اختبرت القوات الجوية الأمريكية X-51A Waverider ، التي تمكنت من زيادة سرعة الصوت بخمس مرات ، وتمكنت من الطيران لأكثر من 3 دقائق ، محققة رقمًا قياسيًا عالميًا احتفظ به مطورو البرامج الروس سابقًا. سار الاختبار جيدًا بشكل عام ، الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت جاهزة للسباق.
في 27 مايو 2010 ، تم إسقاط X-51A Waverider (التي تُرجمت بشكل فضفاض على أنها رحلة موجة ، وفي "غير الطوعي" كراكب أمواج) من قاذفة B-52 فوق المحيط الهادئ. أدت مرحلة التعزيز X-51A ، المستعارة من صاروخ ATCAMS المعروف ، إلى نقل Waverider إلى ارتفاع 19.8 ألف متر ، حيث تم تشغيل محرك نفاث فرط صوتي (GPRVD ، أو scrumjet). بعد ذلك ، ارتفع الصاروخ إلى ارتفاع 21.3 ألف متر والتقط سرعة 5 ماخ (5 م - خمس سرعات للصوت). في المجموع ، عمل محرك الصاروخ لمدة 200 ثانية تقريبًا ، وبعد ذلك أرسل X-51A إشارة للتدمير الذاتي فيما يتعلق باندلاع انقطاعات القياس عن بُعد. وفقًا للخطة ، كان من المفترض أن يطور الصاروخ سرعة 6 أمتار (وفقًا للمشروع ، كانت سرعة X-51 7 أمتار ، أي أكثر من 8000 كم / ساعة) ، وكان على المحرك أن يعمل من أجل 300 ثانية.
لم تكن الاختبارات مثالية ، لكن هذا لم يمنعها من أن تصبح إنجازًا بارزًا. تجاوز وقت تشغيل المحرك الرقم القياسي السابق (77 ثانية) بثلاث مرات ، الذي يحتفظ به مختبر الطيران السوفيتي (الروسي فيما بعد) "خلود". تم تحقيق سرعة 5M لأول مرة باستخدام الوقود الهيدروكربوني التقليدي ، وليس باستخدام بعض الوقود "الحصري" مثل الهيدروجين. استخدم Waverider JP-7 ، وهو كيروسين منخفض البخار يستخدم في طائرة الاستطلاع فائقة السرعة SR-71 الشهيرة.
ما هي Scrumjet وما هو جوهر الإنجازات الحالية؟ من حيث المبدأ ، تعد المحركات النفاثة (المحركات النفاثة) أبسط بكثير من المحركات التوربينية النفاثة (المحركات النفاثة النفاثة) المألوفة للجميع. المحرك النفاث هو ببساطة مدخل هواء (الجزء المتحرك الوحيد) وغرفة احتراق وفوهة. في هذا يتم مقارنتها بشكل إيجابي مع التوربينات النفاثة ، حيث تمت إضافة مروحة وضاغط والتوربينات نفسها إلى هذا المخطط الأولي ، الذي تم اختراعه في عام 1913 ، من خلال الجهود المشتركة لدفع الهواء إلى غرفة الاحتراق. في المحركات النفاثة النفاثة ، يتم تنفيذ هذه الوظيفة من خلال تدفق الهواء القادم نفسه ، مما يلغي على الفور الحاجة إلى تصميمات متطورة تعمل في تيار من الغازات الساخنة وغيرها من المتع باهظة الثمن لحياة التوربينات النفاثة. ونتيجة لذلك ، فإن المحركات النفاثة النفاثة أخف وزنا وأرخص وأقل حساسية لدرجات الحرارة المرتفعة.
ومع ذلك ، فإن البساطة لها ثمن. محركات التدفق المباشر غير فعالة عند السرعات دون سرعة الصوت (حتى 500-600 كم / ساعة لا تعمل على الإطلاق) - فهي ببساطة لا تحتوي على كمية كافية من الأكسجين ، وبالتالي فهي تحتاج إلى محركات إضافية تسرع الجهاز إلى سرعات فعالة. نظرًا لحقيقة أن حجم وضغط الهواء الداخل إلى المحرك مقيدان فقط بقطر مدخل الهواء ، فمن الصعب للغاية التحكم بفعالية في دفع المحرك. عادة ما يتم "شحذ" محركات Ramjet لنطاق ضيق من سرعات التشغيل ، وخارجها تبدأ في التصرف بشكل غير كاف. بسبب هذه النواقص المتأصلة في السرعات دون سرعة الصوت والاعتدال الأسرع من الصوت ، فإن المحركات النفاثة النفاثة تتفوق بشكل جذري على منافسيها في التدفق المباشر.
يتغير الوضع عندما تنحرف رشاقة الطائرة عن نطاقها لمدة 3 تقلبات.عند سرعات الطيران العالية ، يتم ضغط الهواء كثيرًا في مدخل المحرك بحيث تختفي الحاجة إلى ضاغط ومعدات أخرى - وبصورة أدق ، تصبح عائقًا. لكن في هذه السرعات ، تبدو المحركات النفاثة النفاثة الأسرع من الصوت SPRVD ("النفاثة الرامية") رائعة. ومع ذلك ، مع زيادة السرعة ، تتحول فوائد "الضاغط" المجاني (تدفق الهواء الأسرع من الصوت) إلى كابوس لمصممي المحركات.
في النفاث التوربيني والكيروسين SPVRD يحترق بمعدل تدفق منخفض نسبيًا - 0.2 م. وهذا يسمح لك بتحقيق خلط جيد للهواء والكيروسين المحقون ، وبالتالي كفاءة عالية. ولكن كلما زادت سرعة التيار الوارد ، زادت صعوبة كبحه وزادت الخسائر المرتبطة بهذا التمرين. بدءًا من 6 أمتار ، يجب إبطاء التدفق 25-30 مرة. كل ما تبقى هو حرق الوقود بتدفق أسرع من الصوت. من هنا تبدأ الصعوبات الحقيقية. عندما يدخل الهواء إلى غرفة الاحتراق بسرعة 2.5 إلى 3 آلاف كم / ساعة ، تصبح عملية الحفاظ على الاحتراق مشابهة ، على حد تعبير أحد المطورين ، إلى "محاولة إبقاء عود ثقاب مضاء في منتصف إعصار. " منذ وقت ليس ببعيد ، كان يعتقد أن هذا أمر مستحيل في حالة الكيروسين.
لا تقتصر مشاكل مطوري المركبات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت بأي حال من الأحوال على إنشاء SCRVD عملي. يحتاجون أيضًا إلى التغلب على ما يسمى بالحاجز الحراري. ترتفع درجة حرارة الطائرة بسبب الاحتكاك مع الهواء ، وتتناسب شدة التسخين طرديًا مع مربع سرعة التدفق: إذا تضاعفت السرعة ، فإن التسخين يزيد أربعة أضعاف. إن تسخين الطائرة أثناء الطيران بسرعات تفوق سرعة الصوت (خاصة على ارتفاعات منخفضة) يكون أحيانًا كبيرًا لدرجة أنه يؤدي إلى تدمير الهيكل والمعدات.
عند الطيران بسرعة 3 أمتار ، حتى في طبقة الستراتوسفير ، تكون درجة حرارة حواف مدخل مدخل الهواء والحواف الأمامية للجناح أكثر من 300 درجة ، وبقية الجلد - أكثر من 200. الجهاز به سرعة أكثر من 2-2.5 مرة سوف ترتفع درجة حرارتها 4-6 مرات أكثر. في الوقت نفسه ، حتى عند درجات حرارة حوالي 100 درجة ، يلين الزجاج العضوي ، عند 150 - تقل قوة دورالومين بشكل كبير ، عند 550 - تفقد سبائك التيتانيوم الخصائص الميكانيكية اللازمة ، وفي درجات حرارة أعلى من 650 درجة ، يذوب الألمنيوم والمغنيسيوم ، يلين الصلب.
يمكن حل مستوى التسخين المرتفع إما عن طريق الحماية الحرارية السلبية ، أو عن طريق إزالة الحرارة النشطة باستخدام احتياطيات الوقود الموجودة على اللوحة كمبرد. تكمن المشكلة في أنه مع قدرة الكيروسين على "التبريد" اللائقة - السعة الحرارية لهذا الوقود هي نصف سعة الماء فقط - فهو لا يتحمل درجات الحرارة المرتفعة جيدًا ، وأحجام الحرارة التي يجب "هضمها" هي ببساطة وحشية.
الطريقة الأكثر مباشرة لحل كلتا المشكلتين (الاحتراق الأسرع من الصوت والتبريد) هي التخلي عن الكيروسين لصالح الهيدروجين. هذا الأخير بسهولة نسبيًا - بالمقارنة مع الكيروسين ، بالطبع - يحترق حتى في التدفق الأسرع من الصوت. في الوقت نفسه ، يعتبر الهيدروجين السائل ، لأسباب واضحة ، أيضًا مبردًا ممتازًا ، مما يجعل من الممكن عدم استخدام الحماية الحرارية الهائلة وفي نفس الوقت ضمان درجة حرارة مقبولة على متن الطائرة. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الهيدروجين على ثلاثة أضعاف القيمة الحرارية للكيروسين. هذا يجعل من الممكن رفع حد السرعات القابلة للتحقيق حتى 17 م (الحد الأقصى على الوقود الهيدروكربوني - 8 م) وفي نفس الوقت يجعل المحرك أكثر إحكاما.
ليس من المستغرب أن تحلق معظم الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت السابقة والتي حطمت الرقم القياسي تحلق على الهيدروجين. تم استخدام وقود الهيدروجين من قبل مختبرنا للطيران "خلود" ، والذي يحتل حتى الآن المرتبة الثانية من حيث مدة محرك سكرامجت (77 ثانية). بالنسبة له ، تدين ناسا بسرعة قياسية للمركبات النفاثة: في عام 2004 ، وصلت طائرة ناسا X-43A غير المأهولة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت 11265 كم / ساعة (أو 9.8 م) على ارتفاع طيران 33.5 كم.
ومع ذلك ، فإن استخدام الهيدروجين يؤدي إلى مشاكل أخرى. يزن لتر واحد من الهيدروجين السائل 0.07 كجم فقط.حتى مع الأخذ في الاعتبار "سعة الطاقة" الأكبر بثلاث مرات للهيدروجين ، فإن هذا يعني زيادة حجم خزانات الوقود بمقدار أربعة أضعاف مع كمية ثابتة من الطاقة المخزنة. ينتج عن هذا تضخيم حجم ووزن الجهاز ككل. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب الهيدروجين السائل ظروف تشغيل محددة للغاية - "كل أهوال التقنيات المبردة" بالإضافة إلى خصوصية الهيدروجين نفسه - فهو شديد الانفجار. بمعنى آخر ، يعتبر الهيدروجين وقودًا ممتازًا للمركبات التجريبية وآلات القطع مثل القاذفات الاستراتيجية وطائرات الاستطلاع. ولكن كوقود للأسلحة الجماعية التي يمكن أن تعتمد على منصات تقليدية مثل القاذفة العادية أو المدمرة ، فهي غير مناسبة.
الأهم من ذلك هو إنجاز مبتكري X-51 ، الذين تمكنوا من الاستغناء عن الهيدروجين وفي نفس الوقت تحقيق سرعات مذهلة ومؤشرات قياسية لمدة الرحلة باستخدام محرك نفاث. يرجع جزء من السجل إلى التصميم الديناميكي الهوائي المبتكر - تلك الرحلة الموجية بالذات. المظهر الزاوي الغريب للجهاز ، وتصميمه الوحشي يخلق نظامًا من موجات الصدمة ، فهي ، وليس جسم الجهاز ، هي التي تصبح السطح الديناميكي الهوائي. نتيجة لذلك ، تنشأ قوة الرفع مع الحد الأدنى من التفاعل بين تدفق الحادث مع الجسم نفسه ، ونتيجة لذلك ، تنخفض شدة تسخينه بشكل حاد.
يحتوي X-51 على درع حراري أسود الكربون والكربون المرتفع يقع فقط عند طرف الأنف وفي الجزء الخلفي من الجانب السفلي. الجزء الرئيسي من الجسم مغطى بدرع أبيض من درجات الحرارة المنخفضة ، مما يشير إلى وضع تسخين لطيف نسبيًا: وهذا عند 6-7 م في طبقات كثيفة إلى حد ما من الغلاف الجوي والغوص الحتمي في طبقة التروبوسفير إلى الهدف.
بدلاً من "وحش" الهيدروجين ، حصل الجيش الأمريكي على جهاز يعمل بوقود طيران عملي ، والذي يخرجه على الفور من مجال التجربة المسلية إلى عالم التطبيق الحقيقي. أمامنا لم يعد استعراضًا للتكنولوجيا ، بل نموذجًا أوليًا لسلاح جديد. إذا نجحت X-51A في اجتياز جميع الاختبارات بنجاح ، فسيبدأ في غضون بضع سنوات تطوير نسخة قتالية كاملة من X-51A + ، مزودة بأحدث تعبئة إلكترونية.
وفقًا للخطط الأولية لشركة Boeing ، سيتم تزويد X-51A + بأجهزة لتحديد الأهداف وتدميرها بسرعة في ظروف المعارضة النشطة. تم اختبار القدرة على التحكم في السيارة باستخدام واجهة JDAM المعدلة المصممة لاستهداف الذخيرة عالية الدقة بنجاح خلال الاختبارات الأولية العام الماضي. تتناسب طائرة الموجة الجديدة بشكل جيد مع الأبعاد القياسية للصواريخ الأمريكية ، أي أنها تتلاءم بأمان مع أجهزة الإطلاق العمودية على متن السفن وحاويات النقل والإطلاق وخلجان القاذفات. لاحظ أن صاروخ ATCAMS ، الذي تم استعارة منه مرحلة التعزيز لـ Waverider ، هو سلاح تشغيلي تكتيكي تستخدمه أنظمة إطلاق الصواريخ المتعددة MLRS الأمريكية.
وهكذا ، في 12 مايو 2010 ، فوق المحيط الهادئ ، اختبرت الولايات المتحدة نموذجًا أوليًا لصاروخ كروز عملي تمامًا تفوق سرعته سرعة الصوت ، بناءً على التعبئة المخطط لها ، والمصممة لتدمير أهداف أرضية شديدة الحماية (المدى المقدر هو 1600 كيلومتر). ربما ، بمرور الوقت ، ستتم إضافة الأسطح إليها. بالإضافة إلى السرعة الهائلة ، ستتمتع هذه الصواريخ بقدرة اختراق عالية (بالمناسبة ، فإن طاقة الجسم المتسارعة إلى 7 أمتار تعادل عمليًا شحنة تي إن تي بنفس الكتلة) و- خاصية مهمة للموجات غير المستقرة بشكل ثابت - القدرة على المناورات الحادة للغاية.
هذه ليست المهنة الواعدة الوحيدة للأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت.
في أواخر التسعينيات ، أشارت التقارير الصادرة عن المجموعة الاستشارية لأبحاث الفضاء والتنمية التابعة لحلف الناتو (AGARD) إلى أن الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت يجب أن يكون لها التطبيقات التالية:
- هزيمة أهداف العدو المحصنة (أو المدفونة) والأهداف الأرضية المعقدة بشكل عام ؛
- الدفاع الجوي؛
- الاستيلاء على التفوق الجوي (يمكن اعتبار هذه الصواريخ وسيلة مثالية لاعتراض أهداف جوية عالية التحليق على مسافات طويلة) ؛
- الدفاع المضاد للصواريخ - اعتراض إطلاق الصواريخ الباليستية في المرحلة الأولى من المسار.
- استخدامها كطائرات بدون طيار قابلة لإعادة الاستخدام سواء لضرب الأهداف الأرضية أو للاستطلاع.
أخيرًا ، من الواضح أن الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت ستكون الترياق الأكثر فعالية - إن لم يكن الوحيد - ضد أسلحة الهجوم التي تفوق سرعة الصوت.
هناك اتجاه آخر في تطوير الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت ، وهو إنشاء محركات سكرامجت صغيرة الحجم تعمل بالوقود الصلب ومركبة في مقذوفات مصممة لتدمير الأهداف الجوية (عيار 35-40 مم) ، وكذلك المركبات المدرعة والتحصينات (ATGMs الحركية). في عام 2007 ، أكملت شركة لوكهيد مارتن اختبارات النموذج الأولي للصاروخ الحركي المضاد للدبابات CKEM (صاروخ الطاقة الحركية المدمجة). دمر مثل هذا الصاروخ على مسافة 3400 متر بنجاح دبابة T-72 السوفيتية المزودة بدرع تفاعلي محسّن.
في المستقبل ، قد تظهر المزيد من التصميمات الغريبة ، على سبيل المثال ، الطائرات عبر الغلاف الجوي القادرة على القيام برحلات دون مدارية في نطاق عابر للقارات. كما أن مناورة الرؤوس الحربية التي تفوق سرعتها سرعة الصوت للصواريخ الباليستية مهمة جدًا - وفي المستقبل القريب. بعبارة أخرى ، في العشرين سنة القادمة ، ستتغير الشؤون العسكرية بشكل كبير وستصبح التقنيات التي تفوق سرعة الصوت أحد أهم العوامل في هذه الثورة.
