели уже давно сложилась надежная система применения ракетных носителей. Не будет в России и гиперзвукового воздушного транспорта — нет такой потребности, да и с экономической точки зрения это нецелесообразно. А вот в области военного применения гиперзвука существуют заманчивые перспективы Надо отметить, что этой темой в России занимаются давно (с 1970-х гг.) в Центральном институте авиационного моторостроения в рамках федеральных целевых программ («Холод»
В ЦИАМ темой ГПВРД (гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель) предметно начали заниматься с 1985 г. (отдел 012, начальник отдела А.С. Рудаков), ориентируясь на создание воздушно-космического самолета. Концепция такого самолета была разработана в ОКБ Туполева, а будущий проект самолета получил обозначение Ту-2000. Но организовать системную работу по созданию такого самолета не удалось по многим причинам, в том числе и из-за отсутствия целевого финансирования. Как известно, начиналась «перестройка», и эта «перестройка» «прошлась Мамаем» по многим проектам. Тем не менее в программе «Холод» было запланировано проведение летного эксперимента ГПВРД, получившего обозначение С-57. Эта работа носила комплексный характер: нужно было подготовить гиперзвуковую летающую лабораторию на базе зенитной ракеты С-200, разработать стартово-пусковой комплекс, создать сам ГПВРД и систему регулирования подачи топлива, бортовую систему хранения и подачи жидкого водорода, заправочный и транспортный комплекс жидкого водорода и т. д.
Сам ГПВРД по техническому заданию ЦИАМ был разработан (с участием Тушинского моторного КБ) в знаменитом воронежском КБ «Химавтоматика» (основатель — С.А. Косберг), разрабатывавшем жидкостные ракетные двигатели как для космоса, так и для боевых ракет В. Челомея. Двигатель имел осесимметричный воздухозаборник и устанавливался в головной части ракеты. В ЦАГИ были проведены аэродинамические продувки воздухозаборника и ракеты С-200. Предприятие «Криогенмаш» разработало систему бортового хранения водорода. Летающую лабораторию, естественно, создавали разработчики С-200. Активное участие в проекте принимали организации Минобороны — испытания планировалось провести на полигоне «Сары-Шаган» (Казахстан).
На летный эксперимент российский ГПВРД вышел раньше американского. Уже в 1991 г. был проведен первый полет с запуском ГПВРД длительностью 27,5 секунды с автоматическим включением и выключением камеры сгорания. Это был крупный успех, несмотря на имевшийся прогар камеры сгорания. Но в 1992 г… финансирование этой программы прекратилось: все мы хорошо помним то время «либеральных» реформ. Деньги нашли во Франции в обмен на информацию, и в конце 1992 г. было проведено второе, еще более успешное испытание С-57, во время которого двигатель отработал 40 секунд, в том числе более 20 секунд в режиме сверхзвукового горения в камере. При испытании присутствовали и французские инженеры.
В 1994 г. к этой программе подключились и американцы (НАСА) — использовать готовые инфраструктуру и объект исследования было очень заманчиво. НАСА заключило контракт на участие в этом эксперименте с соответствующим финансированием. В качестве цели испытания было сформулировано достижение скорости полета, соответствующее числу М=6,5, и демонстрация устойчивой работы ГПВРД. В связи с этим требованием ГПВРД был доработан, в том числе улучшена система охлаждения камеры сгорания, и 12 февраля 1998 г. летное испытание ГПВРД было успешно проведено. Двигатель отработал без разрушения положенные 70 секунд и была достигнута максимальная заданная скорость. Следует отметить, что американский ГПВРД Х-43 совершил первый гиперзвуковой полет в 2001 г., достигнув скорости М=6,8. Несмотря на очевидный успех российского эксперимента, многие задачи остались нерешенными. И одна из главных — определение реального внешнего сопротивления летательного аппарата. Для этого необходим автономный (без ракетного «бустера») полет.
Проект гиперзвукового самолета Ту-2000.
Что же дальше? Американцы пошли своим путем, реализуя масштабную «дорожную карту», получившую название «Гиперзвуковой доступ в космос» с окончанием в 2025 г. Им деваться некуда — «шаттлы» нужно скорее списывать, а летать в космос не на чем. Надо думать, что после двух катастроф «космических челноков» директор НАСА должен был креститься, прежде чем подписать разрешение на очередной полет. У России же денег, вернее, понимания в руководстве страны, для форсирования такой подлинно инновационной темы не оказалось.
Схема гиперзвукового прямоточного реактивного двигателя со сверхзвуковым горением при М›4. Видны убирающиеся (при работе на гиперзвуке) стабилизаторы пламени.
Планируется в течение 2013…2015 гг. выполнить четыре полета длительностью 30–40 секунд в диапазоне гиперзвуковых скоростей М = 4–8 на высоте 30–40 км. Вывод на расчетные параметры полета должен осуществляться последовательно с помощью сверхзвукового бомбардировщика Ту-22МЗ («бустер» + LEA), затем «бустерная» ракета с аппаратом должны отделиться от самолета, и с помощью нее аппарат должен быть выведен на расчетную высоту, на которой он совершит горизонтальный полет. В результате этих испытаний планируется получить ключевую информацию как о свойствах гиперзвукового самолета, так и о процессах горения и охлаждения в двигателе. Пожелаем успеха этому проекту. Все хорошо, вот только если бы не Оборонпром с его безудержным желанием заработать денег без надежного и, как кажется чиновникам, слишком дорогого инженерного обеспечения.
СЕТЬ ПОБЕЖДАЕТ ИЕРАРХИЮ?
Кто победит в будущей войне? И как эта война будет выглядеть? Скорее всего, доктрина Дуэ не устарела до сих пор. Война должна начаться массированным нападением с воздуха — это наиболее эффективно и бесконтактно. До космических войн мы еще, слава богу, не дожили, да и дорого это — ведь любое оружие надо не только произвести, но и поддерживать его в боеготовом состоянии, и модернизировать. То есть любой тип оружия, будучи явившимся на свет, становится постоянным пожирателем ресурсов. И чем оно дороже, тем обременительнее владение им из-за его ненасытности. И вот при примерке доктрины Дуэ к будущей войне мы наблюдаем парадокс: массирование возможно только недорогого оружия, а технический прогресс в последнее время шел в сторону все более совершенного и, соответственно, дорогого самолета воздушного боя, апофеозом которого стал 250-миллионный (в долларах) по цене за штуку «Рэптор». Таких самолетов по определению не может быть много — слишком они дороги. «Рэпторы» в одиночестве будут летать в безбрежных просторах пятого океана без надежды победить кого-нибудь в несуществующем воздушном бою.
Слишком высоко и жестко вертикально выстроенная иерархия рано или поздно побеждается более мобильной горизонтальной… сетью. Применительно к нашим делам это значит, что в ближайшее время (в 2020–2030 гг.) мы увидим генерацию и широкое применение беспилотных практически невидимых ударных самолетов с лазерным и микроволновым оружием. Эти самолеты не будут заранее нацелены на множество точечных целей — они будут собираться так же, как сейчас по мобильному телефону собираются в назначенном месте протестные социальные группы. Самолеты уже есть, просто мы еще не понимаем их сетевую силу роя ос. Этот синтез авиационной и информационной (включая космическую связь и навигацию) технологий есть не что иное, как начало новой инновационной волны в боевой авиации.
Сегодня наиболее продвинутыми программами разработки беспилотных «ударников» являются американская разработка фирмы «Боинг» ХВ-45 (индекс X, как это принято в США, означает «экспериментальный»), европейская (на базе французской разработки известной самолетной фирмы «Дассо») NEURON и чисто английская Taranis. Все эти проекты беспилотных «ударников» выполняются по технологии «stealth», т. е. обеспечивающей малую заметность в радио- и инфракрасном диапазонах излучения. Плюс малые размеры благодаря отсутствию пилота и связанных с ним систем жизнеобеспечения, включая кабину. Беспилотник, выполненный по схеме «летающее крыло», не имеет выступающих частей: воздухозаборника, хвостовых стабилизаторов, выступающих сопл двигателя. Плоский, он скользит в воздухе, невидимый и неслышимый, как тень. Технология невидимости «стелс» позволяет самолету безопасно иметь дозвуковую скорость полета, необходимую, в свою очередь, для экономичного длительного (по 12 часов) полета и, соответственно, большую дальность. Взлетный вес такого самолета составляет около 8 тонн. Парадокс, но в начале XXI века мы пришли к размерности тяжелого (для того времени) боевого самолета времен Второй мировой войны. И вместе с тем какая огромная разница в облике, технологиях и тактике применения между тогдашними Пе-2 или Ме-110 и нынешними ХВ-45 или «Таранисом»!