Покорение гиперзвука

Покорение гиперзвука

Для начала договоримся о терминах. Определений понятия «гиперзвуковой летательный аппарат» существует множество. Каждый желающий может выбрать то, что ему по вкусу. Мне более всего импонирует следующее: «Гиперзвуковой летательный аппарат — это аппарат, совершающий полёт в атмосфере со скоростью, в 5 раз превышающей число Маха с использованием энергии работающего двигателя».

Скорость, в 5 раз превышающая скорость звука, принята во всех справочниках.

Полёт должен проходить в атмосфере, а не в космосе, ибо в космосе нет среды для распространения звуковых волн, следовательно, нет и звука. Гиперзвук есть в атмосфере, в космосе есть 1-я, 2-я и 3-я космические скорости.

Наличие работающего двигателя необходимо для того, чтобы полёт проходил в течение сколько-нибудь продолжительного времени, ибо сопротивление воздуха будет столь велико, что гиперзвуковой полёт по инерции продлится лишь несколько секунд, и скорость снизится до сверхзвуковой.

В 1951 году на вооружение в СССР была принята баллистическая ракета С.П. Королёва Р-2. Королёв впервые в мире применил отделяемую в полёте головную часть, которая достигла скорости порядка 2 км/с. С этой гиперзвуковой скоростью неуправляемая боеголовка, повинуясь силе инерции, входила в атмосферу Земли из космоса и через несколько секунд полёта в атмосфере приземлялась.

С 1960 года проектом стратегического гиперзвукового ударного воздушно-космического самолёта М-19 занимался В.М. Мясищев. Самолёт должен был иметь скорость полёта 6 М, дальность 10000 км, высоту полёта при маневрировании от 30 до 80 км. Предполагалось, что он будет иметь теплозащитное покрытие на основе углеродных волокон, карбида кремния и плавленого кварца, а также атомный или гиперзвуковой воздушно-реактивный двигатель. Интересно заметить, что В.М. Мясищев и академик В.В. Струминский были в ссоре. Но Струминский был так восхищён этим проектом, что принял в нём непосредственное участие. Однако М-19 не вышел за рамки проекта.

В 1967 году на вооружение была принята ракета П.Д. Грушина 5В28 для зенитного ракетного комплекса С-200 «Ангара». Ракета имела маршевую скорость 4 М. Атакуя самолёт противника, она пикировала к Земле с большой высоты, разгоняясь до скорости 6,5 М. Это был кратковременный управляемый гиперзвуковой полёт в атмосфере.

Начиная с 1974 года в МКБ «Радуга» под руководством А.Я. Березняка был создан целый ряд авиационных ракет класса «воздух — поверхность». Обладая маршевой скоростью полёта 4 М, все они могли разгоняться до гиперзвука со снижением в атмосфере. Ракеты Х-22, Х-45 и Х-15 предназначались для борьбы как с сухопутными, так и с морскими целями. Полёт на гиперзвуковой скорости был кратковременным, проходил после завершения работы маршевого двигателя.

Для создания полноценного гиперзвукового летательного аппарата, способного совершать относительно длительный полёт в атмосфере с маневрированием, требовалось решить три архисложные задачи.

Первая задача: использование традиционного алюминия исключалось, так как на гиперзвуковой скорости этот металл нагревался и превращался в тесто для пельменей. Требовался специальный теплозащитный материал.

Вторая задача: необходимо было создать наиболее приспособленный для работы на сверхбольших скоростях гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД).

Третья задача: главной целью боевого гиперзвукового летательного аппарата считается авианосец. Авианосец — это движущаяся, маневрирующая цель. Для попадания в него необходимо было создать сложнейшую систему целеуказания и наведения.

Прямоточными ВРД в нашей стране занимались два выдающихся конструктора — М.М. Бондарюк и И.Б. Леванов. Автору статьи посчастливилось быть знакомым с Левановым. После его выхода на пенсию мы часто встречались в его квартире в Москве, на Михалковской улице, где в начале 2000-х годов я впервые услышал увлекательные рассказы о покорении гиперзвука. Леванов говорил так:

«Гиперзвуковая скорость полёта — это стихия прямоточного двигателя. Там, где другие двигатели задыхаются, он дышит легко и свободно. Есть лишь две проблемы: сначала его трудно разогнать, а затем трудно затормозить. Разгоняется «прямоточка» неохотно, при этом ракета нагревается так, что может начисто сгореть. А разогнавшись до огромной скорости, может запросто проскочить мимо цели.

Когда после дальнобойных ракет мы приступили к двигателям зенитных ракет, возникли две новые проблемы. При наведении на цель зенитная ракета маневрирует. Прямоточный двигатель не терпит маневрирования и глохнет. После этого появляется вторая проблема. Прямоточный двигатель не выносит многократных включений. Его легко запустить на сверхзвуковой скорости. Но, заглохнув на гиперзвуковой скорости, он ни за что не станет «заводиться». А совершив маневрирование, боеголовка должна обязательно попасть в цель. Иначе она никому не нужна.

Теперь представьте ракету, летящую на гиперзвуковой скорости на огромной высоте над безбрежным Мировым океаном. В этом океане есть микроскопическая песчинка — американский авианосец. В эту песчинку необходимо непременно попасть. Над решением всех этих задач конструкторы и ломают головы».

Как потопить авианосец?

Экспериментальные исследования в области прямоточных двигателей начались в СССР в 1930-е годы под руководством Ю.А. Победоносцева. В 1940 году М.М. Бондарюк организовал в составе НИИ Гражданского воздушного флота группу для создания первых ПВРД. После войны Бондарюк образовал ОКБ-3, где было создано несколько небольших авиационных двигателей. Позже ОКБ-3 было преобразовано в ОКБ-670 Минавиапрома.

Работами заинтересовались С.П. Королёв, С.А. Лавочкин и В.М. Мясищев. Королёв решил установить двигатель на свою экспериментальную крылатую ракету, Лавочкин и Мясищев — на межконтинентальные крылатые ракеты «Буря» и «Буран», которые были рассчитаны на длительные полёты в атмосфере со скоростью, в три раза превышающей скорость звука. Огромный двигатель Бондарюка во время испытаний потреблял 200 кг воздуха в секунду, и не нашлось газгольдеров, способных обеспечить его воздухом.

Разработка стратегических крылатых ракет была остановлена, так как в серию пошла баллистическая ракета Р-7 Королёва. Первым принятым на вооружение и запущенным в производство прямоточным двигателем стал двигатель 3Ц4, разработанный для зенитной ракеты Л.В. Люльева комплекса «Круг». Это был успех. В дальнейшем под руководством Леванова были созданы серийные двигатели противокорабельных ракет «Москит» и «Гранит».

Развитие военных флотов мира — это непрерывное движение от египетских галер к американским авианосцам. Гребные галеры со штурмовыми отрядами отчаянных солдат сменили парусные корабли с примитивными пушками под верхней палубой. На смену парусным кораблям пришли пароходы. Освободившись от мачт, парусов и канатов, верхние палубы пароходов получили дальнобойные пушки крупного калибра. Эти пушки разносили в щепы любые деревянные корабли, и на смену деревянным пришли сначала корабли стальные, а затем — броненосные. После появления мощных баллиститных порохов и нарезных орудий, пробивавших любую броню, стало ясно, что век броненосцев закончился. Первыми к этому выводу пришли англичане, которые изобрели дредноуты (от англ. dreadnought — бесстрашный, название первого корабля в этом классе. — Ред.). Их защитой стала не броня, а сверхмощное вооружение и герметичные отсеки корабля.

Неказистое название «дредноут» во многих языках мира не прижилось и новые корабли стали называть линкорами. Сверхмощное вооружение линкоров привело некоторых специалистов к выводу об их неуязвимости. Однако эти выводы потерпели крах 7 декабря 1941 года. В этот день самолёты Японии полностью уничтожили американскую военно-морскую группировку на базе Пёрл-Харбор, потопив в числе прочих кораблей 4 линкора. Позже американцы нанесли сокрушительный ответный удар по японскому флоту, используя самолёты, взлетающие с палуб авианосцев. Несмотря на сильную противовоздушную защиту, самолётами США был потоплен самый большой в мире японский линкор «Ямато». Авианосец стал главным кораблём флота.

После войны на вооружение США поступили авианосцы с палубными самолётами, имевшими радиус действия до 500 км. Стало ясно, что ближе к авианосцу не подойти, а значит, необходимы корабельные ракеты с дальностью действия не менее 550 км.

Разработка таких ракет началась в ОКБ В.Н. Челомея. Сразу возник вопрос: как навести ракету на цель, если этой цели не видит ни один корабельный радиолокатор? Кривизна земной поверхности не позволяет этого сделать. Возникли два предложения: о разработке системы морской космической разведки и целеуказания МКРЦ и о разработке системы морской авиационной разведки МРСЦ.

Военные моряки от самолётной системы сразу отказались. Её дальность недостаточна, время действия самолётов невелико, до многих районов Мирового океана они вообще не долетят. Нужна космическая система.

Однако космическая система оказалась неимоверно сложной. Поэтому для разведки и целеуказания были задействованы самолёты Ту-95РЦ. В 1966 году система МРСЦ «Успех» с самолётами Ту-95РЦ и ракетами П-500 «Базальт» была принята на вооружение. Но, несмотря на все усилия конструкторов, прицельная стрельба на дальность более 250 км так и не получилась.

Несколько лет спустя конструкторам космической системы удалось справиться со сложнейшими проблемами. 14 ноября 1978 года система МКРЦ «Легенда» в составе тяжёлого авианесущего крейсера «Киев» с ракетами П-500 «Базальт», с космическими аппаратами УС-А и УС-П была принята на вооружение.

Первые советские авианосцы «Киев», «Минск» и «Новороссийск» имели на борту по 8 ракет «Базальт». Стрельба велась двумя залпами по 4 ракеты, так как всеми ракетами одновременно система наведения управлять не могла. Этого боекомплекта оказалось недостаточно.

Новый авианосец «Баку» получил 12 ракет. Но и этого оказалось недостаточно для гарантированного поражения вражеского авианосца. В 1982 году новейшие ракетные крейсеры типа «Слава» получили по 16 ракетных пусковых установок. Но и этого было мало. Авианосец по-прежнему представлял неуязвимую цель, способную контролировать любые районы Мирового океана.

Ракета «Базальт» имела маршевый турбореактивный двигатель. Её скорость в два с половиной раза превышала скорость звука. Для преодоления создаваемой в США системы противоракетной обороны этой скорости оказалось недостаточно. В ОКБ Челомея началась разработка новой крылатой противокорабельной ракеты «Гранит». Её оснастили сверхзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Ракета имела скорость полёта 4 М и большую часть времени летела на малой высоте, оставаясь невидимой для радаров кораблей противника. Для своего времени это была самая совершенная противокорабельная сверхзвуковая ракета в мире.

Тяжёлый атомный ракетный крейсер проекта «Орлан» (например, «Пётр Великий») имел на борту 20 пусковых установок ракет «Гранит». Атомная подводная лодка проекта «Антей» имела на борту 24 пусковые установки. Интересно заметить, что вся эта сокрушительная мощь предназначалась для уничтожения одного-единственного авианосца США. Для борьбы с главной силой американского военно-морского флота — авианосными ударными группировками (АУГ) — СССР имел на вооружении 4 тяжёлых атомных крейсера, 12 атомных подводных лодок проектов «Гранит» и «Антей», а также другие корабли и подводные лодки.

Русские ракеты просто неотразимы!

С началом разработки в США нового палубного самолёта Ф-18 «Супер Хорнет», имеющего боевой радиус с подвесными топливными баками до 1000 км, а также новой серии авианосцев типа «Джеральд Форд», на борту которых могли разместиться до 90 самолётов, понадобилась ракета с дальностью стрельбы не менее 1000 км. Сверхзвуковая скорость полёта уже не годилась. Новой ракете нужна была гиперзвуковая скорость.

В 1980-е годы американцы приступили к размещению на кораблях системы морской противоракетной обороны «Иджис». Она предназначалась для совместной работы с общей системой управления морской противоракетной обороной БИУС. Сверхзвуковая ракета, чьё время полёта на максимальную дальность достигало 15 минут, преодолеть систему Иджис-БИУС не могла. Система её обнаруживала, вычисляла координаты и сбивала. Справиться с системой могла гиперзвуковая ракета дальнего действия.

Теперь вспомним о проблеме, волновавшей Леванова 20 лет тому назад: как попасть в цель, если у ракеты нет тормозов? Закономерность стрельбы неумолима: самую высокую точность попадания имеют дозвуковые ракеты, точность попадания сверхзвуковых ракет гораздо ниже, гиперзвуковые ракеты как разгонятся, так вообще норовят улететь «в молоко».

Дальнобойные ракеты, предназначенные для стрельбы по неподвижным целям, называются баллистическими. Если известны точные координаты места старта ракеты и места падения её головной части, то, рассчитав максимальную скорость полёта ракеты и угол стрельбы, можно с уверенностью попасть в цель, ибо ракеты будут всегда летать по заранее рассчитанной баллистической траектории. Но стрельба баллистическими ракетами по подвижным целям невозможна, так как местонахождение цели в момент встречи с ракетой неизвестно.

Авианосец не будет стоять на месте и ждать, когда его уничтожат. Он постоянно в движении. Для поражения подвижных целей нужны крылатые ракеты, способные маневрировать. Во время полёта к находящейся на большой дальности движущейся цели ракета получает целеуказание от космического спутника, о чём мы уже рассказали. Но на конечном участке ракета должна захватить цель с помощью собственного бортового радиолокатора и поразить её. Вот тут и возникают проблемы.

На первом этапе разработки справиться со сложнейшим бортовым радиолокатором и управляющей им бортовой электронной вычислительной машиной, способными выдержать огромные перегрузки высокой скорости, не удалось. В 1975 году главный конструктор В.П. Макеев передал флоту баллистическую ракету Р-27К, оснащённую системой пассивного самонаведения. Пассивная система радара не имела. Она наводила ракету на радиолокационные сигналы кораблей противника, а маневрирующая боеголовка оснащалась двигателем многократного включения. Военных моряков ракета не устроила. Этими ракетами была оснащена единственная подводная лодка проекта 605.

Во время испытаний одной из первых достигших гиперзвука ракет — ракеты Грушина 5В28 системы С-200 с бортовым радиолокатором — возникла проблема. При достижении гиперзвуковой скорости наведение на цель срывалось, ракета «не видела» мишень и улетала в неизвестном направлении. Разобравшись, конструкторы поняли, что радиопрозрачный обтекатель головки самонаведения нагревается так сильно, что плавится и становится «нерадиопрозрачным». Потребовались новые материалы, электронные компоненты, способные выдержать перегрузки, и многое другое. На выполнение сложнейшей работы ушли десятилетия.

В один прекрасный момент автор этих строк заметил, что статьи о гиперзвуке исчезли со страниц печатных изданий и других средств массовой информации. Разумеется, не все. Исчезли статьи специалистов — учёных и конструкторов. Вскоре появились информационные сообщения о начале разработки боевой гиперзвуковой крылатой ракеты. И всё стало ясно. Российским конструкторам удалось справиться со сложнейшими проблемами. Гиперзвуковая ракета получается.

Появились сообщения об успешных испытаниях гиперзвуковой ракеты с наземной пусковой установки, затем — с морской платформы, потом — сообщения о первых пусках с корабля по береговой цели, о первых пусках с подводной лодки, о первых залповых пусках, наконец, о первых успешных пусках с корабля по морской цели.

Не очень хорошо, что тему засекретили. Не все поймут, сколь велика победа. Но очень хорошо, что ракета летает. Сейчас её уже не остановишь!

Михаил ПЕРВОВ, академик Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского

Источник: «Правда»

Читайте также

Моногорода приговорили к медленной смерти — кому это выгодно? Моногорода приговорили к медленной смерти — кому это выгодно?
«Фонд развития моногородов» (ФРМ) будет ликвидирован уже в начале осени 2022 года. Финансирование программ развития этих населённых пунктов уже уменьшили, скоро оно и вовсе прекратится. Меж...
8 Августа 2022
Советской закалки боец Советской закалки боец
Пусть годы мелькают, «как в степи поезда», пусть «серые дни друг на друга похожи», но есть люди на белом свете, которых и годы не берут и любой серый день могут превратить в сказочный. В их сердце всю...
8 Августа 2022
Бродский и «крупица русского чувства» Бродский и «крупица русского чувства»
Проблема «личности в истории» – была, есть и будет одной из самых актуальных, и ей есть причина. Это – возрастание роли личностного начала в повседневной деятельности, и (как итог) – её ускорение....
8 Августа 2022