Không quân Mỹ đã thử nghiệm X-51A Waverider, nó đạt tốc độ gấp 5 lần tốc độ âm thanh và có thể bay trong hơn 3 phút, lập kỷ lục thế giới do các nhà phát triển Nga nắm giữ trước đó. Toàn bộ cuộc thử nghiệm diễn ra tốt đẹp, vũ khí siêu thanh đã sẵn sàng để chạy đua.
Vào ngày 27 tháng 5 năm 2010, X-51A Waverider (tạm dịch là bay theo làn sóng, và "không tự nguyện" là một người lướt sóng) đã bị rơi từ một máy bay ném bom B-52 trên Thái Bình Dương. Giai đoạn tăng cường X-51A, mượn từ tên lửa ATCAMS nổi tiếng, đưa Waverider lên độ cao 19,8 nghìn mét, nơi bật động cơ phản lực siêu âm (GPRVD, hay scrumjet). Sau đó, tên lửa bay lên độ cao 21, 3 nghìn mét và đạt tốc độ Mach 5 (5 M - năm tốc độ âm thanh). Tổng cộng, động cơ tên lửa hoạt động trong khoảng 200 giây, sau đó X-51A gửi tín hiệu tự hủy liên quan đến sự bùng nổ của gián đoạn đo từ xa. Theo kế hoạch, tên lửa được cho là phát triển tốc độ 6 M (theo dự án, tốc độ của X-51 là 7 M, tức là trên 8000 km / h), và động cơ phải hoạt động cho 300 giây.
Các bài kiểm tra không hoàn hảo, nhưng điều này không ngăn cản họ trở thành một thành tích xuất sắc. Thời gian hoạt động của động cơ đã vượt ba lần kỷ lục trước đó (77 giây) do phòng thí nghiệm bay "Kholod" của Liên Xô (sau này là Nga) nắm giữ. Tốc độ 5M lần đầu tiên đạt được với nhiên liệu hydrocacbon thông thường, và không phải với một số "độc quyền" như hydro. Waverider đã sử dụng JP-7, một loại dầu hỏa hơi thấp được sử dụng trên máy bay trinh sát tốc độ cực cao SR-71 nổi tiếng.
Scrumjet là gì và bản chất của những thành tựu hiện tại là gì? Về nguyên tắc, động cơ ramjet (động cơ ramjet) đơn giản hơn nhiều so với động cơ phản lực (turbojet) đã quen thuộc với tất cả mọi người. Động cơ ramjet chỉ đơn giản là một bộ phận nạp không khí (bộ phận chuyển động duy nhất), một buồng đốt và một vòi phun. Về điểm này, nó được so sánh thuận lợi với tuabin phản lực, trong đó quạt, máy nén và bản thân tuabin được thêm vào sơ đồ cơ bản này, được phát minh vào năm 1913, bằng những nỗ lực kết hợp để dẫn không khí vào buồng đốt. Trong động cơ ramjet, chức năng này được thực hiện bởi chính luồng không khí đang tới, điều này giúp loại bỏ ngay lập tức nhu cầu về các thiết kế phức tạp hoạt động trong dòng khí nóng và những điều thú vị đắt tiền khác của cuộc sống tuốc bin phản lực. Kết quả là động cơ ramjet nhẹ hơn, rẻ hơn và ít nhạy cảm hơn với nhiệt độ cao.
Tuy nhiên, sự đơn giản đi kèm với một cái giá. Động cơ dòng chảy trực tiếp không hiệu quả ở tốc độ cận âm (lên đến 500-600 km / h hoàn toàn không hoạt động) - chúng chỉ đơn giản là không có đủ oxy, và do đó chúng cần động cơ bổ sung để tăng tốc thiết bị đến tốc độ hiệu quả. Do thể tích và áp suất của không khí đi vào động cơ chỉ bị giới hạn bởi đường kính của khe hút gió, nên việc kiểm soát lực đẩy của động cơ một cách hiệu quả là vô cùng khó khăn. Động cơ Ramjet thường được "mài giũa" cho một phạm vi tốc độ hoạt động hẹp, và bên ngoài nó, chúng bắt đầu hoạt động không tốt. Do những khiếm khuyết cố hữu này ở tốc độ cận âm và siêu âm trung bình, động cơ tuốc bin phản lực hoàn toàn vượt trội so với các đối thủ cạnh tranh dòng chảy trực tiếp của chúng.
Tình huống thay đổi khi sự nhanh nhẹn của máy bay vượt quá quy mô trong 3 lần xoay. Ở tốc độ bay cao, không khí bị nén nhiều vào đầu vào của động cơ đến mức nhu cầu về máy nén và các thiết bị khác biến mất - chính xác hơn, chúng trở thành một trở ngại. Nhưng ở những tốc độ này, động cơ phản lực siêu âm SPRVD ("ramjet") cho cảm giác tuyệt vời. Tuy nhiên, khi tốc độ tăng lên, lợi ích của "máy nén" tự do (luồng không khí siêu thanh) biến thành cơn ác mộng đối với các nhà thiết kế động cơ.
Trong tuabin phản lực và dầu hỏa SPVRD đốt ở tốc độ dòng chảy tương đối thấp - 0,2 M. Điều này cho phép bạn đạt được sự hòa trộn tốt giữa không khí và dầu hỏa bơm vào, do đó, hiệu quả cao. Nhưng tốc độ của dòng chảy càng cao thì càng khó hãm phanh và tổn thất liên quan đến bài tập này càng cao. Bắt đầu từ 6 M, dòng chảy phải được làm chậm lại 25-30 lần. Tất cả những gì còn lại là đốt cháy nhiên liệu theo dòng siêu âm. Đây là nơi mà những khó khăn thực sự bắt đầu. Khi không khí đi vào buồng đốt với tốc độ 2,5-3 nghìn km / h, quá trình duy trì sự cháy trở nên tương tự, theo lời của một trong những nhà phát triển, là “cố gắng giữ cho que diêm sáng giữa cơn bão. Cách đây không lâu, người ta tin rằng trong trường hợp dầu hỏa thì điều này là không thể.
Vấn đề của các nhà phát triển phương tiện siêu thanh không chỉ giới hạn ở việc tạo ra một SCRVD khả thi. Họ cũng cần phải vượt qua cái gọi là rào cản nhiệt. Máy bay nóng lên do ma sát với không khí, và cường độ sưởi ấm tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc dòng chảy: nếu tốc độ tăng gấp đôi, thì nhiệt độ tăng lên gấp bốn lần. Sự phát nhiệt của một chiếc máy bay đang bay ở tốc độ siêu âm (đặc biệt là ở độ cao thấp) đôi khi quá lớn dẫn đến việc phá hủy cấu trúc và thiết bị.
Khi bay ở tốc độ 3 M, ngay cả trong tầng bình lưu, nhiệt độ của các mép cửa vào của khe hút gió và mép dẫn của cánh là hơn 300 độ, và phần còn lại của da - hơn 200. Thiết bị với tốc độ gấp 2-2,5 lần sẽ nóng lên gấp 4-6 lần. Đồng thời, ngay cả ở nhiệt độ khoảng 100 độ, thủy tinh hữu cơ mềm đi, ở 150 - độ bền của duralumin giảm đáng kể, ở 550 - hợp kim titan mất các tính chất cơ học cần thiết, và ở nhiệt độ trên 650 độ, nhôm và magiê tan chảy., thép mềm.
Mức độ nóng cao có thể được giải quyết bằng cách bảo vệ nhiệt thụ động hoặc bằng cách loại bỏ nhiệt chủ động bằng cách sử dụng nhiên liệu dự trữ trên tàu làm bộ làm mát. Vấn đề là với khả năng "làm mát" rất tốt của dầu hỏa - nhiệt dung của loại nhiên liệu này chỉ bằng một nửa so với nước - nó không chịu được nhiệt độ cao, và khối lượng nhiệt cần được "tiêu hóa" đơn giản là quái dị.
Cách đơn giản nhất để giải quyết cả hai vấn đề (đốt cháy và làm mát siêu thanh) là từ bỏ dầu hỏa để chuyển sang sử dụng hydro. Loại thứ hai tương đối dễ dàng - so với dầu hỏa, tất nhiên - cháy ngay cả trong dòng siêu âm. Đồng thời, hydro lỏng, vì những lý do rõ ràng, cũng là một chất làm mát tuyệt vời, giúp không sử dụng biện pháp bảo vệ nhiệt lớn và đồng thời đảm bảo nhiệt độ chấp nhận được trên tàu. Ngoài ra, hydro có nhiệt trị gấp ba lần dầu hỏa. Điều này làm cho nó có thể nâng giới hạn tốc độ có thể đạt được lên đến 17 M (tối đa đối với nhiên liệu hydrocacbon - 8 M) và đồng thời làm cho động cơ nhỏ gọn hơn.
Không có gì ngạc nhiên khi hầu hết các máy bay siêu thanh phá kỷ lục trước đây đều bay chính xác bằng hydro. Nhiên liệu hydro được sử dụng bởi phòng thí nghiệm bay "Kholod" của chúng tôi, cho đến nay vẫn chiếm vị trí thứ hai về thời gian hoạt động của động cơ scramjet (77 giây). Đối với ông, NASA có tốc độ kỷ lục đối với các phương tiện phản lực: năm 2004, máy bay siêu thanh không người lái X-43A của NASA đạt tốc độ 11.265 km / h (hay 9,8 M) ở độ cao bay 33,5 km.
Tuy nhiên, việc sử dụng hydro dẫn đến các vấn đề khác. Một lít hydro lỏng chỉ nặng 0,07 kg. Ngay cả khi tính đến "khả năng năng lượng" của hydro lớn hơn ba lần, điều này có nghĩa là thể tích bình nhiên liệu tăng gấp bốn lần với một lượng năng lượng dự trữ không đổi. Điều này dẫn đến việc tăng kích thước và trọng lượng của toàn bộ thiết bị. Ngoài ra, hydro lỏng đòi hỏi các điều kiện hoạt động rất cụ thể - "tất cả những điều kinh hoàng của công nghệ đông lạnh" cộng với tính đặc thù của bản thân hydro - nó cực kỳ dễ nổ. Nói cách khác, hydro là một loại nhiên liệu tuyệt vời cho các phương tiện thử nghiệm và máy móc như máy bay ném bom chiến lược và máy bay trinh sát. Nhưng làm nhiên liệu cho vũ khí khối lượng lớn có khả năng dựa trên các nền tảng thông thường như một máy bay ném bom hoặc tàu khu trục thông thường, nó không phù hợp.
Điều quan trọng hơn cả là thành tựu của những người tạo ra X-51, những người đã cố gắng làm được điều đó mà không cần hydro, đồng thời đạt được tốc độ ấn tượng và các chỉ số kỷ lục trong suốt thời gian bay bằng động cơ phản lực. Một phần của kỷ lục là nhờ vào một thiết kế khí động học sáng tạo - đó là chuyến bay rất sóng. Vẻ ngoài góc cạnh kỳ lạ của bộ máy, thiết kế trông hoang dã của nó tạo ra một hệ thống sóng xung kích, chính chúng, chứ không phải phần thân của bộ máy, trở thành bề mặt khí động học. Kết quả là, lực nâng phát sinh với sự tương tác tối thiểu của dòng tới với bản thân cơ thể và kết quả là cường độ làm nóng của nó giảm mạnh.
X-51 có tấm chắn nhiệt nhiệt độ cao bằng carbon-carbon màu đen chỉ nằm ở đầu mũi và ở phía sau của mặt dưới. Phần chính của cơ thể được bao phủ bởi một tấm chắn nhiệt nhiệt độ thấp màu trắng, cho biết chế độ sưởi ấm tương đối nhẹ nhàng: và nhiệt độ này ở mức 6-7 M trong các lớp khí quyển khá dày đặc và không thể tránh khỏi việc lặn vào tầng đối lưu tới mục tiêu.
Thay vì một "con quái vật" hydro, quân đội Mỹ đã có được một thiết bị chạy bằng nhiên liệu hàng không thực tế, ngay lập tức đưa nó ra khỏi lĩnh vực thí nghiệm thú vị sang lĩnh vực ứng dụng thực tế. Trước mắt chúng ta không còn là một cuộc trình diễn công nghệ nữa mà là một nguyên mẫu của một loại vũ khí mới. Nếu X-51A vượt qua thành công tất cả các bài kiểm tra, trong vài năm tới, việc phát triển phiên bản chiến đấu chính thức của X-51A +, được trang bị hệ thống nạp điện tử hiện đại nhất, sẽ bắt đầu.
Theo kế hoạch sơ bộ của Boeing, X-51A + sẽ được trang bị các thiết bị giúp xác định và tiêu diệt mục tiêu nhanh chóng trong điều kiện bị đối lập tích cực. Khả năng điều khiển xe bằng giao diện JDAM sửa đổi được thiết kế để nhắm mục tiêu vào các loại đạn có độ chính xác cao đã được thử nghiệm thành công trong các cuộc thử nghiệm sơ bộ vào năm ngoái. Máy bay làn sóng mới vừa vặn với kích thước tiêu chuẩn của tên lửa Mỹ, tức là nó phù hợp an toàn với các thiết bị phóng thẳng đứng trên tàu, thùng chứa phóng vận tải và khoang chứa máy bay ném bom. Lưu ý rằng tên lửa ATCAMS, mà từ đó giai đoạn tăng cường cho Waverider được mượn, là một vũ khí tác chiến-chiến thuật được sử dụng bởi các hệ thống tên lửa phóng loạt MLRS của Mỹ.
Do đó, vào ngày 12 tháng 5 năm 2010, trên Thái Bình Dương, Hoa Kỳ đã thử nghiệm một nguyên mẫu của một tên lửa hành trình siêu thanh hoàn toàn thực tế, được đánh giá theo kế hoạch đổ đầy, được thiết kế để tiêu diệt các mục tiêu mặt đất được bảo vệ cao (tầm bắn ước tính là 1600 km). Có lẽ, theo thời gian, những cái bề mặt sẽ được thêm vào chúng. Ngoài tốc độ khủng khiếp, những tên lửa như vậy sẽ có khả năng xuyên phá cao (nhân tiện, năng lượng của một vật thể được gia tốc đến 7 M thực tế tương đương với điện tích TNT có cùng khối lượng) và - một tính chất quan trọng của sóng tĩnh không ổn định - khả năng cơ động rất nhạy bén.
Đây không phải là nghề duy nhất đầy hứa hẹn của vũ khí siêu thanh.
Vào cuối những năm 1990, các báo cáo từ Nhóm Cố vấn Phát triển và Nghiên cứu Không gian NATO (AGARD) lưu ý rằng tên lửa siêu thanh nên có các ứng dụng sau:
- đánh bại các mục tiêu kiên cố (hoặc chôn vùi) của đối phương và các mục tiêu phức tạp trên mặt đất nói chung;
- phòng không không quân;
- chiếm ưu thế trên không (tên lửa như vậy có thể được coi là một phương tiện lý tưởng để đánh chặn các mục tiêu bay cao ở khoảng cách xa);
- phòng thủ chống tên lửa - đánh chặn việc phóng tên lửa đạn đạo ở giai đoạn đầu của quỹ đạo.
- sử dụng làm máy bay không người lái có thể tái sử dụng cho cả mục tiêu mặt đất và trinh sát.
Cuối cùng, rõ ràng tên lửa siêu thanh sẽ là liều thuốc giải độc hiệu quả nhất - nếu không phải là duy nhất - chống lại vũ khí tấn công siêu thanh.
Một hướng khác trong việc phát triển vũ khí siêu thanh là chế tạo động cơ phản lực đẩy chất rắn cỡ nhỏ gắn trong đạn được thiết kế để tiêu diệt các mục tiêu trên không (cỡ nòng 35-40 mm), cũng như xe bọc thép và công sự (ATGM động học). Năm 2007, Lockheed Martin đã hoàn thành các cuộc thử nghiệm nguyên mẫu tên lửa chống tăng động năng CKEM (Tên lửa năng lượng động học nhỏ gọn). Một tên lửa như vậy ở khoảng cách 3400 m đã tiêu diệt thành công xe tăng T-72 của Liên Xô, được trang bị giáp phản ứng nổ cải tiến.
Trong tương lai, những thiết kế kỳ lạ hơn nữa có thể xuất hiện, chẳng hạn như máy bay xuyên khí quyển có khả năng bay dưới quỹ đạo ở phạm vi liên lục địa. Việc điều khiển đầu đạn siêu thanh cho tên lửa đạn đạo cũng khá phù hợp - và trong tương lai gần. Nói cách khác, trong 20 năm tới, các vấn đề quân sự sẽ thay đổi đáng kể và công nghệ siêu thanh sẽ trở thành một trong những yếu tố quan trọng nhất trong cuộc cách mạng này.
