Разработка гиперзвукового оружия и средств защиты от него стала для вооруженных сил (ВС) США на данном этапе главным приоритетом. Об этом сообщил министр обороны США Джеймс Мэттис. "Гиперзвуковые вооружения - это приоритет номер один. В плане как их разработки для себя, так и защиты от них. ... Я бы просто сказал, что для нас это приоритет номер один в разработке новых технологий", - сказал руководитель американского военного ведомства, выступая 26 апреля 2018 года на слушаниях в комитете по делам ВС сената конгресса США.
Как подчеркнул в интервью первый заместитель министра обороны США Патрик Шанахан, Пентагон планирует консолидировать программы создания гиперзвукового оружия. По заявлению официальных лиц военного ведомства США, на 80 % подготовлен план, охватывающий 10 технических сфер и прописывающий, какие испытания должны быть проведены в период до 2023 года, чтобы обеспечить оперативные возможности создания гиперзвукового оружия в течение следующих 10 лет. Завершить разработку этого плана намечено на июль 2018 года.
"Это будет дорожная карта по гиперзвуку, план создания прототипов гиперзвуковых вооружений", - заявил первый замминистра обороны. Как он пояснил, причина, по которой данный вопрос столь важен, заключается в том, что составление такой дорожной карты в области производства гиперзвукового оружия связано в том числе с формированием будущих проектов бюджета Пентагона. Согласно изложенным Шанаханом сведениям, эта дорожная карта будет учитываться при составлении внутренних бюджетных запросов на 2020-2025 финансовые годы, отправляемых видами ВС на рассмотрение министра обороны США.
В настоящее время ряд американских авиационных специалистов предлагает сосредоточить усилия на разработке и создании "работоспособного" образца гиперзвукового оружия, прежде чем приступать к решению более сложной задачи - созданию гиперзвукового самолета. Одним из основных текущих требований к разработке первой гиперзвуковой крылатой ракеты (ГКР) является доведение к 2020 году степени готовности всех критических подсистем будущей ракеты до шестого уровня технологической готовности - TRL 6 (Technology Readiness Level). В частности, необходимо представить различные варианты тепловой защиты гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД), системы управления ракетой, включая отработку алгоритмов управления полетом, навигации и системы наведения.
По мнению главы научно-исследовательской лаборатории ВВС США (Air Force Research Laboratory - AFRL), принятие на вооружение гиперзвуковых систем вооружения (ГЗСВ), и прежде всего образца гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА) и гиперзвуковой крылатой ракеты, даст ВС страны новое, асимметричное преимущество перед другими развивающимися государствами. ГКР класса "воздух - поверхность" будут предназначены для уничтожения РЛС противника (РЛС систем предупреждения о ракетном нападении, ПВО и ПРО), объектов инфраструктуры аэродромов дальней и стратегической авиации (командных центров, взлетно-посадочных полос, складов с авиационным вооружением), высокозащищенных командных пунктов, объектов системы управления войсками и других важных элементов обороны государства противника.
ГЗСВ рассматриваются американскими специалистами также в качестве эффективного средства поражения подвижных грунтовых ракетных комплексов с МБР (например, "Тополь-М", "Ярс") и зенитных ракетных систем большой и средней дальности (модификаций комплекса С-400 и перспективных комплексов С-500).
Сейчас в развитие гиперзвуковых технологий активно вовлечены ведущие американские авиационные компании, департаменты, агентства и лаборатории, включая AFRL, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), управление перспективных исследований министерства обороны США (DARPA) и министерство ВВС США. Финансирование программ и проектов по созданию ГЛА осуществляется преимущественно в рамках программных элементов (ПЭ) шестой, главной программы Пентагона.
Анализ ПЭ показывает, что наиболее распространенными направлениями НИОКР в рассматриваемой области являются:
- разработка, моделирование, интеграция и испытание сверх- и гиперзвуковых крылатых ракет, гиперзвуковых ЛА многоразового использования, а также гиперзвуковых боевых блоков баллистических ракет;
- ускоренное развитие высокоскоростного авиационного ракетного оружия большой дальности, а также технологий системы тепловой защиты и планера ГЛА;
- изучение новых концепций гиперзвуковой аэродинамики в целях улучшения летно-технических характеристик и управляемости ГЛА, а также уменьшения их массогабаритных характеристик;
- изучение динамики газов и аэродинамики плазмы для расчета сверхзвуковых и гиперзвуковых потоков применительно к перспективному маневренному разведывательно-ударному ГЛА;
- всесторонний анализ технологий создания жаропрочных конструкций для ГЛА;
- изучение свойств и возможностей теплозащитных материалов, разработка легких и устойчивых к воздействию высоких температур металлов и покрытий для улучшения системы теплозащиты перспективных ГЛА;
- совершенствование методов обработки и производства структурно интегрированных систем теплозащиты для ГКР;
- испытание пассивных и активных методов защиты, предотвращающих нагрев конструкций высокоскоростных ЛА многократного использования;
- развитие методов диагностики состояния элементов конструкции ГЛА;
- разработка и совершенствование технологий ГПВРД на углеводородном топливе, рассчитанных на диапазон скоростей от 5 до 7 числа М;
- разработка вариантов камер сгорания для высокоскоростных воздушно-реактивных двигателей и проведение их испытаний в диапазоне скоростей от 3,5 до 7 числа М;
- исследование методов и разработка устройств стабилизации процесса горения углеводородного топлива в камере сгорания ГПВРД;
- разработка различных вариантов двигателей комбинированного цикла для многоразовых ГЛА;
- отработка и проведение комплексных испытаний углеводородного ГПВРД и его топливной системы на скоростях до 7М;
- ускоренная разработка и проведение наземных и летных испытаний интегрированных подсистем ГПВРД: топливной системы и элементов управления двигательной установкой (ДУ), включая систему запуска ДУ в режиме сверхзвукового горения топлива;
- оценка и проведение испытаний улучшенных и специальных видов углеводородного топлива, а также альтернативного топлива для высокоскоростных ВРД;
- оценка и проведение испытаний элементов топливной системы двигателей комбинированного цикла, прямоточных и гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей;
- исследования и разработка боевых частей (БЧ) для гиперзвуковых УР с целью эффективного поражения высокозащищенных (заглубленных) целей;
- развитие технологий и систем управления гиперзвуковыми ЛА.
Фундаментальные, прикладные и технологические работы по этим направлениям предусмотрены в рамках следующих программных элементов ВВС США:
- 0601102F "Военно-научные исследования" (Defense Research Sciences), проект 613002 "Воздушно-космическое пространство, химия и материалы" (Aerospace, Chemical and Material Sciences);
- 0602102F "Материалы" (Materials), проект 624347 "Материалы для конструкций ЛА, силовых установок и оборудования" (Materials for Structures, Propulsion and Subsystems);
- 060220IF "Технологии аэрокосмических аппаратов" (Aerospace Vehicle Technologies), проект 622405 "Технологии высокоскоростных систем" (High Speed Systems Technology);
- 0602203F "Аэрокосмические двигательные установки" (Aerospace Propulsion), проект 623012 "Технологии перспективных двигательных установок" (Advanced Propulsion Technology);
- 060321 IF "Разработка и демонстрация аэрокосмических технологий" (Aerospace Technology Dev/Demo), проекты 634926 "Интеграция и демонстрация высокоскоростных и гиперзвуковых технологий" (High Speed/ Hypersonic Intgr and Demo) и 634927 "Системы управления полетом ЛА" (Flight Systems Control);
- 0603216F "Технологии двигательных и энергетических установок аэрокосмических аппаратов" (Aerospace Propulsion and Power Technology), проекты 632480 "Топлива для летательных аппаратов" (Aerospace Fuels) и 635098 "Перспективные аэрокосмические двигательные установки" (Advanced Aerospace Propulsion).
В соответствии с докладом "Гиперзвуковое оружие и национальная безопасность США: прорыв XXI века" (далее - отчет) американских экспертов Института космических исследований имени Митчелла и бывшего главы AFRL достижение успеха в разработке и создании гиперзвуковых систем вооружения зависит от следующих пяти факторов:
- понимания руководством США потенциальных возможностей будущих ГЗСВ для национальной безопасности государства, а также устойчивого финансирования исследований и разработок на базе сформированного к настоящему времени научно-технического задела в данной области;
- разработка и утверждение единой стратегии развития ГЗСВ на основании проведенного анализа требований к перспективным гиперзвуковым системам;
- степени готовности профильных технологий для их использования при разработке и внедрении в производство перспективных образцов ГЗСВ;
- наличия определенного вида ресурсов и строительства необходимой испытательной инфраструктуры;
- обучения, развития и поддержки высококвалифицированных специалистов в области гиперзвуковых технологий.
В отчете отмечается, что программы по разработке ГЛА Х-30, Х-33 и серии ГЛА HTV (Hypersonic Technology Vehicle) оказались слишком амбициозными, рискованными в плане технического исполнения (зачастую гиперзвуковые летательные аппараты по указанным проектам были созданы в "железе", однако из-за конструктивно-технических недостатков их летные испытания оказались неудачными) и чрезмерно дорогими (например, затраты на разработку Х-33 по программе "Венчур стар" (VentureStar) составили более 1,7 млрд долларов в сегодняшних ценах).
Кроме того, для реализации этих планов требуются устойчивые к воздействию высоких температур материалы: никелевые сплавы и композиты на основе графита и керамики. Так, в 2010-2011 годах вследствие гиперзвукового аэротермодинамического нагрева обшивки и ошибок в проектировании системы теплозащиты во время летных испытаний были потеряны два ГЛА HTV-2, разработанных DARPA.
В то же время достигнут ряд положительных результатов в последующих программах - Нурег-Х, HyFly (Hypersonic Flight Demonstration) и SED-WR (Scramjet Engine Demonstrator-Wave Rider). В частности, по итогам пятилетних летных испытаний ГКР Х-51А, разработанной и созданной по программе SED-WR (всего было изготовлено четыре опытных образца: первое летное испытание состоялось 26 мая 2010 года, четвертое - 1 мая 2013-го), руководство ВВС США признало последнюю успешно реализованной.
Таким образом, в стране разработаны как минимум рабочий экспериментальный образец гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя для авиационной ГКР и устойчивая система ее теплозащиты. Вместе с тем согласно проекту на Х-51А не предполагалось устанавливать систему управления (наведения) и боевую часть. В частности, научно-технические проблемы управления гиперзвуковой крылатой ракетой, летящей в облаке высокотемпературной плазмы*, генерируемой в ударном слое в условиях гиперзвукового полета ракеты, до сих пор остаются нерешенными.
В итоге обеспечение устойчивой работы электроники ракеты, летящей на гиперзвуковой скорости, является одной из самых сложных задач. Очевидно, имеющиеся в настоящее время научно-технические проблемы разработки, создания и развития подсистем перспективной ГКР американские специалисты будут решать в ходе реализации следующих программ.
Наиболее вероятно, часть задач будет выполнена в рамках утвержденной в 2014 году программы HSSW (High Speed Strike Weapon). Данный документ предполагает создание и испытание высокоскоростного (гиперзвукового) ударного оружия в период до 2020 года. Среди основных требований, предъявляемых руководством ВВС США к такому оружию:
- достижение высоких чисел М (6-10);
- дальность пуска гиперзвуковой ракеты более 1 000 км;
- точность поражения КВО < 5 м;
- по стоимости не должно превышать дозвуковое более чем в 2 раза;
- возможность оснащения гиперзвуковой ракеты различными видами БЧ (проникающего, осколочно-фугасного или кассетного типа);
- создание к 2020 году опытного образца шестого уровня технологической готовности.
Программа HSSW, разработанная министерством ВВС США, реализуется совместно НИЛ ВВС и DARPA. Основными подрядчиками работ по ней являются компании "Локхид-Мартин" и "Рейтеон".
Согласно заявлениям AFRL, продолжением этой программы являются две основополагающие в настоящее время концепции (подпрограммы):
- Концепция HAWC (Hypersonic Air-breathing Weapon Concept), которая предусматривает создание гиперзвукового оружия (авиационной ракеты) с воздушно-реактивным двигателем, предназначенного для поражения высокозащищенных и критичных по времени целей. Боевая часть, разрабатываемая для такой гиперзвуковой ракеты, должна иметь массу около 76 кг, то есть быть примерно сопоставимой с малогабаритной управляемой авиационной бомбой GBU-39 SDB (Small Diameter Bomb). Концепция HAWC рассчитана на реализацию в период с 2014 по 2019 год.
- Концепция TBG (Tactical Boost Glide), предусматривающая разработку и испытание гиперзвуковых боевых ЛА планирующего типа (планирующих гиперзвуковых боевых блоков), оснащенных твердотопливным ракетным ускорителем. Такой ЛА представляет собой БЧ, которая после отделения от ускорителя способна планировать на скорости до 10 числа М и более. По сути, концепция TBG является развитием совместно реализуемой ВВС США и DARPA программы "Фалкон" по разработке серии ГЛА HTV-1 и HTV-2 в период с 2003 по 2014 год (последние летные испытания второго аппарата были проведены во второй половине 2011-го). Концепция TBG рассчитана на период с 2014 по 2020 год включительно.
Осенью 2016 года DARPA заключило с компанией "Локхид-Мартин" два контракта: один на сумму 171,2 млн долларов по программе HAWC и другой, на 147,3 млн по программе TBG. Кроме того, компании "Рейтеон" выделено 174,7 млн долларов по программе HAWC.
По мнению официальных лиц ВВС США, в настоящее время только у пяти американских компаний ("Боинг", "Локхид-Мартин", "Нортроп-Грум-ман", "Рейтеон миссайл системз" и "Орбитал АТК") имеется необходимый научно-технический задел для разработки и создания высокотехнологичных гиперзвуковых систем вооружения в рамках существующих концепций.
Следует обратить внимание еще на одну концепцию, которая не является явным развитием программы HSSW, однако учитывает технологии создания ГЛА многоразового использования, - REACH (REusable Aircraft Concept for Hypersonics). В рамках этой концепции предполагается разработка, создание и испытание опытного образца гиперзвукового летательного аппарата многоразового использования. Американскими специалистами отмечается, что одной из основных технологических проблем данного направления является разработка, создание и испытание средних гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей (так, ГПВРД малого размера в ближней перспективе будут оснащаться гиперзвуковые крылатые ракеты, а среднего и большого - многоразовые многоцелевые ГЛА).
В НИЛ ВВС всесторонне изучают возможности создания комбинированной силовой установки для многоразовых ГЛА, в частности варианты интеграции ГПВРД с турбореактивными двухконтурными двигателями с форсажной камерой сгорания (ТРДДФ) и/или ракетными двигателями. Главная цель - создать в долгосрочной перспективе многоразовый разведывательно-ударный ГЛА (Reusable Hypersonic StrikMSR Aircraft).
Примером реализации концепции REACH является начатая в 2013 году управлением перспективных исследований министерства обороны США программа XS-1 (Experimental Spaceplane) по разработке многоразового беспилотного ГЛА для запуска малоразмерных спутников на низкую орбиту, который также будет использоваться в качестве испытательной гиперзвуковой исследовательской лаборатории.
Согласно тактико-техническим требованиям DARPA многоразовый беспилотный ГЛА XS-1 должен представлять собой гибрид самолета и традиционной ракеты вертикального взлета (hybrid between an airplane and a traditional vertical rocket). Предполагается, что принцип действия такого аппарата будет следующий. После вертикального старта (ракетный запуск с подъемной пусковой установки) и высокоскоростного (не менее 10 числа М) выхода на околоземную орбиту от ГЛА отстыковывается небольшая ракета-носитель (РН) с полезной нагрузкой - малоразмерным спутником военного назначения массой до 1 360 кг. В то время как РН будет выводить спутник на заданную орбиту, ГЛА должен вернуться на аэродром базирования и совершить горизонтальную посадку на обычную взлетно-посадочную полосу (по-самолетному).
По замыслу руководства DARPA, время подготовки к очередному полету такого ГЛА не должно превышать нескольких часов. Столь жесткое временное требование имеет целью в случае боевых действий оперативно вывести на заданные орбиты необходимую группировку военных спутников. Кроме того, программа XS-1 нацелена на снижение стоимости запуска спутников.
К настоящему времени быстрый и относительно недорогой доступ в космическое пространство становится все более приоритетным для национальной безопасности США.
Командование американских ВВС стремится отказаться от использования российских ракетных двигателей РД-180 для запуска своих ИСЗ. К тому же задействование тяжелых ракет в этих целях является трудоемким и затратным мероприятием (от 10 до 100 млн долларов за один запуск). Стоимость одного запуска ГЛА XS-1 не должна превышать 5 млн долларов. Более того, содержание инфраструктуры, необходимой для обеспечения традиционных запусков спутников, требует значительных средств. Планируется, что в ходе реализации программы XS-1 благодаря высокому уровню автономности разрабатываемого многоразового аппарата потребуются минимальные инфраструктура и обслуживающий наземный персонал.
Программа XS-1 включает три этапа. Первый этап (уже завершен) предполал проведение конкурса по разработке облика будущего ГЛА и выбор победителя. В результате основным подрядчиком работ по программе XS-1 была выбрана компания "Боинг" со своей концепцией многоразового ГЛА, получившего обозначение "Фантом Экспресс" (Phantom Express).
Двумя другими участниками конкурса по программе XS-1 были компании "Нортроп-Грумман" и "Маетен спейс системз".
Второй этап (текущий, рассчитан до 2019 года включительно) связан с отработкой гиперзвуковых технологий и технологий производства, созданием основных элементов, агрегатов и узлов многоразового ГЛА и проведением его наземных испытаний. В конструкции этого аппарата намечается использовать легкие и дешевые композиционные материалы в сочетании с улучшенной системой тепловой защиты. Ожидается, что ГЛА "Фантом Экспресс" будет оснащен ракетным двигателем AR-22 компании "Аэроджет рокетдайн" в комбинации с одноразовой разгонной ступенью.
Третий этап (начиная с 2020 года) предполагает проведение 12-15 летных испытаний созданного ГЛА. Основная цель - подтвердить возможность выполнения 10 полетов за 10 дней (по одному в день). Первое испытание не предусматривает наличия на борту ГЛА полезной нагрузки, а в ходе всех последующих планируется выводить на низкую околоземную орбиту от 400 до 1 360 кг ПН.
Несмотря на продолжающуюся реализацию программы XS-1, руководством министерства ВВС США в 2016 году начаты НИОКР по созданию испытательного образца гиперзвукового летательного аппарата в рамках проекта HyRAX (Hypersonic Routine and Affordable Flight experimentation). Основные требования к нему во многом совпадают с предъявляемыми программой XS-1: многоразовость использования, способность доставки различных типов полезной нагрузки и относительная дешевизна.
Разница в том, что в рамках проекта HyRAX планируется создать три экспериментальных ГЛА и на каждом из них провести не менее 200 летных проверок. Такой объем испытаний предполагает наличие необходимого количества расходных материалов, запасных частей и узлов разрабатываемого ГЛА.
Общее руководство проектом HyRAX и разработкой планов по созданию испытательного аппарата осуществляет научно-исследовательская лаборатория ВВС США. На первом этапе проекта она намерена заключить по меньшей мере два контракта с американскими компаниями на разработку облика летательного аппарата, который был бы способен совершать длительные полеты с гиперзвуковой скоростью. Второй этап предусматривает непосредственно конструирование, сборку, создание и тестирование систем ГЛА, а третий - проведение его летных испытаний. Предполагается, что не позднее 2020 года работы по проекту HyRAX перейдут в стадию практических испытаний.
В целом специалистами НИЛ ВВС обозначены планы по проведению летных испытаний ГЛА HyRAX с различными типами полезной нагрузки, оценке эффективности используемого типа топлива для обеспечения гиперзвуковых скоростей, проверке системы теплозащиты и механической устойчивости аппарата на гиперзвуковых скоростях, функционирования комплекса датчиков и системы управления, а также ряда других подсистем ГЛА. Благодаря реализации проекта HyRAX специалисты ВВС США рассчитывают получить необходимые данные для успешного проектирования и создания перспективных многоразовых ГЛА в будущем.
В ходе разработки гиперзвукового оружия ВВС США пытаются добиться унификации с СВ и ВМС по интеллектуальной составляющей, поскольку они хотели бы получить наилучшие технологии, но с разумной экономией средств.
Как сообщила на сенатской комиссии 17 мая 2018 года министр ВВС США Хизер Уилсон, недавно выданный компании "Локхид-Мартин" контракт на создание опытного образца такого оружия предполагает совместные усилия с СВ и ВМС. Она заявила, что военно-воздушные силы интегрируют разработанную армией головную часть на свой ускоритель и проведут запуски с собственного самолета.
Уилсон сообщила сенатскому комитету по оборонным бюджетным ассигнованиям, что головная часть разработки СВ первоначально предназначалась для ВМС, но военно-морские силы потратили бы несколько лет на определение ее диаметра. По ее словам, ВВС США не будут этого делать. Они выдали 18 апреля контракт компании "Локхид-Мартин" потенциальной стоимостью 928 млн долларов на разработку обычного гиперзвукового оружия. Сделкой предусматривается проектирование, разработка, инженерно-техническое обеспечение, интеграция, испытания, планирование логистики и поддержка интеграции на самолет всех элементов обычного гиперзвукового оружия воздушного базирования, запускаемого вне действия ПВО противника.
Таким образам, анализ НИОКР и программ в области развития гиперзвуковых технологий показывает, что после 2020 года руководство ВВС и министерства обороны США отдает предпочтение одной из концепций дальнейшего развития гиперзвуковых авиационных систем вооружения: разработке, созданию и принятию на вооружение либо гиперзвуковых крылатых ракет, либо гиперзвуковых боевых ЛА планирующего типа, оснащенных твердотопливным ракетным ускорителем. Очевидно, выбор концепции будет зависеть от уровня накопленного научно-технологического задела, степени технологической готовности перспективных подсистем типа ГЗСВ и доли успешно проведенных испытаний в рамках соответствующих проектов и программ.
Помимо вышеуказанных работ научно-исследовательская лаборатория ВВС США и DARPA проводят НИОКР по созданию беспилотного ГЛА многоразового использования (в рамках проекта HyRAX и программы XS-1 Experimental Spaceplane). На начальных этапах такой аппарат будет использоваться в качестве относительно дешевого средства выведения спутников двойного назначения на низкие околоземные орбиты, а также испытательной гиперзвуковой исследовательской лаборатории.
Наиболее вероятно, что в 2020-е годы в Соединенных Штатах в полном объеме будут отработаны технологии создания и развития гиперзвуковых авиационных ракет средней дальности, в 2030-е - более мощных ГКР большой дальности, а в 2040-е может появиться многоразовый разведывательно-ударный ГЛА (Reusable Hypersonic Strike/ISR Aircraft).
Руководство Пентагона призвало специалистов к повышению активности в области гиперзвуковых технологий с целью сдерживания усилий Китая и России в этом направлении. Согласно стратегии национальной обороны США, опубликованной в начале 2018 года, гиперзвук наряду с такими новыми технологиями, как перспективные средства вычислительной техники, аналитическая обработка большого объема данных, искусственный интеллект, автономные системы, робототехника, направленная энергия и биотехнология, гарантируют, что Соединенные Штаты Америки смогут вести эффективную борьбу и побеждать в боевых действиях будущего, отмечают американские эксперты.
* Так, если частота управляющих радиосигналов близка к частотам плазмы (концентрация электронов в плазменном образовании является "критической") или меньше нее, наблюдается частичное либо полное отражение радиоволн от ионизированного слоя.
Е. Кондратюк Зарубежное военное обозрение. 2018, №7
Оценили 0 человек
0 кармы