Хиперзвукова надпревара

Оръжията са най-страшното нещо, което човешкият ум може и е създавал някога. Те обаче са и един от най-големите двигатели на иновации през хилядолетията. Голяма част от настоящия прогрес дължим на най-кървавия конфликт в историята – Втората световна война. Благодарение на него в момента имаме реактивни самолети и респективно двигатели, масов автомобилен превоз, компютрите, атомната енергия и много други постижения могат да бъдат проследени до него. Интернетът също е военна разработка, както мобилните телефони и много, много други.

Надпреварата във въоръжението е нож с две остриета. Доста често това е един от първите по-очевидни признаци за предстоящ голям конфликт. Двете световни войни са предшествани от подобни действия между основните суперсили. От друга страна, това е един от най-силните стимули за развитие на конкретна технология. Да, първоначално тя ще намери военно приложение, но после няма да бъде проблем, да бъде адаптирана и за граждански цели.

За първи път от края на Студената война имаме истинска и явна надпревара във въоръжението. В която трите основни сили в света имат сравнително равно участие и доста бърз напредък. Това е в сферата на т.нар. хиперзвукови оръжия. Какво представляват те, защо са толкова важни и как ще променят баланса на силите по света, ще разгледаме в следващите редове

Свръхзвукови срещу хиперзвукови оръжия

Повечето от вас сигурно са чували за понятието свръхзвукова скорост. За такава се приема, когато дадено нещо (обект, частица и пр.) се движи по-бързо от звука. Границата между дозвуковата и свръхзвуковата скорост не е константна величина, защото тя зависи от определени условия. Фактори, като надморска височина, температура и влажност на въздуха играят съществена роля в това, с каква скорост ще се разпространява звука. Възприето е, че при морското равнище и температура от 20 градуса, тя е около 1 236 км/ч и се обозначава със стойността Мах 1. Два пъти скоростта на звука е Мах 2, три пъти – Мах 3 и тн.

Хиперзвуковите скорости са тези, които са над Мах 5. Тоест, даден обект се движи с пет и повече пъти скоростта на звука. Говорим за около 6 174 км/ч или 1 715 м/с. В света на оръжията, повечето са свръхзвукови. Например, куршумите изстреляни от карабините или снарядите от оръдията обикновено развиват около и дори над Мах 3. Повечето изтребители и бойни самолети достигат максимални скорости от около Мах 1.5-2.5, като рекордьорът е SR-71 Blackbird (разузнавателен самолет) със своите Мах 3.3-3.5.

Най-близо до хиперзвуковите оръжия са ракетите въздух-въздух. Тъй, като те трябва да могат да настигат и прехващат противниковите самолети, скоростта им обикновено е между Мах 3 и 4. Другите видове могат да бъдат дозвукови или в някои случаи да достигат около Мах 2.

Видове и история

Новите оръжия могат да бъдат класифицирани в три основни категории – балистични, планиращи и крилати ракети. Ако трябва да бъдем точни хиперзвукови бойни системи има реално на въоръжение в някои страни от десетилетия. Това са именно балистичните и квази-балистични (или тактически) ракети.

Те имат висока парабола на полета и особено първия подтип нпауска пределите на гъстите слоеве на атмосферата. След което, бойната глава (или глави, ако има няколко) се забива от много голяма височина към Земята. Именно в последната фаза на полета те развиват хиперзвукова скорост, която може да достигне до внушителните стойности от Мах 17-20.

При тактическите балистични ракети, параболата не достига космически височини. Скоростта на обратно спускане е и значително по-ниска, но в крайната фаза отново може да достигне хиперзвукови стойности. Като например руската „Искандер-М“, която постига терминална скорост от около Мах 6-7.

Проблемите на балистичните ракети са няколко. Първият е, че само крайната фаза на полета се осъществява с хиперзвукова скорост. Вторият е, че те до голяма степен имат предвидима траектория и въпреки, че бойна глава в терминална фаза не е най-лесната цел, тя все пак може да бъде прехваната и унищожена. Третият проблем е, че концептуално по-трудно се насочват прецизно тези системи.

Точно тези предизвикателства карат суперсилите в момента да се концентрират върху другите две концепции за хиперзвукови оръжия. Първата са планиращите бойни глави, което е вариация на балистичните ракети. Разликите обаче са няколко – не се постига висок космически зенит на полета, а малко след напускането на ракетата на плътната част на атмосферата тя отделя планиращата бойна част. Както името ѝ подсказва оттам насетне тя не се забива в земята, а планира. С което стигаме и до основното ѝ предимство пред балистичните ракети – през по-голямата част на фазата, бойната глава може да маневрира. Това я прави по-трудно предвидима, както за нейната цел, така и за унищожаването ѝ във въздуха.

Вторият тип хиперзвуково оръжие, което е обект на разработка в момента са подобни варианти на крилати ракети. Те са сходни като предназначение и характеристики с едноименните подобни системи. Разликата е, че последните развиват дозвукови (някои и ниски свръхзвукови) скорости, докато новите оръжия трябва да са хиперзвукови.

Критично значение

Предимствата на новите оръжейни системи са няколко. Хиперзвуковата скорост прави времето от изстрелване до достигане на целта изключително кратко. Полетът на дозвуковите крилати ракети може надмине 2 часа при максимална дистанция на поразяване, например. Съкращаване на това време може да гарантира, че целите няма да се преместят ако са мобилни или ако това стане ще са в рамките на периметър, който лесно ще може да се коригира.

Високата скорост дава няколко предимства. Първото е, че прелита над вражеската територия изключително бързо, което намалява значително времето за реакция на противовъздушната отбрана (ПВО). От засичане до прехват може да са необходими секунди, което изисква все по-модерни системи за ПВО.

Хиперзвуковата скорост също така прави уцелването на бойната глава много по-трудно. Модерните отбранителни системи едва наскоро започнаха да стават ефективни срещу свръхзвукови муниции, като това им отне близо половин век, докато се усъвършенстват до степен в която да могат да унищожават такива заплахи с висока успеваемост. Хиперзвуковите боеприпаси ще подложат ПВО оръжията на ново изпитание. Според доста експерти, в момента няма ефективна отбрана срещу подобен тип въоръжение.

Предизвикателствата

Изграждането на подобни системи има своите технологични предизвикателства. Те идват от изискването на полета на новите оръжия да преминава почти или напълно в рамките на плътните слоеве на атмосферата. Това създава два огромни проблема – как може да се развие и поддържа хиперзвукова скорост при по-плътна среда и как да се преодолее огромното триене и температура, които ще се създадат вследствие на това.

Решаването на първия става чрез избора за задвижване. Има две решения, едното е да се използват твърдогоривни двигатели като тези на балистичните ракети. Тук проблемът е, че те са обемни и изискват доста гориво за това. Което прави пускането им от тактически изтребители или по-малки кораби по-трудно.

Второто решение за задвижването е ползването на реактивни двигатели тип „рамети“ (ramjet). Те не разполагат с въртящ се компресор, който да засмуква въздуха, което ги прави по-опростени и ефективни. Раметите постигат скорости между Мах 3 и 6, но изискват ракетата вече да е в движение, за да могат да заработят. Това налага тя да бъде пусната от боен самолет с висока скорост или да се задвижи от ускорител, ако се изстрелва от повърхността или от по-бавен изтребител.

По-големият проблем е решаването на топлинният фактор. Тук решенията трябва да са комплексни. От една страна е ключово проектирането на ракетата с най-оптималната форма – хем да е аеродинамична, хем да разпределя триенето в различни точки, за да не се загрява прекалено много. От друга са важни и самите материали от които бойната глава или цялата система е направена. Въпреки наличията на различни решения, намирането на най-ефективното и балансирано такова е трудна задача. Това важи при проектирането и на двете типове системи – планираща и крилата.

Първите на въоръжение

Предвид изброените по-горе проблеми, първите хиперзвукови оръжия, които са приети на въоръжение са модифицирани за въздушен пуск квазибалистични ракети. Те разполагат с първа степен с двигател с твърдо гориво и бойна глава, която да има планиращи характеристики.

Първата такава е руската Х-47М2 Кинжал. Това е дълбоко модернизирана „Искандер-М“, която е оптимизирана за пускове от тежкия изтребител МиГ-31 и бомбардировача Ту-22М. Промените са оптимизация на тялото за въздушен пуск, добавяне на малки стабилизиращи крила и др. Основната модернизация е при бойната глава, като се знае за подмяна на насочващата система и потенциално добавяне на планиращи възможности. За разлика от своята наземна версия, „Кинжал“ има обсег от 2 000 км и развива скорост от Мах 10 до Мах 12. Първата част, която е екипирана с тази ракета е съставена от 10 МиГ-31 в края на 2017 г.

САЩ и Китай също планират да приемат на въоръжение подобни междинни системи. Първата държава активно тества AGM-138A, а втората DF-17. Това са балистични ракети изстрелвани от тежки бомбардировачи с планиращи бойни глави. Предполага се, че подобно на „Кинжал“ и те са приети на въоръжение и се изпитват активно, но са в ограничено количество за момента. САЩ също така вкараха в рамките на няколко години и първите квазибалистични ракети с хиперзвукови бойни глави на въоръжение през 2021 г.

Една от причините руснаците да са първи в това отношение е, че през последните десетилетия те запазиха разработването на квазибалистични ракети, макар и с изкуствено занижени характеристики. Последното се налагаше, заради международните договори за ограничаване на стратегическите ядрени оръжия. САЩ също са обект на тези споразумения, но те се концентрираха повече върху дозвуковите крилати платформи и стелт материали и затова се забавиха с няколко години в пускането на първите хиперзвукови оръжия, базирани на квазибалистични ракети.

Друга причина е, че Вашингтон се оттегли от договора за забрана на разработването на противоракетни защитни системи (ABM) през 2002 г. и започна активно да разработва оръжия, които да унищожават балистичните ракети в първите фази на полета. Това, според Москва е накарало Русия да се фокусира силно върху хиперзвуковите оръжия. Затова Кремъл, показа и планиращата бойна глава „Авангард“ през 2018 г. За нея не се знае много, освен, че е приета на въоръжение през 2018 г. и се използват наземни балистични системи за извеждането ѝ.

Новите разработки

Както виждате, в рамките на няколко години, трите основни сили започват да разполагат с хиперзвукови оръжия, които да са готови за употреба. Засега те са базирани на по-познати и развити технологии, като балистични системи с двигатели с твърдо гориво. По-сложни са крилатите ракети, които да развиват подобни скорости. Те трябва да са с двигатели тип „рамети“, но и със специална форма на бойната глава, за да може да се постигне необходимия баланс между аеродинамика и разпределение на нагряването.

Руснаците имат леко предимство тук по отношение на ракетите с рамети, като от десетилетия разработват свръхзвукови крилати такива. Тяхното предназначение основно е да са „унищожители на самолетоносачи“ и за да преодолеят зенитния огън трябва да са бързи.

САЩ обаче задават дизайнерския подход при хиперзвуковите крилати ракети с експерименталния X-51 Waverider на Boeing. Системата е в разработка от 90-те години на миналия век, но едва през 2005 г. започва реалното проектиране. Тя представлява двустепенна ракета. Първата ползва твърдогоривния двигател от квазибалистичната ATACMS, а втората вече е задвижвана от рамета. След различни премеждия, технологични и политически (част от програмата е прекратена през 2008 г.), тестовата ракета полита през 2010 г. и постига скорост от Мах 5. Изпитанията продължават до 2013 г., след което Вашингтон не доразвива идеята.

X-51 Waverider се оказва еталон за разработването на хиперзвукови крилати ракети. Руската 3М22 „Циркон“ влиза в изпитания точно през 2013 г. Тя така и не е показана публично, но по макети и концептуални модели изглежда като пълно копие на щатската експериментална система. Застъпването във времето между двете програми също подсказва, че руснаците може да са „заели“ дизайна. „Циркон“ продължава да се тества в момента, като според Кремъл засега процесът е успешен, но има доста проблеми да се изчистят. Плановете на Москва са, ракетата да бъде приета на въоръжение през следващата 2022 г., но практиката показва, че при руснаците намеренията и действията доста често се разминават.

САЩ и Китай засега не са обявили планове или потенциални модели, които да влязат на въоръжение при тази концепция. Предвид опита на Вашингтон с X-51 Waverider, няма да се учудим скоро да видим и негова бойна версия. Такава може да бъде все още концептуалната HAWC, която беше показана през 2020 г. Китайците също не обичат да изостават, затова шансът те да последват руснаците е голям.

Орбитален пъзел

Като споменахме азиатската държава, тя през последната половин година експериментира с няколко мистериозни хиперзвукови системи. Китай успешно е изстреляла няколко планиращи бойни глави през 2021 г. При една от тях, различни източници на западното разузнаване спекулират дали няма друго предназначение. Вместо планиращата хиперзвукова част да играе роля и на бойна глава, тя е пуснала отделни боеприпаси по време на самия полет. Тоест, е влязла в ролята на бомбардировач.

Щатският генерал-лейтенант Чейнс Салцман коментира, че новата китайска разработка не е навлязла напълно в атмосферата, а се е „плъзнала“ към фракционна орбита. Традиционно при нея обектът има траектория за такава, но не прави пълна обиколка на Земята, а след време навлиза в атмосферата. Спекулацията е тук, че заради хиперзвуковата скорост и други технически иновации, китайците са успели да постигнат по-дълъг и контролиран полет около планетата.

Ако това е така, то може да се поспори дали, Пекин не планира да разположи ядрени оръжия в околоземна орбита. Това е забранено от международните спогодби, които са подписани от САЩ, Русия и Китай. Същото обаче може да се спекулира и за Вашингтон, покрай тестовете на експерименталния и обвит в секретност X-37 на Boeing. Който тихомълком постигна 780 дни на полет около Земята. По дизайн той може да носи и полезен товар, разположен в отсек с размери 2.1 на 1.2 метра.

Във всички случаи сме свидетели на реална надпревара във въоръжението. Хиперзвуковите ракети може да се окажат основната система с нападателни възможности, но да се надяваме, че ще постигнат възпиращ ефект. По-опасното е, ако покрай тях не видим и потенциално бойно използване на космоса и орбитата около планетата.