Гиперзвуковые беспилотные рои: проблемы электронной начинки
Источник: en.wikipedia.org
Гиперзвуковой мейнстрим
Важнейшие исторические моменты XXI века определённо пополнятся разработкой и принятием на вооружение гиперзвукового оружия. Этот безусловный козырь становится в один ряд с системами ядерного сдерживания. По уровню сложности и требуемым ресурсам ядерные технологии и гиперзвуковые во многом схожи. Для разработки аппаратов, способных разогнаться до скоростей 5-10 Махов требуются нетривиальные подходы и решения. При этом в теории всё относительно просто.
Главным в любой ракете является двигательная установка. Для гиперзвуковых аппаратов используются либо двигатели с окислителем на борту, либо прямоточно-воздушные реактивные. Примеры первых можно найти в ракетном комплексе «Кинжал», а прямоточные двигатели применяются в знаменитых российских «Цирконах». При этом сам прямоточный двигатель далеко не новинка. Принципиальная схема была предложена ещё в 1913 году французом Рене Лореном. У двигателя отсутствует компрессорная группа, а необходимое давление в камере сгорания формируется торможением воздушного потока на сверхзвуковых скоростях. Главным минусом такого решения являются трудности работы на традиционных дозвуковых скоростях. Даже если инженеры и предусмотрят прямоточному двигателю возможность полёта на таких режимах, то КПД не превысит 5 %. А запуск мотора без дополнительного ускорителя в данном случае вообще невозможен. Обычно на борту летательного аппарата предусматривается запас окислителя, позволяющего оживить двигатель и набрать необходимую скорость. Сверхзвуковой полёт на скорости около М=3 наиболее «комфортен» для прямоточного двигателя. Термический КПД близок к рекордным 64 %, а температуры вокруг не столь критичны для работы. Сложности начинаются при переходе на скорость выше 5 чисел Маха. Самой главной становится гигантская температура – до 1960 градусов Цельсия. Это требует уникальных материалов. К примеру, для российских гиперзвуковых ракет «НПО «Машиностроения» разрабатывает целый класс жаропрочных титановых сплавов. Это, кстати, технологическое преимущество России – оборонная промышленность ещё со времён Советского Союза научилась пользоваться очень привередливым титаном. Конструкция гиперзвуковых прямоточных двигателей осложняется ещё и сверхзвуковым течением газов в камере сгорания.
В копилку гиперзвуковых сложностей добавляется невозможность наземных испытаний. Создать на суше аэродинамическую трубу по 5-10 чисел Маха очень затруднительно, если вообще возможно при сегодняшнем уровне технологий. А любые испытания гиперзвуковых ракет заканчиваются разрушением опытных образцов. Во многом это схоже с опытами с боеприпасами, только уровень затрат здесь многократно выше.
Гиперзвуковой рой
Мировым лидером в области серийных гиперзвуковых технологий является Россия. И это не банальная бравада – большинство иностранных СМИ согласны с этим. Правда, не забывают упомянуть об исторической справедливости с их точки зрения. Первыми в гиперзвуке были гитлеровцы с технологиями «Фау-2», гораздо позже американцы экспериментировали с аналогичной техникой – X-15, X-43 и Lockheed X-17. Наконец, китайцы осенью 2019 года представили ракету DF-17. Дальность полёта аппарата около 2,5 тыс. километров при скорости в 5 Махов. При этом DF-17 базируется на колёсном шасси, что серьёзно усложняет его обнаружение и противодействие.
Ещё одним летательным аппаратом китайской армии является гиперзвуковой Starry Sky-2 – «Звёздное небо-2». Американцы, выступающие в данном случае в роли отстающих, уверяют, что в 2018 году ракета достигла скорости 6 Махов на высоте в 30 км. Китайские гиперзвуковые разработки, наряду с российскими, сейчас впереди планеты всей, и инженеры могут позволить себе прогнозировать будущее.
Так, исследователи Пекинского технологического института в 2020 году высказали предположение, что следующим шагом развития гиперзвука станут рои беспилотников. В полной аналогии с эволюцией ударных и разведывательных дронов, превращающихся в небе в «коллективный разум». Учитывая возможности искусственного интеллекта, даже обычные дроны с пропеллерами, собранные в рои, вызывают закономерную оторопь. А здесь Китай предрекает появление гиперзвуковых роев.
Подобные изречения не бросают зря. Либо Пекин ведёт соответствующую работу, либо пытается прощупать почву и отследить реакцию потенциальных противников. Как бы то ни было, у такого решения очень много фундаментальных препятствий. Многие из них уже частично решены. Прежде всего, это мощнейшие ударные и тепловые нагрузки на корпус и начинку аппаратов при малейшем маневрировании на гиперзвуке. Это требует уникальных материалов, а также ударопрочной и жаропрочной электроники. Гиперзвуковой объект движется в слое высокотемпературной плазмы, практически непроницаемой для радиоволн. Если одиночные ракеты могут двигаться по заранее заданному маршруту, не связываясь с «центром» в гиперзвуковом режиме, то коллективу ракет такого недостаточно. Здесь требуется высокоскоростная связь между отдельными беспилотниками. Исследователи из Пекинского технологического института намекают на разработку собственной мобильной сети для искусственного разума гиперзвуковых роев.
Ракета DF-17. Источник: deagel.com
Надо сказать, такие милитаристские истории от потенциальных противников очень впечатлили Соединенные Штаты. Помимо программ разработки собственного гиперзвукового оружия, Пентагон финансирует системы обнаружения вражеских ракет. Идея заключается в поиске подобных супербыстрых объектов с околоземной орбиты, используя инфракрасные камеры – всё-таки температура в пару тысяч градусов серьёзно демаскирует гиперзвуковые аппараты. Сейчас этим занимается компания L3Harris, осваивая грант Пентагона в 121 млн долларов.
Компания Curtiss-Wright предлагает свои услуги вооруженным силам США в области разработки электронного оборудования для гиперзвуковых ракет. Американские инженеры считают, что основными требованиями к электронным чипам и оборудованию будут: миниатюрность, жаропрочность, скромное энергопотребление, возможность работы при низком давлении и устойчивость к ударам. Как утверждают разработчики, военным приходится обращаться к гражданским разработчикам, так как только они обладают необходимыми компетенциями в области миниатюризации и снижения энергопотребления электронных компонентов. Достаточно вспомнить эволюцию сотовых телефонов. В этой связи российским оружейникам сложнее – в стране фактически отсутствует гражданская микроэлектроника собственного производства.
Starry Sky-2. Источник: scmp.com
Китайский прецедент с планами на гиперзвуковой рой диктует новые правила развития военных технологий. Страны, обладающие соответствующими технологиями, могут стать законодателями в данной сфере. А это значит – маятник мирового оружейного баланса опасным образом качнётся. Остаётся только надеяться, что в сторону России.
Информация