Почетный генеральный директор и почетный генеральный конструктор ОАО «ВПК НПО машиностроения», профессор МГТУ имени Баумана — о создании и развитии гиперзвуковых летательных аппаратов.
Создание и разработка боевых гиперзвуковых летательных аппаратов — это один из самых больших секретов не только в России, но и в США, Китае и других странах мира. Сведения о них относятся к категории «совершенно секретно» — top secret. В эксклюзивном интервью «Известиям» легендарный конструктор ракетной и космической техники Герберт Ефремов, посвятивший более 30 лет созданию гиперзвуковой техники, рассказал, что такое гиперзвуковые аппараты и с какими сложностями приходится сталкиваться при их разработке.
— Герберт Александрович, сейчас много говорят о создании гиперзвуковых летательных аппаратов, но большая часть информации о них закрыта для широкой общественности...
— Начнем с того, что изделия, развивающие гиперзвуковую скорость, созданы уже давно. К примеру, это обычные головки межконтинентальных баллистических ракет. Входя в атмосферу Земли, они развивают гиперзвуковую скорость. Но они неуправляемые и летят по определенной траектории. И их перехваты средствами противоракетной обороны (ПРО) продемонстрированы не раз.
Еще как пример я приведу нашу стратегическую крылатую ракету «Метеорит», которая когда-то летела с сумасшедшей скоростью 3 Маха — около 1000 м/с. Буквально на грани гиперзвука (гиперзвуковые скорости начинаются с 4,5 Маха. — «Известия»). Но главная задача современных гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЗЛА) не просто быстро прилететь куда-то, а выполнить боевую задачу с высокой эффективностью в условиях сильного противодействия противника. Например, у американцев одних эсминцев типа «Арли Берк» с противоракетами 65 штук в море. А еще есть 22 противоракетных крейсера типа «Тикондерога», 11 авианосцев — на каждом из которых базируется до сотни летательных аппаратов, способных создать практически непробиваемую систему противоракетной обороны.
— Вы хотите сказать, что скорость сама по себе ничего не решает?
— Грубо говоря, гиперзвуковая скорость — это 2 км/с. Чтобы преодолеть 30 км, надо лететь 15 секунд. На конечном же участке траектории, когда гиперзвуковой летательный аппарат приближается к объекту поражения, обязательно будут развернуты средства противоракетной и противовоздушной обороны противника, которые ГЗЛА обнаружат. А чтобы изготовиться современным системам ПВО и ПРО, если они развернуты на позициях, требуются считаные секунды. Поэтому для эффективного боевого применения ГЗЛА одной скоростью не обойдешься никак, если ты не обеспечил радиоэлектронную незаметность и непоражаемость для систем ПВО/ПРО на конечном участке полета. Здесь будет играть роль и скорость, и возможности радиотехнической защиты аппарата собственными станциями радиотехнических помех. Всё в комплексе.
— Вы говорите, что должна быть не только скорость — изделие должно быть управляемым, чтобы достигнуть цели. Расскажите о возможности управления аппаратом в гиперзвуковом потоке.
— Все гиперзвуковые аппараты летят в плазме. И боевые ядерные головки летят в плазме, и всё, что вышло за скорости 4 Маха, тем более 6. Вокруг образуется ионизированное облако, а не просто поток с завихрениями: молекулы разбиты еще на заряженные частицы. Ионизация влияет на связь, на прохождение радиоволн. Нужно, чтобы системы управления и навигации ГЗЛА на этих скоростях полета пробивали эту плазму.
На «Метеорите» мы должны были обязательно видеть земную поверхность радиолокатором. Навигацию обеспечивали сравнением локационных картинок с борта ракеты с заложенным в систему видеоэталоном. Иначе было невозможно. «Калибры» и прочие крылатые ракеты могут летать так: радиовысотомером сделал разведку рельефа местности — тут горка, тут река, тут долина. Но это возможно, когда летишь на высоте сотни метров. А когда поднимаешься на высоту 25 км, там никаких пригорков радиовысотомером не различишь. Поэтому мы находили на местности определенные участки, сравнивали с тем, что записано в видеоэталоне, и определяли смещение ракеты влево или вправо, вперед, назад и на сколько.
— Во многих учебниках для «чайников» гиперзвуковой полет в атмосфере сравнивается со скольжением по наждачной бумаге из-за очень высокого сопротивления. Насколько верно такое утверждение?
— Немного неточно. На гиперзвуке начинаются всякие турбулентные обтекания, завихрения и тряска аппарата. Меняются режимы теплонапряженности в зависимости от того, ламинарный (гладкий) поток на поверхности или со срывами. Трудностей очень много. Например, резко нарастает тепловая нагрузка. Если ты летишь со скоростью 3 Маха, у тебя нагрев обшивки ГЗЛА где-то 150 градусов в атмосфере в зависимости от высоты. Чем выше высота полета, тем меньше нагрев. Но при этом если ты летишь со скоростью в два раза выше, нагрев будет гораздо больший. Поэтому нужно применять новые материалы.
— А что можно привести в качестве примера таких материалов?
— Различные углеродные материалы. На ядерных боеголовках, которые стоят на межконтинентальных «сотках» (баллистические ракеты УР-100 разработки НПО машиностроения), применяются даже стеклопластики. При гиперзвуке температура — многие тысячи градусов. А сталь держит всего 1200 градусов Цельсия. Это же крохи.
Гиперзвуковые температуры уносят так называемый «жертвенный слой» (слой покрытия, который расходуется во время полета летательного аппарата. — «Известия»). Поэтому оболочка ядерных боеголовок рассчитана так, что большая ее часть будет «съедена» гиперзвуком, а внутренняя начинка сохранится. Но у ГЗЛА не может быть «жертвенного слоя». Если ты летишь на управляемом изделии, то должен сохранить аэродинамическую форму. Нельзя «затуплять» изделие, чтобы у него обгорали носок и кромки крыльев, и т.д. Это, кстати, было сделано на американских «Шаттлах», и на нашем «Буране». Там в качестве теплозащиты использовались графитовые материалы.
— Правильно ли пишут в научно-популярной литературе, что именно у гиперзвукового атмосферного аппарата конструкция должна быть как единое монолитное твердое тело?
— Не обязательно. Они могут состоять из отсеков и разных элементов.
— То есть возможна классическая схема строения ракеты?
— Конечно. Подбирай материалы, заказывай новые разработки, если надо, проверяй, отрабатывай на стендах, в полете, поправляй, если что-то получилось не так. Это еще и нужно уметь замерить сотнями телеметрических датчиков невероятной сложности.
— Какой двигатель лучше — твердотопливный или жидкостный для гиперзвукового аппарата?
— Твердотопливный здесь вообще не годится, потому что он может разогнать, но лететь долго с ним невозможно. Такие двигатели у баллистических ракет типа «Булава», «Тополь». В случае с ГЗЛА это неприемлемо. На нашей ракете «Яхонт» (противокорабельная крылатая ракета, входит в состав комплекса «Бастион». — «Известия») твердотопливный только стартовый ускоритель. Дальше она летит на жидкостном прямоточном воздушно-реактивном двигателе.
Есть попытки сделать прямоточный двигатель с внутренним содержанием твердого топлива, которое размазано по камере сгорания. Но его тоже не хватит на большие дальности.
Для жидкого топлива можно сделать бак меньше, любой формы. Один из «Метеоритов» летал с баками в крыльях. Он был испытан, потому что мы должны были добиться дальности 4–4,5 тыс. км. И летел он на воздушно-реактивном двигателе, работавшем на жидком топливе.
— А в чем отличие воздушно-реактивного двигателя от жидкостного реактивного двигателя?
— Жидкостный реактивный двигатель содержит окислитель и горючее в разных баках, которые смешиваются в камере сгорания. Воздушно-реактивный двигатель питается одним горючим: керосином, децилином или бицилином. Окислитель — набегающий кислород воздуха. Бицилин (топливо, получаемое из вакуумного газойля с применением гидрогенизационных процессов. — «Известия») как раз и был разработан по нашему заказу для «Метеорита». Это жидкое горючее имеет очень большую плотность, позволяющую делать бак меньшего объема.
— Известны фотографии гиперзвуковых летательных аппаратов именно с реактивным двигателем. Они все имеют интересную форму: не обтекаемую, а достаточно угловатую и квадратную. Почему?
— Вы, наверное, говорите о Х-90, или, как ее называют на Западе, AS-X-21 Koala (первый советский экпериментальный ГЗЛА. — «Известия»). Ну да, это неуклюжий медведь. Впереди стоят так называемые «доски», «клинья» (элементы конструкции с острыми углами, выступами. — «Известия»). Всё для того, чтобы поток воздуха, попадающий в двигатель, сделать приемлемым для сгорания и нормального горения топлива. Для этого мы создаем так называемые скачки уплотнения (резкое повышение давления, плотности, температуры газа и уменьшение его скорости при встрече сверхзвукового потока с каким-либо препятствием. — «Известия»). Скачки образуются как раз на «досках» и «клиньях» — тех элементах конструкции, которые гасят скорость воздуха.
По пути к двигателю может быть второй скачок уплотнения, третий. Весь нюанс в том, что в камеру сгорания воздух не должен заходить с той же скоростью, с которой летит ГЗЛА. Ее надо обязательно снизить. И очень даже сильно. Желательно до дозвуковых значений, для которых всё отработано, проверено и испытано. Но это именно та задача, которую создатели ГЗЛА пытаются решить и не решили за 65 лет.
Как только ты заскакиваешь за 4,5 Маха, в таком скоростном движении в двигатели очень быстро проскакивают воздушные частицы. А ты должен «свести» друг с другом распыленное топливо и окислитель — атмосферный кислород. Это взаимодействие должно быть с высокой полнотой сгорания топлива. Взаимодействие не должно срываться какими-то колебаниями, лишним дуновением внутри. Как это сделать, не придумал еще никто.
— А возможно ли создать ГЗЛА для гражданских нужд, для перевозки пассажиров и грузов?
— Возможно. На одном из парижских авиасалонов был показан самолет, разработанный французами совместно с англичанами. Турбореактивный двигатель поднимает его на высоту, а затем машина разгоняется примерно до 2 Махов. Затем открываются прямоточные воздушно-реактивные двигатели, которые выводят самолет на скорость 3,5 или 4 Маха. И дальше он летит на высоте километров 30 куда-нибудь из Нью-Йорка в Японию. Перед посадкой включается обратный режим: машина снижается, переходит на ТРД, как обычный самолет, входит в атмосферу и садится. В качестве топлива рассматривается водород, как наиболее калорийное вещество.
— В настоящее время наиболее активно разработку гиперзвуковых летательных аппаратов ведут Россия и США. Можете ли вы оценить успехи наших оппонентов?
— Что касается оценок, могу сказать — пусть ребята работают. За 65 лет ничего у них толком так и не сделано. На скоростях от 4,5 до 6 Махов нет ни одного реально сделанного ГЗЛА.
https://iz.ru/news/656175 — link
Если говорить о космических аппаратах, развивающих гиперзвуковую скорость, то следует вспомнить космические корабли многоразового использования, которые развивают во время спуска скорость во много раз больше скорости звука. К подобным кораблям относятся американские шаттлы и советский «Буран», но время их, скорее всего, уже прошло.
Если мы говорим о беспилотных гиперзвуковых летательных аппаратах, то следует отметить гиперзвуковые боевые блоки, которые являются боевой частью баллистических ракетных комплексов. По сути, это боеголовки, что могут маневрировать на гиперзвуковых скоростях или совершать управляемый полет. Их еще часто называют глайдерами, потому они планируют. Сегодня известно об трех странах, в которых ведут работы над подобными проектами — это Россия, США и Китай. Считается, что именно КНР является лидером в данном направлении.
Американский гиперзвуковой боевой блок AHW (Advanced Hypersonic Weapon) прошел два испытания: первое успешно (2011 год), а во время второго взорвалась ракета. По информации источников глайдер AHW может развивать скорость до 8 Махов. Разработка этого аппарата проводится в рамках программы Global Prompt Strike.
В 2014 году Китай провел первые испытания (оно прошло успешно) нового гиперзвукового аппарата-глайдера WU-14. Есть данные, что этот боевой блок может развивать скорость около 10 Махов. Его можно устанавливать на различные типы китайских баллистических ракет, кроме того есть информация, что Пекин активно работает над созданием собственного гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, который можно будет использовать для создания аппаратов, запускаемых с самолетов.
Российским ответом на разработки стратегических конкурентов должен стать аппарат Ю-71 (проект 4202).
В середине нынешнего года большой резонанс вызвала статья в американском издании The Washington Free Beacon. По словам журналистов в феврале 2015 года в России было проведено испытание нового гиперзвукового летательного аппарата Ю-71 военного назначения. В материале сообщалось, что российский аппарат может развивать скорость до 11 тысяч км/час, а также маневрировать на траектории спуска. Такие характеристики делают его практически неуязвимым для средств ПРО, которые существуют в настоящий момент.
Ю-71 также называют глайдером, запуск его произошел на околоземной орбите, а доставила его туда межконтинентальная баллистическая ракета (МБР) SS-19 «Стилет» (УР-100 Н). Ракета стартовала из района расположения Домбаровского соединения РВСН. По информации того же издания, именно это воинское соединение будет вооружено подобными боевыми блоками-глайдерами до 2025 года.
Эксперты считают, что Ю-71 – это часть сверхсекретного российского проекта 4202, связанного с разработкой нового стратегического оружия, который стартовал в 2009 году. Информации о новом боевом блоке очень мало (что понятно), называется лишь скорость и способность маневрировать на завершающем этапе траектории. Однако с такими характеристиками, Ю-71 не страшны любые средства противоракетной обороны, которые имеются в настоящий момент.
Существует информация, что Ю-71 имеет три различных отсека, каждый из них содержит определенное оборудование.
В российском Генеральном штабе еще в 2004 году заявляли, что испытано летательный аппарат, способный развивать гиперзвуковую скорость, совершая при этом маневры как по высоте, так и по курсу. С этим временем совпадает запуск с полигона на Байконуре МБР УР-100Н УТТХ по цели на полигоне Кура.
В 2011 году появилась информация об испытательном запуске баллистической ракеты со специальным оснащением, способным преодолевать современные и перспективные системы ПРО. Вероятно, что новым боевым блоком будет оснащена одна из перспективных российских баллистических ракет, чаще всего называется новая ракета «Сармат» (МБР РС-28).
Дело в том, что подобные боевые блоки имеют сравнительно большую массу, устанавливать их лучше на мощные носители, которые могут нести сразу несколько Ю-71.
По той немногочисленной информации, которая доступна из российских источников, известно, что разработкой проекта 4202 занимается НПО Машиностроения, расположенное в подмосковном городе Реутов. Также в прессе появилась информация о техническом перевооружении ПО «Стрела» (г. Оренбург), которое было проведено ради участия в проекте 4202.
Боевые блоки современных баллистических ракет на траектории спуска развивают гиперзвуковую скорость и способны совершать довольно сложные маневры. Основным же отличием от них Ю-71 эксперты считают еще более сложный полет, чем-то сравнимый с полетом самолета.
В любом случае принятие подобных блоков на вооружение значительно повысит эффективность российских РВСН.
Также есть информация об активной разработке гиперзвуковых крылатых ракет, что могут стать новым оружием российских боевых самолетов, в частности разрабатываемого стратегического бомбардировщика ПАК ДА. Подобные ракеты представляют весьма нелегкую цель для ракет-перехватчиков системы ПРО.
Подобные проекты могут сделать систему противоракетной обороны бесполезной. Дело в том, что объекты, летящие с большой скоростью перехватить крайне сложно. Для этого у ракет-перехватчиков должна быть большая скорость и возможность маневрировать с огромными перегрузками, таких ракет пока не существует. Очень тяжело вычислять траектории маневрирующих боевых блоков.
