Angkatan Udara AS menguji X-51A Waverider, yang berhasil memperoleh kecepatan 5 kali kecepatan suara, dan mampu terbang lebih dari 3 menit, memecahkan rekor dunia yang sebelumnya dipegang oleh pengembang Rusia. Tes berjalan dengan baik secara keseluruhan, senjata hipersonik siap untuk balapan.
Pada tanggal 27 Mei 2010, X-51A Waverider (diterjemahkan secara longgar sebagai penerbangan gelombang, dan dalam "involuntary" sebagai peselancar) dijatuhkan dari pembom B-52 di atas Samudra Pasifik. Tahap booster X-51A, yang dipinjam dari roket ATCAMS yang terkenal, membawa Waverider ke ketinggian 19,8 ribu meter, di mana mesin ramjet hipersonik (GPRVD, atau scrumjet) dihidupkan. Setelah itu, roket naik ke ketinggian 21, 3 ribu meter dan mengambil kecepatan Mach 5 (5 M - lima kecepatan suara). Secara total, mesin roket bekerja selama sekitar 200 detik, setelah itu X-51A mengirim sinyal untuk menghancurkan diri sendiri sehubungan dengan pecahnya gangguan telemetri. Menurut rencana, roket seharusnya mengembangkan kecepatan 6 M (menurut proyek, kecepatan X-51 adalah 7 M, yaitu, lebih dari 8000 km / jam), dan mesin harus bekerja selama 300 detik.
Ujiannya tidak sempurna, tetapi ini tidak menghalangi mereka untuk menjadi pencapaian yang luar biasa. Waktu pengoperasian mesin melebihi rekor sebelumnya (77 detik) sebanyak tiga kali, yang dipegang oleh laboratorium terbang Soviet (kemudian Rusia) "Kholod". Kecepatan 5M pertama kali dicapai dengan bahan bakar hidrokarbon konvensional, dan tidak dengan beberapa "eksklusif" seperti hidrogen. Waverider menggunakan JP-7, minyak tanah dengan uap rendah yang digunakan pada pesawat pengintai berkecepatan sangat tinggi SR-71 yang terkenal.
Apa itu Scrumjet dan apa esensi dari pencapaian saat ini? Pada prinsipnya mesin ramjet (ramjet engine) jauh lebih sederhana daripada mesin turbojet (mesin turbojet) yang sudah tidak asing lagi bagi semua orang. Mesin ramjet hanyalah asupan udara (satu-satunya bagian yang bergerak), ruang bakar, dan nosel. Dalam hal ini lebih baik dibandingkan dengan turbin jet, di mana kipas, kompresor dan turbin itu sendiri ditambahkan ke skema dasar ini, ditemukan kembali pada tahun 1913, dengan upaya gabungan untuk menggerakkan udara ke dalam ruang bakar. Pada mesin ramjet, fungsi ini dilakukan oleh aliran udara yang datang itu sendiri, yang segera menghilangkan kebutuhan akan desain canggih yang beroperasi dalam aliran gas panas dan kesenangan mahal lainnya dari masa pakai turbojet. Akibatnya, mesin ramjet lebih ringan, lebih murah dan kurang sensitif terhadap suhu tinggi.
Namun, kesederhanaan datang dengan harga. Mesin aliran langsung tidak efektif pada kecepatan subsonik (hingga 500-600 km / jam tidak bekerja sama sekali) - mereka tidak memiliki cukup oksigen, dan oleh karena itu mereka membutuhkan mesin tambahan yang mempercepat peralatan ke kecepatan efektif. Karena kenyataan bahwa volume dan tekanan udara yang masuk ke mesin hanya dibatasi oleh diameter saluran masuk udara, sangat sulit untuk mengontrol daya dorong mesin secara efektif. Mesin Ramjet biasanya "diasah" untuk rentang kecepatan operasi yang sempit, dan di luarnya mereka mulai berperilaku tidak memadai. Karena kekurangan yang melekat pada kecepatan subsonik dan supersonik moderat ini, mesin turbojet secara radikal mengungguli pesaing aliran langsung mereka.
Situasi berubah ketika kelincahan pesawat keluar dari skala selama 3 ayunan. Pada kecepatan penerbangan tinggi, udara dikompresi begitu banyak di saluran masuk mesin sehingga kebutuhan akan kompresor dan peralatan lainnya hilang - lebih tepatnya, mereka menjadi penghalang. Tetapi pada kecepatan ini mesin ramjet supersonik SPRVD ("ramjet") terasa hebat. Namun, saat kecepatan meningkat, manfaat "kompresor" gratis (aliran udara supersonik) berubah menjadi mimpi buruk bagi perancang mesin.
Dalam pembakaran minyak tanah turbojet dan SPVRD pada laju aliran yang relatif rendah - 0,2 M. Ini memungkinkan Anda untuk mencapai pencampuran udara yang baik dan minyak tanah yang disuntikkan dan, karenanya, efisiensi tinggi. Tetapi semakin tinggi kecepatan aliran yang masuk, semakin sulit untuk mengeremnya dan semakin tinggi kerugian yang terkait dengan latihan ini. Mulai dari 6 M, aliran harus diperlambat 25-30 kali. Yang tersisa hanyalah membakar bahan bakar dalam aliran supersonik. Di sinilah kesulitan yang sebenarnya dimulai. Ketika udara masuk ke ruang bakar dengan kecepatan 2,5-3 ribu km/jam, proses menjaga pembakaran menjadi serupa, kata salah satu pengembang, dengan "mencoba menyalakan korek api di tengah topan. " Belum lama ini diyakini bahwa dalam kasus minyak tanah ini tidak mungkin.
Masalah para pengembang kendaraan hipersonik sama sekali tidak terbatas pada pembuatan SCRVD yang bisa diterapkan. Mereka juga perlu mengatasi apa yang disebut penghalang termal. Pesawat memanas karena gesekan terhadap udara, dan intensitas pemanasan berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan aliran: jika kecepatannya dua kali lipat, maka pemanasannya meningkat empat kali lipat. Pemanasan pesawat yang sedang terbang dengan kecepatan supersonik (terutama di ketinggian rendah) kadang-kadang begitu besar sehingga menyebabkan kehancuran struktur dan peralatan.
Saat terbang dengan kecepatan 3 M, bahkan di stratosfer, suhu tepi masuk saluran masuk udara dan tepi depan sayap lebih dari 300 derajat, dan bagian kulit lainnya - lebih dari 200. Perangkat dengan kecepatan 2-2,5 kali lebih banyak akan memanas 4-6 kali lebih banyak. Pada saat yang sama, bahkan pada suhu sekitar 100 derajat, kaca organik melunak, pada 150 - kekuatan duralumin berkurang secara signifikan, pada 550 - paduan titanium kehilangan sifat mekanik yang diperlukan, dan pada suhu di atas 650 derajat, aluminium dan magnesium meleleh, baja melunak.
Pemanasan tingkat tinggi dapat diatasi baik dengan perlindungan termal pasif, atau dengan penghilangan panas aktif dengan menggunakan cadangan bahan bakar di kapal sebagai pendingin. Masalahnya adalah bahwa dengan kemampuan "pendinginan" minyak tanah yang sangat baik - kapasitas panas bahan bakar ini hanya setengah dari air - ia tidak mentolerir suhu tinggi dengan baik, dan volume panas yang perlu "dicerna" hanya raksasa.
Cara paling mudah untuk menyelesaikan kedua masalah (pembakaran dan pendinginan supersonik) adalah dengan meninggalkan minyak tanah demi hidrogen. Yang terakhir relatif mudah - dibandingkan dengan minyak tanah, tentu saja - terbakar bahkan dalam aliran supersonik. Pada saat yang sama, hidrogen cair, untuk alasan yang jelas, juga merupakan pendingin yang sangat baik, yang memungkinkan untuk tidak menggunakan perlindungan termal besar-besaran dan pada saat yang sama memastikan suhu yang dapat diterima di kapal. Selain itu, hidrogen memiliki tiga kali nilai kalor minyak tanah. Ini memungkinkan untuk menaikkan batas kecepatan yang dapat dicapai hingga 17 M (maksimum pada bahan bakar hidrokarbon - 8 M) dan pada saat yang sama membuat mesin lebih kompak.
Tidak mengherankan bahwa sebagian besar pesawat hipersonik pemecah rekor sebelumnya terbang dengan tepat menggunakan hidrogen. Bahan bakar hidrogen digunakan oleh laboratorium terbang kami "Kholod", yang sejauh ini menempati posisi kedua dalam hal durasi mesin scramjet (77 detik). Baginya, NASA berutang rekor kecepatan untuk kendaraan jet: pada tahun 2004, pesawat hipersonik tak berawak NASA X-43A mencapai kecepatan 11.265 km / jam (atau 9,8 M) pada ketinggian penerbangan 33,5 km.
Penggunaan hidrogen, bagaimanapun, menyebabkan masalah lain. Satu liter hidrogen cair beratnya hanya 0,07 kg. Bahkan dengan mempertimbangkan "kapasitas energi" hidrogen tiga kali lebih besar, ini berarti peningkatan empat kali lipat dalam volume tangki bahan bakar dengan jumlah energi yang tersimpan secara konstan. Hal ini menyebabkan menggembungkan ukuran dan berat peralatan secara keseluruhan. Selain itu, hidrogen cair membutuhkan kondisi operasi yang sangat spesifik - "semua kengerian teknologi kriogenik" ditambah kekhususan hidrogen itu sendiri - sangat eksplosif. Dengan kata lain, hidrogen adalah bahan bakar yang sangat baik untuk kendaraan eksperimental dan mesin potong seperti pembom strategis dan pesawat pengintai. Tetapi sebagai bahan bakar untuk senjata massal yang mampu berbasis pada platform konvensional seperti pembom atau perusak normal, itu tidak cocok.
Yang lebih signifikan adalah pencapaian pencipta X-51, yang berhasil melakukannya tanpa hidrogen dan pada saat yang sama mencapai kecepatan yang mengesankan dan indikator rekor untuk durasi penerbangan dengan mesin ramjet. Bagian dari rekor tersebut adalah karena desain aerodinamis yang inovatif - penerbangan yang sangat bergelombang. Penampilan sudut yang aneh dari peralatan, desainnya yang tampak liar menciptakan sistem gelombang kejut, merekalah, dan bukan badan peralatan, yang menjadi permukaan aerodinamis. Akibatnya, gaya angkat muncul dengan interaksi minimal dari aliran insiden dengan tubuh itu sendiri dan, sebagai akibatnya, intensitas pemanasannya menurun tajam.
X-51 memiliki pelindung panas suhu tinggi karbon-karbon hitam yang terletak hanya di ujung hidung dan di bagian belakang bagian bawah. Bagian utama tubuh ditutupi dengan pelindung panas suhu rendah putih, yang menunjukkan mode pemanasan yang relatif lembut: dan ini pada 6-7 M di lapisan atmosfer yang cukup padat dan penyelaman tak terhindarkan ke troposfer ke target.
Alih-alih "monster" hidrogen, militer Amerika telah memperoleh perangkat yang ditenagai oleh bahan bakar penerbangan praktis, yang segera membawanya keluar dari bidang eksperimen lucu ke ranah aplikasi nyata. Di hadapan kita bukan lagi demonstrasi teknologi, tetapi prototipe senjata baru. Jika X-51A berhasil melewati semua tes, dalam beberapa tahun pengembangan versi tempur penuh X-51A +, yang dilengkapi dengan pengisian elektronik paling modern, akan dimulai.
Menurut rencana awal Boeing, X-51A + akan dilengkapi dengan perangkat untuk identifikasi cepat dan penghancuran target dalam kondisi oposisi aktif. Kemampuan untuk mengendalikan kendaraan menggunakan antarmuka JDAM yang dimodifikasi yang dirancang untuk menargetkan amunisi presisi tinggi berhasil diuji selama tes awal tahun lalu. Pesawat gelombang baru sangat cocok dengan dimensi standar untuk rudal Amerika, yaitu, cocok dengan aman ke perangkat peluncuran vertikal kapal, wadah peluncuran transportasi, dan ruang pengebom. Perhatikan bahwa rudal ATCAMS, dari mana tahap booster untuk Waverider dipinjam, adalah senjata operasional-taktis yang digunakan oleh sistem roket peluncuran ganda MLRS Amerika.
Jadi, pada 12 Mei 2010, di atas Samudra Pasifik, Amerika Serikat menguji prototipe rudal jelajah hipersonik yang sepenuhnya praktis, dilihat dari pengisian yang direncanakan, yang dirancang untuk menghancurkan target darat yang sangat terlindungi (kisaran perkiraan adalah 1600 km). Mungkin, seiring waktu, yang permukaan akan ditambahkan ke mereka. Selain kecepatan yang luar biasa, rudal semacam itu akan memiliki kemampuan penetrasi yang tinggi (omong-omong, energi benda yang dipercepat hingga 7 M praktis setara dengan muatan TNT dengan massa yang sama) dan - properti penting dari gelombang yang tidak stabil secara statis - kemampuan manuver yang sangat tajam.
Ini jauh dari satu-satunya profesi senjata hipersonik yang menjanjikan.
Pada akhir 1990-an, laporan dari NATO Space Research and Development Advisory Group (AGARD) mencatat bahwa rudal hipersonik harus memiliki aplikasi berikut:
- mengalahkan target musuh yang dibentengi (atau terkubur) dan target darat yang kompleks secara umum;
- Pertahanan Udara;
- penaklukan supremasi udara (rudal semacam itu dapat dianggap sebagai sarana ideal untuk mencegat target udara yang terbang tinggi pada jarak jauh);
- pertahanan anti-rudal - pencegatan peluncuran rudal balistik pada tahap awal lintasan.
- gunakan sebagai drone yang dapat digunakan kembali baik untuk menyerang target darat maupun untuk pengintaian.
Akhirnya, jelas bahwa rudal hipersonik akan menjadi penangkal paling efektif - jika bukan satu-satunya - terhadap senjata serangan hipersonik.
Arah lain dalam pengembangan senjata hipersonik adalah penciptaan mesin scramjet propelan padat berukuran kecil yang dipasang di proyektil yang dirancang untuk menghancurkan target udara (kaliber 35-40 mm), serta kendaraan lapis baja dan benteng (ATGM kinetik). Pada tahun 2007, Lockheed Martin menyelesaikan tes prototipe kinetik anti-tank rudal CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Rudal seperti itu pada jarak 3400 m berhasil menghancurkan tank T-72 Soviet, dilengkapi dengan pelindung reaktif yang ditingkatkan.
Di masa depan, desain yang lebih eksotis mungkin muncul, misalnya, pesawat transatmosfer yang mampu melakukan penerbangan suborbital pada jangkauan antarbenua. Manuver hulu ledak hipersonik untuk rudal balistik juga cukup relevan - dan dalam waktu dekat. Dengan kata lain, dalam 20 tahun ke depan, urusan militer akan berubah secara dramatis dan teknologi hipersonik akan menjadi salah satu faktor terpenting dalam revolusi ini.
