Hypersonic fuss:追求速度
从HSSW高超音速导弹的载体分离的瞬间的图片。 美国空军计划在2020计划的一次示范飞行后,从开发转向部署该武器系统的计划。
Hypersound成为武器和监视平台的下一个关键参数,因此值得仔细研究美国,俄罗斯和印度在该领域开展的研究。
美国国防部和其他政府机构正在开发高超声速技术,以实现两个直接目标和一个长期目标。 根据美国空军研究实验室(AFRL)罗伯特·梅西耶(Robert Mercier)高速系统部主任的说法,两个接近目标的是高超音速 武器在20-s开始时预计其技术准备就绪,以及将在20-s或30-s开始时部署的无人监视车辆,以及高超声速设备将在更遥远的未来发展。
“在使用喷气发动机进行太空探索是一个更遥远的前景,”他在接受采访时说。 “超音速宇宙飞船不太可能在2050之前做好准备。” Mercier补充说,总体发展战略是从小型武器开始,然后随着技术和材料的发展,扩展到空中和航天器。
国防部武器系统,采购,技术和供应部主任Spiro Lekudis证实,高超音速武器可能是该部及其伙伴组织开发该技术后首次出现的采购计划。 “这架飞机肯定是一个比武器更长期的项目,”他在接受采访时说。 预计美国空军将展示HSSW(高速打击武器)高速打击武器 - 与高级防御研究理事会(DARPA)共同开发 - 围绕2020,然后五角大楼将决定如何最好地将这项技术转移到开发和购买高超音速火箭。
“有两个主要的研究项目旨在展示HSSW技术,”AFRL计划和项目开发人员Bill Gillard说。 - - 首先与喷气发动机HAWC高超音速武器(高超声速吸气式武器概念)的概念,由波音公司»LED - 战术规划TBG加速度(战术BoosWSIide),方案正由洛克希德·马丁公司和雷声公司,和第二个程序开发。
“与此同时,AFRL实验室正在进行另一项基础研究,以补充DARPA和美国空军项目,”吉拉德指出。 例如,在测试高超音速可重复使用设备REACH(用于超音速的可重复使用的飞机概念)的概念的框架内,除了基础材料的研究之外,还使用小型和中型冲压式喷气发动机进行了若干实验。 “我们的目标是推广数据库,开发和演示可用于创建新系统的技术。” 长期基础研究AFRL在改进陶瓷基复合材料和其他耐热材料领域对于创造有前景的高超声速装置极为重要。
AFRL和其他五角大楼实验室正在积极研究有前途的高超声速设备的两个主要方面:可重用性和尺寸增加。 “在AFRL实验室中,甚至有一种趋势旨在促进可重复使用和更大的高超音速系统概念的发展,”Djillard说。 “我们将所有这些技术都集中在X-51这样的项目上,REACH将成为另一个。”
高超音速巡航导弹X-51АWaveRider
“在51年度中展示波音X-2013A WaveRider的开发将构成美国空军高超声速飞行器武器计划的基础,”AFRL实验室武器部门航空航天项目总工程师John Leger说。 “我们研究了开发X-51项目所获得的经验,并将其用于开发HSSW。”
在X-51高超声速巡航导弹项目的同时,各种研究机构还开发了更大的(10x)冲压式喷气发动机(冲压式喷气发动机),比X-10发动机“消耗”51倍空气。 “这些发动机非常适用于高速观测,侦察,信息采集平台和大气巡航导弹等系统,”吉拉德说。 “最终我们计划继续使用100数据,这将使我们能够利用空气反应系统进入太空。”
AFRL还在探索将高超音速冲压发动机与高速涡轮发动机或火箭相结合的可能性,以便获得足够的驱动力来实现大的马赫数。 “我们正在探索提高超音速设备发动机效率的所有可能性。 它们飞行的条件并不完全有利。“
1年2013月51日,Kh-52A WaveRider火箭成功通过飞行测试。 实验设备从B-4,8H飞机上卸下,并使用火箭加速器加速至4,8马赫数的速度(M = 51)。 然后,X-5,1A与油门分离,启动了自己的发动机,加速至210马赫,飞行了370秒,直到所有燃料都被烧尽。 空军飞行了XNUMX秒,收集了所有遥测数据。 普惠公司的Rocketdyne部门已经为WaveRider开发了引擎。 此单元后来出售给了Aerojet,后者继续在高超音速推进系统上工作,但未提供有关此主题的任何详细信息。
从2003到2011年,洛克希德·马丁公司与DARPA合作开发了Falcon Hypersonic Technology Vehicle-2高超声速设备的原始概念。 Minotaur IV轻型火箭是这些车辆的助推器,由加州范登堡空军基地发射。 HTN-2在2010年度的第一次飞行使我们能够收集数据,这些数据证明了空气动力学性能,耐热材料,热保护系统,自动飞行安全系统以及长时间高超音速飞行制导和控制系统的进步。
今年4月2010和今年8月2011成功进行了两次示范发射,但根据DARPA的声明,飞行期间Falcon车辆都试图达到计划速度M = 20,与控制中心失去联系几分钟。
X-51A程序的结果现在用于HSSW项目。 正在制定武器装备和制导系统,作为两个示范方案的一部分:HAWC和TBG。 DARPA于4月份向雷神公司和洛克希德马丁公司发布了2014,以继续开发TBG计划。 公司分别获得20和24百万美元。 与此同时,波音公司正在开发HAWC项目。 她和DARPA拒绝提供有关此合同的任何细节。
图中的超高速高速打击武器HSSW(高速打击武器)在飞行中,美国空军希望在2020年左右展示该系统(与DARPA办公室联合开发)
与2003合作的公司洛克希德·马丁公司在2011年度与DARPA合作开发了高超音速设备Falcon Hypersonic Technology Vehicle-2的概念。 图为飞行中的独立猎鹰。
TBG和HAWC计划的目标是加速武器系统,以加速M = 5及其对目标的进一步规划。 这种武器应该具有机动性并且极其耐热。 最终,这些系统可以达到几乎60 km的高度。 为高超音速导弹开发的弹头质量为76 kg,大约等于小直径SDB(小直径炸弹)炸弹的质量。
虽然X-51A项目成功地展示了飞机和高超音速发动机的集成,但TBG和HAWC项目的重点将放在先进的指导和控制上,而Falcon或WaveRider项目并没有完全实现。 归巢头子系统(GOS)参与了几个美国空军武器实验室,以进一步增强高超音速系统的能力。 今年3月,DARPA发表声明称,在TBG项目的框架内,应该通过2014的示范飞行完成,合作伙伴公司正在尝试开发一种战术高超音速规划系统的技术,该系统使用从航空母舰发射的火箭加速器。
“该计划将侧重于解决与系统相关的问题以及使用火箭加速器创建高超音速规划系统所需的技术。 这些包括开发具有必要的空气动力学和气动热力学特性的设备概念; 在各种操作条件下的可管理性和可靠性; 在适当的操作条件下效率所需的系统和子系统特性; 最后,降低成本,提高实验系统和未来生产系统的可负担性的方法,“声明说。 TBG项目的飞机是一个与加速器分离的弹头,计划速度可达M = 10以上。
同时,在X-51A项目之后的HAWC计划的框架内,将展示一种低速巡航导弹,其具有较低速度的冲压式喷气推进器,大约M = 5或更高。 “HAWC技术可以扩展到有希望的可重复使用的高超音速高空作业平台,可用作侦察车辆或进入外太空,”DARPA在一份声明中说。 DARPA和波音公司的主要承包商均未披露其联合计划的所有细节。
虽然国防部的高超声速领域的主要目标是武器系统和智能平台,在DARPA在2013年推出的新计划,以开发用于发射小卫星重达1360-2270公斤送入低轨道,这也将作为测试实验室的可重复使用的无人驾驶超音速加速器高超声速设备。 根据国会声明,在7月2015,该办公室向波音公司及其合作伙伴Blue Origin签发了一份合同,该合同耗资6,6 100万美元,用于继续开发XS-1实验太空船实验太空飞机。 在8月2014上,诺斯罗普·格鲁曼公司宣布,与Scaled Composites和Virgin Galactic合作,她还在为XS-1项目制定技术项目和演示飞行计划。 该公司获得了价值13百万美元的3,9月合同。
预计XS-1将具有可重复使用的起动加速器,该加速器与一次加速阶段相结合,将提供价格合理的1360 kg车辆,以便输送到低近地轨道。 除了廉价的发射,估计目前发射重型火箭成本的十分之一,XS-1还可能成为新型高超声速设备的测试实验室。
DARPA希望每天运行XS-1,每次飞行的价格低于5百万。 管理层希望得到一台能达到10马赫数以上速度的机器。 所要求的“像飞机”操作原则包括在标准着陆带上水平着陆,此外,必须从升降发射器进行发射,此外必须有最小的基础设施和地面人员以及高度自治。 第一次测试轨道飞行计划在2018年度进行。
在美国宇航局开始在80s开展几次不成功的尝试后,开发了像XS-1这样的系统,军事研究人员现在认为该技术已经发展到足够,这是由于轻质廉价复合材料的进步和热保护的改进。
XS-1是旨在降低发射卫星成本的五角大楼的几个项目之一。 在减少美国国防预算和提高其他国家能力的同时,日常进入太空正日益成为国家安全的优先事项。 使用重型火箭发射卫星是昂贵的,需要在一些可能性的背景下制定精心策略。 这种传统的发射可能花费数亿美元并且需要维护昂贵的基础设施。 由于是美国空军坚持认为,立法者颁布法令,暂停使用俄罗斯火箭发动机RD-180的发射美国卫星的事实,DARPA的研究高超声速帮助显著减少将被要求只能靠自己依赖的路径力量和手段。
(上图)在最后的第四次飞行中,X-51A WaveRider火箭达到Mach 5,1并在短短六分钟内飞行了230海里。 这是今天用冲压式喷气发动机进行的最长的超音速飞行; (中心)诺斯罗普·格鲁曼公司提供的XS-1航空航天飞机的图纸,尽管国防部在高超音速系统开发中的主要目标是武器和侦察车辆; (下图)太空运载火箭Boeing XS-1的概念。 除了低发射成本(估计是重型火箭发射的十分之一)之外,预计XS-1还将成为新型高超音速设备的飞行实验室。
俄罗斯:赶上时间
苏联解体后,来自杜布纳(Dubna)的ICD Raduga的工程设计局设计了GELA(超人实验飞机),该原型机被认为是战略空中发射导弹X-90(“产品40”)的原型,该飞机带有直流空气推进发动机“产品58”。 »TMKB(图拉耶夫机械制造设计局)“联盟”的发展。 该导弹应该能够加速到4,5马赫数的速度,射程为3000公里。 升级的Tu-160M战略轰炸机的标准装备中将包括两枚标准X-90导弹。 X-90超音速巡航导弹的研究工作于1992年在实验室样本阶段中止,而GELA装置本身于1995年在 航空 MAX展。
有关当前空中发射高超音速武器计划的最全面的信息已经提交给俄罗斯空军亚历山大·泽林总参谋长,他在4月2013莫斯科飞机制造商会议上的演讲中作了演讲。 根据泽林的说法,俄罗斯正在开展一个开发高超音速火箭的两阶段计划。 第一阶段设想由2020开发一个火箭次级战略级别的空中发射,射程为1500 km,速度约为M = 6。 在接下来的十年中,应该以能够到达地球上任何一点的12马赫数的速度开发火箭。
最有可能的是,Zelin提到的6 Max速度火箭是一种“75产品”,也被命名为GZUR(超音速制导导弹),目前正处于战术导弹公司的技术设计阶段。 “75产品”似乎长度为6米(Tu-95MS炸弹舱可以承受的最大尺寸;它也可以放置在Tu-22М轰炸机的武器舱内),重量约为1500千克。 它应该由TMKB“Soyuz”开发的冲压式“产品70”启动。 其主动雷达制导头Gran-75目前正在Kamensk-Uralsky开发DCPPDB,而宽带无源GOS则由鄂木斯克TsKBA制造。
在2012,俄罗斯开始对安装在远程超音速轰炸机Tu-23MZ(北约名称“Backfire”)悬架上的实验性高超音速飞行器进行飞行试验。 不是在2013之前,这个单位进行了第一次免费飞行。 高超音速装置安装在X-22火箭(AS-4“Kitchen”)的鼻腔中,用作起动加速器。 这种组合的长度为12米,重量约为6吨; 高超音速组件的长度约为5米。 在2012,杜布纳机械制造厂完成了四架X-22超音速机载反舰导弹(无GOS和作战单位)的建造,用于测试高超声速飞行器。 导弹从翼悬浮液涂-22MZ速度推出到马赫和高度1,7 14 km到测试装置和启动测试部件,这显然加速6,3马赫数之前加速到马赫和高度21 8公里的速度。
预计俄罗斯将参与类似的法国高超音速MBDA LEA设备的飞行测试,并从Backfire发射。 然而,根据现有数据,测试高超音速组件是俄罗斯原始项目。
10月至11月,2012,俄罗斯和印度就BrahMos-II高超音速火箭的工作达成初步协议。 合作计划包括NPO Mashinostroeniya(火箭),TMKB联盟(发动机),TsAGI(空气动力学研究)和TsIAM(发动机开发)。
俄罗斯实验高超音速火箭通过2012年的飞行试验
印度:球场上的新球员
在1998与俄罗斯共同开发协议后,印度布拉莫斯火箭计划启动。 根据协议,主要合作伙伴是俄罗斯NPO Mashinostroeniya和印度国防研究与发展组织(DRDO)。
它的第一个版本是具有雷达制导的超音速巡航两级火箭。 固体燃料第一级发动机将火箭加速到超音速,而第二级液体冲压发动机将火箭加速到M = 2,8。 事实上,BrahMos是俄罗斯Yakhont导弹的印度版本。
虽然BrahMos火箭已经交付给印度陆军,海军和空军,但已经建立的BrahMos-II高超音速火箭版合作伙伴关系开始开发的决定是在2009年度完成的。
根据技术设计,BrahMos-ll(Kalam)将以高于6马赫数的速度飞行,并且具有比BrahMos-A变体更高的精度。 该火箭的最大射程为290 km,仅限于俄罗斯签署的导弹技术控制制度(它限制了一个超过300 km的导弹的发展,对于一个伙伴国家而言)。 为了提高BrahMos-2火箭的速度,将使用高超音速冲压发动机,据许多消息来源称,俄罗斯工业正在为其开发特殊燃料。
对于BrahMos-II项目,一项关键决定是保留先前版本的物理参数,以便新火箭可以使用已经开发的发射器和其他基础设施。
为新版本定义的目标集包括加强目标,例如地下掩体和带武器的仓库。
BrahMos-II火箭的比例模型在Aero India 2013展览会上展出,原型试验应在2017年开始。 (在最近召开的Aero India 2017展览会上,推出了带有Brahmos火箭的Su-30MKI战斗机。 在接受2015采访时,Brahmos Aerospace首席执行官Kumar Mishra在接受采访时表示,确切的配置仍需要获得批准,并且预计不会早于2022进行全面原型设计。
Su-30MKI与印度航空2017的BrahMos火箭
其中一个主要问题是为BrahMos-II寻找建设性解决方案,这将使火箭能够承受高超音速飞行期间的极端温度和负荷。 在最难的问题中 - 寻找最适合制造这种火箭的材料。
假设DRDO投入大约1000万美元用于开发高超音速火箭; 目前,在海得拉巴的现代系统实验室中进行了高超声速WFD测试,根据报告,在风洞中实现了速度M = 250。 BrahMos-II技术演示器高超声速技术演示车的进一步测试正在班加罗尔科学研究所进行,其高超声速风洞在模拟测试火箭设计的各种元素所需的速度方面起着关键作用。
很明显,高超音速火箭将只交付给印度和俄罗斯,不会出售给第三国。
有领导者
作为世界上最强大的军事和经济力量,美国界定了超音速领域的发展趋势,但俄罗斯和印度等国家不允许它们走得更远。
2014的美国空军高级指挥部宣布,在未来十年中,超音速能力将在五大优先发展中脱颖而出。 高超音速武器将难以拦截,它将提供比目前导弹技术允许的更长距离打击的机会。
此外,这项技术被一些人认为是石碑技术的继承者,因为高速和高海拔地区的武器比慢速低空飞行系统具有更好的生存能力,也就是说,它可以在有限访问的挑战空间中击中目标。 由于防空技术领域的进步及其迅速普及,寻找新的穿越敌人警戒线的方法至关重要。
为此,美国立法者正在推动五角大楼加速推广高超音速技术。 他们中的许多人都指出中国,俄罗斯甚至印度的发展都是美国在这方面做出更积极努力的理由。 国会众议院在其国防开支法的版本中表示,“他们意识到与潜在反对者阵营中高超音速武器的发展有关的迅速演变的威胁。”
他们提到“最近在中国进行的几种高超音速武器试验,以及俄罗斯和印度这一领域的发展”,并呼吁“大力推进”。 “商会认为,快速增长的机会可能会对国家安全和我们现有的军队构成威胁,”法律说。 特别是,它还指出五角大楼必须使用“以前的高超音速技术测试”来继续开发这项技术。
美国空军官员预测,可重复使用的高超音速飞机可以在40年代投入使用,军事研究实验室的专家也证实了这些估计。 在潜在对手面前展现出具有竞争力的解决方案将使美国处于有利地位,特别是在太平洋地区,长距离占优势,高海拔地区的高速将是首选。
由于这项应该在不久的将来“成熟”的技术可用于武器和侦察机的开发,因此出现了一个大问题 - 五角大楼将首先向哪个方向发展。 五角大楼项目,阿森纳飞机项目,由国防部长卡特在2月2016首次谈到,以及远程攻击轰炸机(LRS-B)/ B-21远程轰炸机,都是可以携带有用的高超音速的平台装载,无论是武器还是侦察和监视手段。
对于包括俄罗斯和印度在内的世界其他国家而言,在长期开发周期以及高超音速技术和高超音速平台的未来部署方面,前进的道路尚未明确。
俄罗斯 - 印度BrahMos-II火箭的初步模型,在2013年展示为共同开发高超音速火箭的意图
使用的材料:
www.shephardmedia.com
www.defense.gov
www.darpa.mil
www.boeing.com
www.lockheedmartin.com
www.northropgrumman.com
www.ktrv.ru
www.tmkb-soyuz.ru
www.upkb.ru
www.npomash.ru
www.drdo.gov.in
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org
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