Назад в будущее за ракетой против русских и китайцев?
Технология прямоточного воздушно-реактивного двигателя не нова. А если учесть, что ПВРД – это один из многих частных случаев импульсного двигателя, в котором также отсутствует внешний источник сжатия типа поршня (т.н. «цикл Отто») или турбины (т.н. «цикл Брайтона»), то этому двигателю лет ого-го сколько.
По крайней мере, русский изобретатель и отставной артиллерийский офицер Николай Афанасьевич Телешов запатентовал паровой пульсирующий двигатель в 1867 году, а первый действующий импульсный двигатель был запатентован в 1906 году русским инженером Виктором Всеволодовичем Караводиным, который в 1907 году создал действующую модель. Так что кто там говорит, что «Аргус» и Шмидт со своим V-1 были пионерами – ага, были. Но октябрята были из России. Ну а Рене Лорин получил патент на ПВРД в 1913 году.
Так что идея ПВРД вот совершенно не нова, но по-прежнему актуальна. И может пригодиться на современном поле боя.
Сегодня в Соединенных Штатах… напряженно. Очень много интересных начинаний оказалось «Замволтами», и американцы прекрасно понимают главный принцип хоккея: не забиваешь ты – забивают тебе. Русские и китайские инженеры создали много весьма приличных ракет, которые очень сильно опережают все созданное их американскими коллегами. Да, в США проходят испытания ракеты «воздух-воздух» с дальностью полета в 200 км. Проходят, и, возможно, успешно. Но российские ракеты успешно приземляют украинские самолеты, а китайские (на вооружении Пакистана) – самолеты ВВС Индии. И вот тут ничего не поделать, всё по-боевому.
И вот в США тестируют ракету с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, которая может увеличить возможности боевых самолётов.
Военно-морские силы США впервые успешно запустили с беспилотного летательного аппарата ракету с двигателем ПВРД и стартовой ступенью на твёрдом топливе (SFIRR), что стало шагом к модернизации ракетных технологий.
Усилия, предпринятые подразделением по разработке вооружения Центра военно-морской авиации (NAWCWD), по-видимому, возрождают концепцию миниатюризации ракет, существовавшую несколько десятилетий назад, путём объединения воздушно-реактивного двигателя с ракетой на твёрдом топливе.
— Круто. — Опять круто. И все-то в будущем круто. А что-нибудь пологое у вас есть?
(с) «Назад в будущее» (Back to the Future)
(с) «Назад в будущее» (Back to the Future)
А вот найдется! В ходе испытаний также была протестирована система управления огнём на беспилотном летательном аппарате BQM-34 для ведения стрельбы в реальных условиях, что продемонстрировало прогресс в области высокоскоростных дальнобойных вооружений. По данным NAWCWD, запуск ракеты с беспилотной машины может позволить военнослужащим безопасно поражать цели с больших расстояний.
За последние 12 месяцев в демонстраторе технологий были объединены передовые технологии силовой установки, авионики и управления огнём. NAWCWD подчёркивает, что быстрый переход от исследований к практическому использованию технологий имеет решающее значение для сохранения боевого преимущества. Особенно если закрыть глаза на то, что русские и китайские ракеты с подобными характеристиками уже воюют.
Так почему именно ПВРД?
Всё просто. Он дешевый и быстрый. А если его сделать на твердом топливе, так еще и простой в эксплуатации. Именно над этим и стараются американцы: проще, дешевле, эффективнее. Их можно понять, дорогих и никчемных игрушек у них уже более чем достаточно.
Последние испытания проводились именно для усовершенствования конструкции ракеты, чтобы увеличить дальность полёта и точность наведения.
Суть работ — упрощение ракетной двигательной установки, устранение сложностей, присущих прямоточным воздушно-реактивным двигателям на жидком топливе. Твердотопливная схема значительно снижает вес, позволяя ракетам нести больше полезной нагрузки и преодолевать большие расстояния с повышенной маневренностью, согласно расчетам. В целом — баланс между доступностью, надёжностью и производительностью, адаптированный к оперативным потребностям армии и флота.
Надо согласиться с тем, что твердотопливные ПВРД, которые появились в 70-х годах прошлого века, к настоящему времени изрядно эволюционировали. И у них есть много плюсов. Правда, есть и минусы. Попробуем кратко оценить этот тип двигателя в современных условиях и понять, почему американцы делают на него ставку.
ПВРД технически прост. Ему не нужен компрессор, ему не нужна турбина. Он использует для сжигания топлива атмосферный воздух, который сжимается путем элементарного перепускания на большой скорости. В этом плане ПВРД интереснее, чем ракетный двигатель, который должен нести с собой запас окислителя.
ПВРД получается идеальным двигателем для быстрого полета в атмосфере, а его простота позволяет взять больше топлива и за счет этого увеличить эффективную дальность полета.
Что в минусах? В принципе, минус один, но он приличный: ПВРД не способен создавать тягу «с нуля». То есть ракету с ПВРД необходимо сперва разогнать до скорости, на которой ПВРД будет эффективно работать. А это больше 2М.
Фото, демонстрирующее принцип ПВРД на советской зенитной ракете 3М8: тело ракеты и четыре разгонных ускорителя.
Вообще, чем выше скорость такого аппарата/ракеты, тем лучше работает прямоточный воздушно-реактивный двигатель, скорость будет наращиваться до момента, когда аэродинамические потери не станут значительным тормозящим фактором.
Именно по этой причине все современные ракеты с ПВРД, такие как «БраМос», 3М8, CIM-10 Bomarc, RIM-8 Talos, Meteor, Bristol Bloodhound используют в качестве первой разгонной ступени твердотопливные или жидкостные ускорители. Это изрядно увеличивает конструкцию, но так как приведенные примеры в основной своей массе зенитные ракеты (кроме ПКР «Брамос» и «Метеора» класса «воздух-воздух»), то на земле или корабле можно было бы примириться с размерами и весом ракеты в 2,5-3 тонны.
Но если речь идет о самолете, размер — это проблема. И здесь применение твердотопливного ПВРД вкупе с твердотопливным же ускорителем — не просто выход из положения, а, в принципе, следующая ступень развития.
В чем, как говорится, изюминка?
В том, что ракета с ПВРД реально может лететь дальше обычных ракет.
Для того чтобы это оценить, надо просто посмотреть на современные ракеты класса «воздух-воздух» в сравнении с «Метеором».
Р-77, MICA, AIM-120, PL-12 – разные производители, разные страны. Схожесть в двигателе: РДТТ, твердотопливный ракетный двигатель. Масса ракет колеблется от 110 до 180 кг, скорость 4 Маха, вес ВВ в боеголовке от 12 до 20 кг. Дальность полета 100-120 км (MICA меньше).
«Метеор». Обладает примерно теми же массогабаритными характеристиками, но вот дальность… Рабочая — да, примерно те же 110-120 км, а вот баллистическая… То есть та, которую вообще способна пролететь ракета. Здесь интересно: оценивается от 250 до 300 км. И это не шутка, это не похвальба.
В чем у нас разница между ПВРД и РДТТ?
Всего-навсего в окислителе. Не будем рассматривать сейчас составы и виды твердого топлива для ракетных двигателей, но они отличаются от топлива ПВРД наличием в нем окислителя. Ракетный двигатель, который несет на себе полный запас топлива и окислителя, может летать на любой высоте, вплоть до безвоздушного пространства. ПВРД может летать только в атмосфере, зато запас топлива для двигателя будет больше на количество окислителя для РДТТ.
Арифметика чистейшей воды и никакого мошенничества.
Ну и надо рассмотреть вплотную сам принцип работы ПВРД. Это полезно, потому как даст полную картинку для понимания и восприятия.
Процесс прост и совершенно не изменился за последние сто лет. В двигатель поступает воздух со скоростью полета аппарата, на входе в камеру сгорания воздух механически максимально замедляется, что вызывает возрастание давления и температуры. Далее поток сужается в сопле, рабочее тело достигает звуковой скорости, а вновь при расширении на выходе – сверхзвуковой. За счет того, что рабочее тело движется со скоростью, превышающей скорость встречного потока, внутри создается реактивная тяга. Всё очень просто и даже примитивно.
А в случае с твердотопливным ПВРД всё еще проще. Не нужны даже топливные форсунки и управляющая ими механика и электроника: в камере сгорания размещается горючее в виде цилиндрической такой шашки с центральным каналом, через который и проходит истечение рабочего тела с постепенным выгоранием топлива. То есть вообще красота примитива.
Топливо в ПВРД отличается по составу от применяемого в РДТТ. Если в ракетном двигателе большую часть состава топлива занимает окислитель, то в ПВРД он используется в небольших количествах для активирования процесса горения.
Что есть твердое топливо для ракетного двигателя? Порошок. Очень мелкий порошок, так называемый мелкодисперсный. Магний, алюминий, бериллий. Окисление этих металлов сопровождается выделением такого количества теплоты, которое не сравниться с теплотворностью окисления углеводородов.
Это, например, порошок магния
Наполнитель смесевого топлива ПВРД преимущественно состоит из мелкодисперсного порошка бериллия, магния или алюминия. Их теплота окисления существенно превосходит теплоту сгорания углеводородного горючего, что обеспечивает действительно хорошую скорость на всем диапазоне высот.
В качестве примера твердотопливного ПВРД можно привести маршевый двигатель крылатой противокорабельной ракеты «П-270 Москит». Изделие 3М80Е при массе в 4500 кг обеспечивало доставку БЧ массой 300 кг на расстояние 170 км со скоростью 3000 км/ч. И это в 1984 году.
Чем больше будет скорость полета, тем большим будет количество воздуха, попадающего в воздухозаборник двигателя, соответственно, большее количество кислорода будет проникать в камеру сгорания, что увеличивает расход топлива, тепловую и механическую мощность мотора, то есть тягу. Конечно, этот процесс не может увеличиваться бесконечно, его ограничивает и количество топлива, и пропускная способность воздухозаборника.
В общем, когда скорость полета приблизится к скорости реактивной струи, исходящей из двигателя, тяга начинает падать, миновав определенный максимум, при котором наблюдается оптимальная скорость полета. Поэтому предельной для сверхзвукового ПВРД считается скорость, равная М=5.
В наше время это весьма приличная скорость. К приличной скорости еще бы и приличную дальность, но вот с этим у американцев пока всё не очень хорошо. Несмотря на технологии и многолетний опыт работы, американские ракеты уступают российским.
Да, возможно, американские изделия весьма точны, не подвержены противодействию (подержите наш спирт — крик из лагеря РЭБ), у них есть еще какие-то положительные стороны… Но основной момент — это дальность и возможность точного наведения, и вот в этом плане американские ракеты уступают.
Модернизированная Р-37М с обычным РДТТ при весе в 600 кг спокойно доставляет боевую часть весом в 60 кг (1/10 от общей массы) со скоростью 6М на расстояние 300 км.
Проблема (не для нас!), но у Штатов нет ничего подобного. Единственная ракета в прошлом, которая могла бы соперничать с Р-37, AIM-54 «Феникс», увы, осталась в прошлом. А так ракета была по показателям сопоставима: 180 км пролетала со скоростью 5М и несла БЧ весом в те же 60 кг. Но сегодня в США ракета снята с вооружения и забыта.
А российская ничего. Летает. Несмотря на обычную схему двигателя. Вообще назвать Р-37М модификацией Р-37 – это все равно, что сказать про Су-35, что это модификация Су-27. Примерно такой же расклад. Р-37М – ракета, настолько сильно отличающаяся от первоисточника, что ее стоит считать отдельным изделием.
Другая ГСН, более современная, другой двухрежимный двигатель, который весьма перспективен: в таком двигателе топливо состоит из двух различных типов с различной плотностью. В двухрежимном двигателе с двойной тягой топливо, находящееся ближе всего к соплу ракеты, сгорает быстро, а топливо, расположенное дальше по корпусу двигателя, сгорает медленнее. Это дает ракете большую тягу на начальном этапе, быстро разгоняя ее до высокой скорости. А другая часть топлива, которая сгорает медленнее, поддерживает скорость полета, давая возможность двигателю работать дольше, то есть лететь дальше.
Химия пополам с физикой, но кто виноват, что американцам такое не по силам?
Получается не очень приятная ситуация: русские инженеры, физики и химики в состоянии сделать то, что не могут сделать американцы. Понятно, что секретные смеси, заставляющие ракету лететь на такие расстояния, — это предмет гордости и особой секретности всей страны, и в этом плане нам реально есть чем гордиться.
И полезность ракет большой дальности уже показали воздушные бои в небе Украины: сам противник признал поражение своих самолетов ракетами Р-37. Да, пуск такой ракеты очень сложно отследить, и чем больше дистанция пуска, тем проблемнее это сделать.
Увы для многих, но современный воздушный бой — это не «собачья свалка», когда самолеты выписывают самые разнообразные фигуры высшего пилотажа, поливая друг друга из пушек и пуская ракеты чуть ли не в упор. Нет, схема современного воздушного боя совершенно иная, и недавние воздушные бои ВВС Пакистана и Индии это подтвердили. Самолеты с весьма приличных расстояний запускают ракеты, одновременно стараясь сбить с толку самыми различными способами ракеты противника.
В недавнем крупномасштабном противостоянии ВВС Пакистана и Индии сошлись более сотни самолётов. «Висели» в районах, пускали ракеты, уворачивались. Итог? Вроде бы 15 сбитых по обеим сторонам фронта согласно рапортам, но на деле предъявили обломки одного «Рафаля» индийских ВВС.
Да и в небе Украины самолеты давно не клинчуют. Всё то же самое, вот только в распоряжении ВВС ВСУ нет ничего хотя бы отдаленно напоминающего Р-37М. А если еще и принять во внимание такой нюанс, что если Р-37 была «элитной» ракетой и нести ее мог только МиГ-31, то Р-37М стала попроще, и ее могут применять и Су-57, и Су-35, и даже Су-30.
То есть, на самом деле, это то, что называется вселенской печалью, ибо ракета, летящая на 300 км, — это проблема для той стороны, куда она летит. Действительно, если взять тот же Су-35, основной наш истребитель на ближайшие лет 10-15, то у него такой расклад: малозаметности, как известно, нет и не будет, зато есть мощнейший радар, способный подсвечивать цель на расстояниях, зачастую недоступных РЛС стран НАТО.
Цель с ЭПР 0,01 м² на встречных ракурсах «Ирбис» видит на дистанции 100 км, с ЭПР 0,1 м² на встречных ракурсах — до 160 км, с ЭПР 1 м² на встречных ракурсах — до 270 км. То есть наш самолет вполне в состоянии указывать на цель ракете до того момента, как в дело пойдет активная радиолокационная головка наведения.
Так что действительно возможный вектор развития на ближайшее десятилетие — максимально дальнобойные РЛС с ракетами максимально возможно большей дальности полета.
В этом плане ракеты с ПВРД смотрятся логично, но вот беда: такие ракеты будут уступать ракетам с РДТТ и по размерам, и по массе в том плане, что будут более тяжелые. Это для самолетов ну совсем неприятный аспект.
Но в чем проблема, почему американцы так упорно лезут за ПВРД? Это даже смотрится нелогично, существующие ракеты «земля-воздух» с ПВРД – монстры весом в 2,5-3 тонны, а «Метеор» (европейская ракета «воздух-воздух») хоть и отличается небольшим (около 200 кг) весом, но не отличается большой дальностью полета.
Напрашивается вывод о том, что сегодня ракетостроители США не в состоянии повторить успехи российских коллег. Всё, что можно было выжать из AIM-120D, на которую возлагались такие надежды, — это 180 км дальности при стартовом весе около 200 кг.
Да, авиационные ракеты вообще загнаны в определенные рамки размеров, но американские ракеты — это вообще головная боль по полной программе! Ведь что является главным фетишем, простите, козырем американской авиации? Правильно, малозаметность! То есть американские ракеты еще более ограничены размерами оружейных отсеков, длина которых составляет около 14 футов или 4,2 метра. Ракеты, которые могут размещаться в отсеке типа семейства AIM-120, имеют стандартную длину — 3,66 метра. Всё, что больше типа Storm Shadow и AGM-158 JASSM, размещается на внешних узлах подвески, а как мы знаем, это сводит на ноль все ухищрения по малозаметности.
В итоге: ракет, способных реально перешагнуть отметку в 200 км – нет. Потенциальных разработок, способных уйти за отметку 200 км и быть запиханными в оружейный отсек истребителя-невидимки F-35 или F-22 – нет.
И в такой ситуации работа с ПВРД, как было сказано выше, направленная на миниатюризацию ракет (именно для того, чтобы уложиться в требуемые 12 футов оружейного отсека) – возможно, единственный шанс для американцев.
Помните, как на заре эры «невидимок» различные иностранные ресурсы рассказывали, как самолеты-невидимки будут подходить чуть ли не в упор и как в тире расстреливать обычные самолеты? Вот ситуация с точностью до наоборот: это обычные российские и китайские самолеты будут с больших расстояний расстреливать американские самолеты, имея более дальнобойные радары и ракеты.
А тут еще такой нюанс: пуск ракеты с 200-300 км еще не всякая ОЛС засечет, так что еще большой вопрос, кто не увидит, как к нему финал подкрадется.
И получается, что малозаметный F-35 с его роскошной AN/APG-81 или еще более роскошной AN/APG-85… окажется не так эффективен, как Су-35СМ с «Ирбисом» и парой Р-37М под крыльями. И что с того, что AN/APG-81 увидит Су-35 с такого же расстояния, как «Ирбис» засечет F-35? А такой вариант совершенно не исключен, уже столько было сказано насчет того, что малозаметность и незаметность — это совершенно разные понятия.
И раз радары видят самолеты, а они будут видеть, у них работа такая, и если радары европейских истребителей просто прекрасно видят F-35, то «Ирбис», который является одним из самых мощных и дальнобойных РЛС в мире, тоже увидит. А вот AIM-120D против Р-37М не смотрится совершенно…
Разговоры о некоей дальнобойной ракете для ВВС США с дальностью полета аж в 400 км идут давно. Но на фоне череды оружейных неудач США они могут идти еще сколь угодно долго. Пусть идут своим чередом и разговоры, и работы. Мы не против.
То, что США обратились к идее ПВРД, говорит о том, что в работе с РДТТ что-то пошло не так. И обращение к теме ПВРД говорит именно о том, что американцам просто необходима ракета с дальностью полета хотя бы приблизительно такой же, как у российских и китайских самолетов. И – немаловажный момент – чтобы ее можно было размещать в оружейных отсеках современных самолетов.
И, пожалуй, ПВРД — это единственный шанс решения создавшейся проблемы. Исходя из того, что с РДТТ у американцев что-то не складывается.
Что ж, можно пожелать им удачи. Скрывая усмешку. Иной раз путешествие в прошлое действительно может изменить будущее. Посмотрим, насколько у них получится.
Информация