Новые гиперзвуковые технологии для Пентагона
Демонстрация принципа транспирационного охлаждения. Графика / фото Canopy Aerospace
Военно-воздушные силы США проявляют большой интерес к гиперзвуковой тематике и к технологиям, необходимым для создания подобных летательных аппаратов. Недавно они запустили две научно-исследовательские программы в этой области. Их результатом должны стать новые технические решения в области систем охлаждения и сенсоров для гиперзвуковой техники.
Новые проекты
С 2021 года в г. Литтлтон, штат Колорадо, работает компания Canopy Aerospace Inc. Она специализируется на разработке новых материалов и технологий для аэрокосмической отрасли и уже имеет опыт работы с военными заказами.
5 сентября компания объявила о получении двух новых заказов от ВВС США. По условиям этих контрактов, в ближайшие годы Canopy Aerospace должна провести два исследования в области материаловедения и предоставить результаты заказчику и его подрядчикам. За выполнение этих проектов компания получит 2,8 млн долларов.
Первый заказ связан с разработкой технологии транспирационного охлаждения для гиперзвуковых летательных аппаратов. У Canopy Aerospace уже есть наработки в этой области, но теперь нужно перейти от теории и опытов к созданию агрегатов, пригодных для полноценного применения.
Второй контракт предусматривает создание новых средств наблюдения на основе оптического волокна, способных работать при высоких температурах. В этом случае речь тоже идет о развитии и полноценной реализации имеющихся идей.
Сроки проведения исследований не сообщаются. Учитывая сложность задач, можно ожидать, что они займут несколько лет. Если проекты будут успешными, то ещё несколько лет уйдёт на внедрение готовых технологий и материалов в реальные проекты гиперзвуковых аппаратов.
Испытания теплостойких конструкций. Фото Canopy Aerospace
Компания-подрядчик отмечает специфическую ситуацию в отрасли, которая, тем не менее, помогла ей получить заказы. Дело в том, что после закрытия программы Space Shuttle разработка новых видов теплозащиты для аэрокосмической сферы фактически прекратилась. Производители таких материалов теперь сосредоточили усилия на своем выживании и не могут заниматься инновациями. Canopy Aerospace берёт на себя эту роль и пока не опасается конкуренции.
Тепловая защита
Согласно общепринятому определению, гиперзвуковым считается полёт со скоростью более 5 М. При такой скорости летательный аппарат подвергается высоким механическим и аэродинамическим нагрузкам. Кроме того, воздух вокруг него нагревается до температур в 2500-3000°K и передаёт тепловую энергию конструкции.
Традиционным решением для защиты от нагрева является использование теплостойких материалов, таких как особые сплавы или специальная керамика. Компания «Кэнопи» предложила и обосновала новый способ защиты, названный транспирационным охлаждением. Эта идея обладает определённым потенциалом и смогла заинтересовать ВВС США.
Концепция транспирационного охлаждения довольно проста. В носовой части летательного аппарата устанавливаются форсунки, которые распыляют жидкость особого состава. Из-за высокой температуры воздуха жидкость мгновенно испаряется, и образовавшийся газ стекает вдоль корпуса.
Получившееся газовое облако отделяет летательный аппарат от атмосферного воздуха, что снижает трение и, соответственно, нагрев конструкции. Уменьшение тепловой нагрузки также снижает требования к собственной защите летательного аппарата, что даёт ряд очевидных преимуществ.
Сообщается, что компания Canopy Aerospace провела исследования в области транспирационного охлаждения и нашла оптимальный вариант распыляющего устройства. Его предлагается изготавливать из теплостойкой керамики с использованием аддитивных технологий.
Концепт гиперзвукового летательного аппарата от Lockheed Martin
Теперь компании-разработчику предстоит развить имеющиеся идеи и завершить разработку реальной технологии. Затем компоненты и средства будут адаптированы для применения на реальных летательных аппаратах.
Система датчиков
Во время гиперзвукового полёта вокруг летательного аппарата образуется облако ионизированного газа. Оно затрудняет работу различных датчиков, средств наведения и систем связи. Для того чтобы обеспечить возможность наблюдения и связи на всём протяжении полёта, разрабатываются различные решения и идеи.
Компания Canopy Aerospace тоже предлагает свою оригинальную идею. В рамках второй научно-исследовательской работы планируется создать новые виды оптического волокна, которые будут более устойчивы к нагрузкам, возникающим во время гиперзвукового полёта. Этот материал будет использоваться вместе с датчиками различного назначения.
Планируется интегрировать теплостойкие оптоволоконные средства в обшивку летательного аппарата. Распределение этих средств по внешней поверхности изделия позволит не только сохранить возможность наблюдения во время полёта, но и улучшить подобные характеристики. Однако остаётся неясным, как будет решаться проблема радио- и оптической непрозрачности плазменного «кокона».
Сферы применения
Компания Canopy Aerospace и ВВС США официально не раскрывают все планы по использованию новых технологий, разработку которых начнут в ближайшее время. Однако компания-подрядчик упоминает некоторые области, где эти технологии могут быть полезны, и задачи, которые они помогут решить.
«Кэнопи» проиллюстрировала новость о получении контракта изображением условной гиперзвуковой ракеты с транспирационным охлаждением. К компьютерному изображению этого изделия добавили фотографию реального испытательного стенда, где проверялась новая технология.
Гиперзвуковой аппарат от Raytheon
В пресс-релизе упоминаются определённые системы вооружения, которые можно оснастить таким охлаждением, но без подробностей. Очевидно, что система выброса охлаждающей жидкости будет полезна для всех известных видов гиперзвукового оружия — для полноценных ракет, планирующих боевых блоков и даже для боезарядов баллистических ракет.
Также в сообщении упоминаются спускаемые аппараты космических систем. При входе в плотные слои атмосферы такая техника подвергается высоким тепловым и аэродинамическим нагрузкам. В этой области уже существует набор хорошо проработанных и проверенных решений, но теперь ВВС США и Canopy Aerospace планируют создать новые.
Технологии двойного назначения
Две научно-исследовательские работы, которые были поручены компании «Кэнопи», представляют большой интерес. Их результаты могут найти применение как в военной, так и в гражданской сфере. В обоих случаях новые технологии помогут защитить технику от повышенных нагрузок разного рода.
Следует обратить внимание на заказчика двух исследований. В такой роли выступают ВВС США. Это указывает на то, что проекты в первую очередь предназначены для военных целей. Новые технологии будут внедряться в сфере вооружений и военной техники, а их гражданское применение будет вторичным и, вероятно, начнётся существенно позже.
Пентагон уже давно занимается разработкой гиперзвуковых технологий. Был создан ряд экспериментальных проектов, а также разрабатываются реальные вооружения, которые планируется использовать в армии. Однако не все идёт гладко и в соответствии с планами. Возникают технические проблемы, сроки сдвигаются, а некоторые программы приходится отменять.
Несмотря на неудачи, США продолжают разрабатывать новые проекты и искать новые технологии. В настоящее время они запускают два очередных исследования, направленных на совершенствование и внедрение перспективных технологий. Пока неясно, чем закончатся эти проекты. Но и вне зависимости от результата, они показывают готовность Пентагона развивать гиперзвуковое направление.
Информация