Второй год подряд в ежегодном послании Федеральному Собрании России президент РФ Владимир Путин уделяет много внимания новым видам вооружения, разрабатываемым для российской армии. На сей раз, основной акцент был сделан на гиперзвуковых ракетах.
Президент России подробнее рассказал сразу о нескольких проектах такого рода. Помимо авиационного ракетного комплекса "Кинжал", которым, по словам Путина, сейчас активно оснащают самолёты МИГ-31, речь шла о противокорабельной ракете "Циркон" ("работа над которой идет успешно и в запланированные сроки, безусловно, будет завершена") и гиперзвуковой боевой части для ракет стратегического назначения "Авангард". Последний, по словам Путина, уже пошёл в серийное производство и в 2019 году должен встать на боевое дежурство в ракетных войсках стратегического назначения.
Почему в России придают такое значение гиперзвуковому оружию? И что это вообще такое?
Неуловимая ракета
Строго говоря, в летательных аппаратах, летающих со скоростью существенно (в 5 и более раз) выше скорости звука, ничего революционного нет. К примеру, обычные межконтинентальные баллистические ракеты в полёте могут достигать скорости в 6000 метров в секунду, т.е. летят примерно в 20 раз быстрее звука. Так что дело не в скорости как таковой: когда мы говорим о гиперзвуковом оружии, речь идёт об устройствах, не просто способным разгоняться до гиперзвуковых скоростей, но и совершать на этих скоростях управляемый маневренный полёт.
Баллистические ракеты такого не умеют. Их двигатели работают лишь в первой половине полёта, когда придают ракете скорость и задают направление. После этого двигатели выключаются, и ракета далее летит по инерции, не имея возможности как-либо изменить заданный курс. Именно эту их особенность используют современные системы противоракетной обороны, которые рассчитаны на то, чтобы перехватить "беспомощную" ракету на том участке траектории, когда она летит с уже выключенным двигателем (его ещё называют пассивным, или, собственно говоря, баллистическим).
С другой стороны, крылатые ракеты, двигатели которых работают на всём протяжении полёта, и которые поэтому способны активно маневрировать, летают с куда меньшими скоростями (обычно не более 1,2 скорости звука), а значит их – в теории – можно засечь, догнать и уничтожить.
Если же создать аппарат, который сможет, с одной стороны, достичь гиперзвуковых скоростей, а с другой – маневрировать на них, то все современные средства ПВО и противоракетной обороны будут перед ним бессильны.
Попытки создать подобный аппарат ведутся с 60-х (точнее, впервые о нём задумались ещё в 1944 году в нацистской Германии, но дальше эскизов там дело не пошло). Однако до сих пор добиться ощутимых успехов не удалось. К примеру, из четырёх испытаний американской гиперзвуковой крылатой ракеты Boeing X-51A три были полностью или частично неудачными. А в ходе единственного полностью успешного полёта ракета пробыла в воздухе шесть минут, преодолев весьма скромные по ракетным меркам 426 километров. При этом максимальная скорость ракеты составила 5,1 скорости звука в атмосфере – буквально на грани условного "гиперзвукового барьера".
Всё дело в том, что физика полёта при гиперзвуковых скоростях существенно отличается от таковой при сверхзвуковых (1-5 скоростей звука), что ставит перед конструкторами множество сложнейших проблем.
Гиперзвуковые задачки
Принципиальное различие между баллистической и крылатой ракетой заключается в устройстве двигателя. Оба они относятся к категории реактивных двигателей, т.е. работают за счёт силы отдачи струи раскалённых газов, образующихся в результате химической реакции сгорания топлива. Однако баллистическая ракета и топливо, и окислитель, необходимый для его сгорания, везёт "на своём горбу". Именно поэтому двигатели баллистических ракет работают лишь на начальном этапе полёта, как можно скорее переводя "бесполезный вес" в скорость летательного аппарата.
Если же перед нами стоит задача сохранить управляемость ракеты на всех этапах полёта, то эта схема не подходит. Поэтому в самолётах и крылатых ракетах используется система, при которой в качестве окислителя для сгорания топлива используется кислород атмосферного воздуха.
Плюсы: не надо таскать окислитель, что экономит вес.
Минусы: летательный аппарат оказывается зависимым от внешних условий.
К примеру, при дозвуковых или низких сверхзвуковых скоростях забортный воздух оказывается недостаточно плотным для того, чтобы эффективно участвовать в химической реакции сгорания. Чтобы использовать его в качестве окислителя, его необходимо сначала сжать. Для этого используются специальные компрессоры-турбины, нагнетающие воздух в камеру сгорания. Поэтому эти двигатели так и называют – турбореактивными.
Однако с ростом скорости движения летательного аппарата эта схема начинает работать всё хуже. Ключевая проблема – перед попаданием в камеру сгорания, набегающий поток воздуха нагревается в воздухозаборнике тем сильнее, чем выше его начальная скорость. При гиперзвуковом полёте к моменту "встречи" с топливом он уже достаточно горяч. Реакция сгорания, конечно, сообщит ему дополнительную температуру, но разница температур воздуха до и продуктов сгорания – после будет уже меньше. Из-за этого тяга двигателя падает, причём начиная с определённых скоростей – практически до нуля. Да и турбина компрессора на высоких скоростях потока набегающего воздуха может банально не выдержать нагрузок.
Поэтому для гиперзвукового полёта турбореактивный двигатель не подходит: для него применяют принципиально иное устройство – так называемый прямоточный реактивный двигатель, в котором сжатие воздушного потока осуществляется не с помощью турбины, и за счёт геометрии воздухозаборника (широкого на входе и сужающегося к камере сгорания). Такой двигатель действительно позволяет летать на гиперзвуковых скоростях, но ведь их ещё надо достичь. А на небольших скоростях – вот жалость-то! – гиперзвуковой двигатель попросту не работает.
Получается, что на различных этапах полёта гиперзвуковой летательный аппарат должен приводиться в движение двигателями принципиально различных, несовместимых между собой типов. Не устанавливать же два двигателя на одну и ту же крылатую ракету? И дорого, и вес получится колоссальным.
И это уже не говоря о других проблемах гиперзвукового полёта – например, о том, что при таких скоростях сопротивление воздуха, которое испытывает летательный аппарат, оказывается попросту колоссальным. Это баллистической ракете, в общем-то, всё равно: сделаем стенки потолще да покроем неким устойчивым к высоким температурам покрытием, чтобы банально не расплавилась в полёте. А вот крылатой ракете, которая должна в процессе полёта иметь возможность маневрировать, имея для этого различные рули управления и тому подобное, несколько сложнее.
Как мы уже говорили выше, все эти и другие проблемы до сих пор оказывались неразрешимыми для учёных. И вот в России говорят, что успешно их решили. Но как?
Российские хитрости
Начнём с наиболее далеко продвинувшегося российского проекта – авиационной гиперзвуковой ракеты "Кинжал", которая, по официальным российским данным, после многочисленных успешных испытаний уже находится на опытно-боевом дежурстве в авиации Южного военного округа.
20 февраля Минобороны РФ сообщило об очередном испытании ракеты, в ходе которого "Кинжал", преодолев расстояние в 1000 километров, успешно поразил цель, цитируем, "размером с грузовой автомобиль". При этом в испытаниях ракета разгонялась до скорости в 8 скоростей звука, а в теории способна достигать 10-12.
Как уже говорилось выше, "Кинжал" - авиационная ракета. Проще говоря, проблему "нестыковки" сверхзвукового и гиперзвукового режимов полёта в ней решили просто: до "догиперзвуковых" скоростей ракету разгоняет самолёт-носитель, так что собственный разгонный двигатель ей попросту не нужен. Когда пилот производит запуск ракеты, та может сразу же использовать гиперзвуковой прямоточный двигатель – и благополучно двигаться к цели.
Это тот же принцип, что и у вышеупомянутых американских Boeing X-51A. Да вот только – если, опять же, верить российскому официозу – на этом пути россияне продвинулись куда дальше.
Подобный гибридный принцип касается и второго озвученного Путиным проекта – "Авангарда". Речь, напомним, идёт о боевой части баллистических ракет стратегического назначения. Это способ решить ту самую проблему баллистических ракет, о которой говорилось выше: их неспособность маневрировать на баллистическом участке траектории. Грубо говоря, ракета-носитель разгоняется обычным, классическим для всех ракет способом, после чего, поднявшись на определённую высоту, отстреливает управляемую боевую часть, которая уже летит к цели.
Двигатели как таковые у "Авангарда", судя по всему, отсутствуют: о разработке россиянами двигателей, способных работать на скорости порядка 20 скоростей звука нам ничего не известно, и вряд ли они бы скрывали такие разработки.
Вероятно, "Авангард" в этом смысле является гиперзвуковым планером, движущимся исключительно за счёт приданной ему носителем начальной скорости, но способным при этом совершать манёвры, изменять направление движения и тому подобное. Подобным образом, к примеру, приземлялись после входа в атмосферу американские "Спейс-шаттлы" (в отличие от советского "Бурана", который летел "на тяге" до конца полёта). Таким образом, ничего феноменального с технологической точки зрения в "Авангарде" пожалуй, нет. Но если система позволяет решать поставленные перед ней задачи, то этого, в общем-то, и не требуется.
Самым интересным объектом в "гиперзвуковой триаде" Путина является, конечно, гиперзвуковая противокорабельная ракета "Циркон". Дело в том, что эта ракета предназначена для корабельного базирования, то есть, до гиперзвуковых скоростей будет разгоняться, судя по всему, с нуля. По словам Путина, в будущем "Циркон" должен заменить знаменитые "Калибры". Перевооружение российского флота под "Циркон" запланировано до 2027 года.
Детальных данных о конструкции "Циркона" в открытых источниках нет. Сообщается лишь, что эта ракета будет иметь "крейсерскую" скорость в 4-6 скоростей звука, а на испытаниях, которые по данным Минобороны России состоялись ещё в апреле 2017 года, она якобы развила скорость в 8 скоростей звука.
Американские издания со ссылкой на собственные источники также сообщили об успешном испытании "Циркона" в декабре 2018-го.
Вероятно, "Циркон" имеет многоступенчатую компоновку: начальный разгон, по всей видимости, осуществляется за счёт ракетного двигателя (вероятно, твердотопливного – решение, отработанное на многих поколениях зенитных ракет), после чего при достижении гиперзвуковой скорости первая ступень отстреливается и запускается гиперзвуковой реактивный двигатель.
И что всё это значит?
Гиперзвуковые новинки российского ВПК имеют прежде всего военное значение. В своём выступлении, впрочем, Путин не забыл подчеркнуть, что знания и навыки, полученные при разработке сверхтехнологичного оружия, будут использованы и в гражданской сфере. Однако конкретно у описанных Путиным систем прямого или косвенного гражданского применения, пожалуй, нет.
В этом смысле большой интерес представляли другие проекты, озвученные Путиным как перспективные в прошлогоднем послании, но не упомянутые в этом году – например, ядерный ракетный двигатель, в теории способный открыть человечеству путь к Луне, Марсу и даже более удалённым космическим объектам. В прошлом году, напомним, Путин заявил, что крылатая ракета с таким двигателем уже успешно испытана, однако в послании этого года про проект почему-то не сказано ни слова – а ведь утаивать прогресс в этом направлении попросту нет никакого смысла.
Вместе с тем, военное значение новых российских ракет не стоит преуменьшать. К примеру, "ядерные планеры" "Авангардов" ставят под вопрос принципиальную возможность создания эффективной стратегической противоракетной обороны, а гиперзвуковые "Калибры", также способные нести ядерный заряд, создают вполне реальную угрозу для тех же американских авианосных группировок.
Иными словами, Россия заявляет о серьёзном рывке в новой гонке вооружений. Интересно, чем на это ответят США.
