Військовий гиперзвук на водневої тязі — винищувачі шостого покоління

88

Якийсь час чисті водневі силові установки будуть сусідами і з традиційними двигунами, як коли-то коні уживалися з першими двигунами внутрішнього згоряння.
Але майбутнє вже вирішено.

Росія готова до прориву для переходу до техніки шостого покоління
В даний час розвиток традиційного військового літакобудування досягло природного стелі використовуваних технологій. Важко уявити собі щось принципово нове, що не вкладається в сотні разів відпрацьований магістральний тренд створення платформ ударних винищувачів та інших бойових літаків. Анонсований перехід від п’ятого до шостого покоління ВВС має поповнитись ще більш досконалою авіонікою і системами озброєння, а також іншим рівнем активної/пасивної захисту борту… Звичайно, використання штучного інтелекту і нових композиційних матеріалів здатне підняти справу виробництва інноваційних починань на раніше недоступну висоту.
Тим не менш, якщо порівняти цей вид інженерного творення з несподіваним, хоча, схоже, і ретельно підготовленим, проривом, якого домоглися росіяни в галузі ракетобудування (мова йде про системах «Авангард», «Кинджал» та інших), то стає очевидним відсутність принципово нового в літакобудуванні двадцять першого століття. Доведення ЛТХ і ТТХ бортів до неймовірної висоти не дозволить змінити стратегію їх використання — в самій конструкції природним шляхом закладені гранично допустимі величини швидкості, скритності, застосування (тобто динамічний і практичний стеля тієї чи іншої машини).
Военный гиперзвук на водородной тяге - истребители шестого поколения Гиперзвук,оружие,Россия
Ракетний комплекс «Авангард».
Для досягнення якісного іншого результату і переходу дійсно до техніки шостого покоління потрібно було вирішити завдання докорінної зміни силової установки нової моделі. Цікаво, що знову-таки саме Росія готова в даний час сказати своє вагоме слово в цій галузі.
Крок вперед — створення нового двигуна для ВПС
У бойовій авіації традиційно використовується тільки один тип рушія — атмосферний, що використовує в якості палива гас. У ракетобудуванні, будь то космічному або бойовому, застосовуються прямоточні двигуни, що дозволяють виходити за межі земної атмосфери в ближній космос. В області застосування винищувачів не раз поставало питання про такої конструкції, яка з однаковим успіхом могла б переміщатися в безповітряному просторі на навколоземній орбіті, так і при нормальному польоті в атмосфері.
Цілком очевидно, що для досягнення таких результатів необхідно придумати якийсь гібрид між ракетним і літаковим двигунами. І, в принципі, такий пристрій було придумано і виготовлено саме в нашій Вітчизні.
Можна сміливо стверджувати, що кріогенна авіація «народилася» в СРСР у сімдесятих-вісімдесятих роках минулого століття. Після довгих теоретичних робіт вдалося довести, а потім і практично обґрунтувати можливість масового використання водневого палива в авіації. У ті роки сталося несподіване подорожчання викопного сировини на світовому ринку, звідки з новою силою постала проблема переходу на інші джерела енергії.
Военный гиперзвук на водородной тяге - истребители шестого поколения Гиперзвук,оружие,Россия
АЛ-31Ф турбореактивний двоконтурний авіаційний двигун.
Російський водневий прототип ВС. Перший в світі
І ось 15 квітня 1988 року в ЛІІ ім. М. М. Громова пройшов цикл льотних випробувань цивільний експериментальний борт Ту-155, на який був встановлений двигун НК-88, який працював на водневому паливі. Виріб стало плодом багаторічної роботи команди двигателистов під керівництвом академіка Н.Д. Кузнєцова. Вся конструкція літального апарата була доопрацьована для використання під нову силову установку. На борту був змонтований резервуар для локалізації зрідженого водню температурою -253 градуси за Цельсієм. Крім того, для нормального функціонування виробу було потрібно спочатку розробити практично з нуля, а потім і застосувати гелієву систему для керування силовими установками, а потім і азотну — як запобіжні заходи на випадок витоку водню.
Після вдалих випробувань літак здійснив переліт за маршрутом Москва — Братислава — Ніцца і Москва — Ганновер. Цим прототипом було поставлено 14 світових рекордів. Власне, можна вважати, що саме тоді і з’явилася на світ так звана програма «Холод», а в подальшому — і «Холод-1».
Результатом майбутні на той момент досліджень повинен був стати повітряно-космічний борт Ту-2000. У ті роки настільки вдало відкрилася епопея освоєння нового — для авіації — виду палива була жорстко зупинена командою реформаторів.
Тим не менш, результати не пропали. Вони лягли в основу нових досліджень. Так з’явився на світ гіперзвуковий водневий двигун (ГППРД), випробуваний в Росії в 1992 році. По суті, цей агрегат не має прямого відношення до ПК-88, встановленому коли замість правого штатного двигуна на експериментальний Ту-155. Та давня розробка Н.Д. Кузнєцова була все-таки двоконтурним авіаційним двигуном, який нехай і використовував незвичайне паливо, але все ж був призначений працювати в межах тих же висот, що й його класичні побратими, що літають на гасі. Але саме завдяки НК-88 вдалося довести, що аеродромне обслуговування такого роду літальних апаратів не представляє особливих проблем, а сам водень, за умови дотримання елементарних заходів безпеки — не більш небезпечний, ніж інші горючі речовини.
Военный гиперзвук на водородной тяге - истребители шестого поколения Гиперзвук,оружие,Россия
Літаюча лабораторія Ту-155 з двигуном НК-88.
Останнім аргументом, який і досі не має позитивного рішення в силу об’єктивних економічних причин, є витратність самого промислового процесу електролізу, за допомогою якого і отримують необхідний водень. Згідно з техніко-економічними викладками, виходить, що в умовах громадянського застосування водень невигідний, так як повна собівартість його виробництва, зберігання і перевезення перевищує позитивний економічний ефект. Базові моделі, якими люблять оперувати опоненти кріогенної авіації, показують, що на 1 джоуль енергії, отриманої від спалювання такого виду палива, доведеться витратити від 4 до 12 джоулів енергії для забезпечення виробничого циклу. На сьогодні проблема підвищеної енергоємності по виробництву водню так і не вирішена.
Вихід з гравітаційного «колодязя» нашої планети
Але те, що стало вироком для цивільної сфери, по суті ніяк не відбилося на можливому військовому аспекті «водневого» проекту. Для винищувальної авіації співвідношення затрат та економічного ККД, що обчислюється у грошових одиницях, грає лише другорядну роль.
Тому в 1992 р., вже через 4 роки після польоту Ту-155, на полігоні був випробуваний ГПВРД — гіперзвуковий водневий двигун, який став принципово новим словом для масового виходу винищувальної (і не тільки) авіації з гравітаційного «колодязя» нашої планети.
Попередні стендові випробування прототипу — Гіперзвуковий літаючої лабораторії — були проведені в ЦІАМ. Роботами в ті роки керували Ст. А. Сосунов, Н. В. Курзинер і Д. А. Городників. Пам’ятається, дітище вийшло справді оригінальним. До швидкостей від 3 до 5 Махов двигун працював як звичайний прямоточний. У разі перевищення цієї граничної величини автоматика змінювала місця подачі палива в камеру згоряння, і агрегат перетворювався в гіперзвуковий. Всього в ті роки було виконано 7 польотів при досягненні вельми втішного результату — стійкої швидкості переміщення об’єкта в 5,6 Маха.
У зв’язку з цим у 2005 році на МАКС на одному з російських стендів був представлений макет гіперзвукового літального апарату «Голка».
Военный гиперзвук на водородной тяге - истребители шестого поколения Гиперзвук,оружие,Россия
Макет гіперзвукового літального апарату «Голка».
Згідно заявленим характеристикам, такий апарат з екіпажем на борту або в режимі безпілотника сягає за 50 секунд швидкості 14 Махов! Варто все-таки уточнити, що досі, тобто через 14 років, фахівці поки вважають більш реалістичною цифру в 5-7 М. Такий апарат цілком здатний стати тим самим низкоорбитальным винищувачем, здатним функціонувати в режимі «атмосфера-ближній космос».
Водневий винищувач шостого покоління
Таким чином, виходить, що саме водневе паливо, на якому працює російський прототип двигуна, дозволяє розвивати позамежні швидкості і впритул підійти до створення нового класу машин шостого покоління. За попередніми оцінками деяких фахівців, не виключено, що вже в 2025 році ми побачимо в металі новий вид бойової машини, що працює на чистому криогенному паливі.
До речі:
Стратегія ж застосування таких космічних ударних винищувачів була розроблена ще за часів Третього рейху. Перед заходом нацистської імперії в Берліні вже вміли робити суцільнометалевий літак з реактивним двигуном (проект Юнкерс Ju-287) і навіть із зворотного стреловидностью крила. Наступним кроком, за задумом нацистських стратегів, повинен був стати апарат, здатний працювати на суборбітальній висоті. Недосяжний для ППО, він міг досягати віддалених точок Земної кулі і наносити страшні удари за допомогою ядерної зброї.
У нашу еру безпілотників бойове застосування машин, що працюють у близькому космосі, може полягати у веденні «зграї» дронов, підкоряються роевому штучного інтелекту.
Цивільне застосування кріогенної авіації
Цікаво, що Росія не робить таємниці зі своїх досліджень і працює над проектом пліч-о-пліч з європейським співтовариством — принаймні, в значному обсязі намічених для обов’язкового проведення робіт. Проект Гіперзвуковий літаючої лабораторії HEXAFLY-INT (High-Speed Experimental Fly Vehicles — INTernational) розробляється міжнародною корпорацією RUMBLE, створеної спільно Росією та Францією. В колективі присутні фахівці з Dassault Aviation, КБ Туполєва, ЦАГІ і МАІ.
Военный гиперзвук на водородной тяге - истребители шестого поколения Гиперзвук,оружие,Россия
Проект Гіперзвуковий літаючої лабораторії HEXAFLY-INT.
Важливо відзначити, що в якості силової установки всі учасники визначили консенсусом саме водневий двигун. Швидше за все, він стане доопрацьованій версією того самого ГППРД, випробуваного в далекому 1992 році.
В даний час інженери вирішують найважливіший питання подолання звукового бар’єру при збереженні енергетичної ефективності апарату, але й обов’язкове зниження акустичного ефекту. Але все ж і, швидше за все, HEXAFLY уособлює громадянське напрямок досліджень, що розвивається паралельно з оборонним концептом.
До речі, можна відзначити, що в КБ Сухого ще 13 років тому інженери з спеціального відділу, що працює над проблемою гіперзвукових конструкцій, розповідали, що відповідна аеродинамічна модель вже прорахована. Тобто майже півтора десятиліття тому вже тоді в Росії вміли мінімізувати акустичний ефект для цивільного застосування. Адже саме страшний «грім з неба» завадив подальшої експлуатації і франко-британський «Конкорд» (хоча той літав переважно в Нью-Йорк, тобто над Атлантикою), і його російського побратима Ту-144.
Военный гиперзвук на водородной тяге - истребители шестого поколения Гиперзвук,оружие,Россия
Ту-144 — радянський надзвуковий пасажирський літак.
І в Австралії, стурбованої боротьбою за чистоту навколишнього середовища, і в США існують аналогічні проекти «електричних» літаків на водневих клітинках, набагато більш близьких першого прототипу Туполєва, ніж гиперзвуковая лабораторія з її безмежними швидкостями.
Справа в тому, що навіть і в розвиненій частині світу попит на «чисті» двигуни, здатні переносити на невеликих швидкостях пасажирів від точки до точки, досить великий. Так, власне, і народився американський проект One Element. Його мета — створення малозатратного екологічного вантажопасажирського літака, обслуговуючого другорядні напрямки. У чому-то мова йде про аналог улюбленого росіянами Ан-2 (або більше нового Ан-3).
Схоже, що на планету і, насамперед, у ВПС розвинених країн остаточно прийшов століття чистих водневих силових установок. Якийсь час вони будуть сусідами і з традиційними двигунами, як коли-то коні уживалися з першими двигунами внутрішнього згоряння. Але майбутнє вже вирішено.