Обдали «Холодом»: как Советский Союз выиграл гиперзвуковую гонку у США

Американское руководство вновь показало свое лицемерие по отношению к России. Заявления помощника президента США Болтона о том, что новейшие российские разработки гиперзвукового оружия в значительной степени состоят из «украденных» американских технологий, — двойная ложь. Все обстоит ровно наоборот: гиперзвуковые разработки Америки базируются на советских открытиях.

Сначала немцы

В середине 1940-х годов гитлеровская Германия, казалось, заглянула «за горизонт событий». Ей удалось предвосхитить и даже отчасти реализовать в металле массу прорывных технических концепций, несколько из которых впоследствии определили облик второй половины XX века, а парочке которых, возможно, предстоит стать и новыми технологическими прорывами XXI века.

Одной из таких разработок была «Серебряная птица» австрийского ученого Эйгена Зенгера, которая стала первым детально проработанным проектом суборбитального гиперзвукового бомбардировщика. Взлетать Silbervogel должен был с громадной трехкилометровой рельсовой эстакады, на которой была установлена стартовая катапульта. После разгона на эстакаде бомбардировщик отделялся бы от тележки и, набирая высоту, включал жидкостной ракетный двигатель. После окончания работы двигателя конечная скорость самолета составила бы около 6,5 км/c, или же 21М.

«Махами», или буквами М, обозначают превышение летательным аппаратом скорости звука — и 21М скорости «Серебряной птицы» означал, что нацистский бомбардировщик мог бы лететь со скоростью, в 21 раз превышающей скорость звука. Такой полет был бы уже гиперзвуковым — гиперзвуком называется движение летящего тела в воздушной среде, которое идет со скоростями более 5М. Граница в 5М, которая отделяет сверхзвук от гиперзвука, выбрана неслучайно — именно при такой скорости в очередной раз радикально изменяется картина обтекания летательного аппарата окружающим воздухом. Вокруг гиперзвукового аппарата начинает бушевать настоящий воздушный вихрь, так как течение воздуха из спокойного, ламинарного, становится неустойчивым, турбулентным. Кроме того, в окружающем аппарат тонком пограничном слое воздух начинает сильно нагреваться и превращаться в плазму.

Впрочем, согласно замыслу Зенгера, на скорости 21М «Серебряная птица» должна была лететь очень недолго. После выхода за пределы атмосферы Земли гиперзвуковой самолет должен был несколько раз осуществить обратный «нырок», постепенно уменьшая свою скорость, но наращивая дальность полета. По расчетам, уже на первом «нырке» в атмосферу Silbervogel мог бы бомбить Москву, а на втором — долететь с территории Германии до Нью-Йорка или промышленных центров Урала.

Впрочем, в реальности самолет Зенгера не вышел из стадии проектирования. Наследие «Серебряной птицы», включая все расчеты и испытания натурных моделей, попало в руки как советских, так и американских специалистов.

Достичь — не значит лететь

Первым пилотом, совершившим суборбитальный полет на гиперзвуковом самолете, стал американский летчик Джозеф Уокер. Это удалось ему с помощью оригинальной разработки гиперзвукового самолета в США, которая получила наименование Х-15. В полете, который состоялся 19 июля 1963 года, Уокер достиг на Х-15 высоты 106 километров и формально оказался в «настоящем космосе», за пределами воображаемой «линии Кармана», которая отделяет атмосферу Земли от околоземного пространства. Через месяц, 22 августа 1963 года, Уокер улучшил свой рекорд, подняв X-15 на рекордную высоту 108 километров.

Х-15 во многом наследовал идее «Серебряной птицы», только вместо стартовой катапульты использовал «воздушный аэродром». Стратегический бомбардировщик В-52 был для Х-15 стартовой эстакадой, разогнанной до скорости чуть меньше скорости звука. Полеты Х-15 осуществлялись с 1959 по 1970 год. Всего Х-15 было осуществлено 192 полета, 13 раз гиперзвуковые самолеты Х-15 поднимались на высоты более 80 километров.

Максимальная скорость, которую удалось обеспечить на Х-15, составляла 6,72М, или же 7 274 км/час. Однако после ряда аварий и катастроф, в том числе и с человеческими жертвами, программа Х-15 была закрыта — и дальнейшие работы в США по гиперзвуку были на длительный период прекращены.

Закрытие программы было связано и с тем, что жидкостной двигатель Х-15 работал на капризной топливной паре аммиак — жидкий водород, и его устойчивой работы так и не удалось достичь. Кроме того, жидкостной двигатель (ЖРД), устанавливаемый на Х-15, был крайне неэффективным и работал всего около 80 секунд — его хватало на один «подскок» за пределы атмосферы, но даже до «ныркового» полета Silbervogel американский Х-15 никак не дотягивал.

Вторым столь же спорным и малоуспешным американским проектом гиперзвукового самолета оказался Х-20 Dyna Soar, чье название обозначало сокращенное dynamic soaring — «динамическое парение», что созвучно и слову «динозавр» на английском. Dyna Soar X-20 должен был стать продолжением и развитием самолета Х-15. Закидывать «Динозавра» в космос хотели ракетой «Титан», она же должна была вывести вместе с Х-20 разгонно-маневренный ракетный блок, который бы позволил «Динозавру» как выйти на истинную околоземную орбиту, так и совершать глубокие гиперзвуковые аэродинамические маневры в атмосфере Земли. В таких условиях полета X-20 был бы недоступен как для космического оружия, так и для средств обычного ПВО, нацеленного на работу по гораздо менее скоростным и гораздо менее высотным целям.

Dyna Soar Х-20 так и не увидел реального неба. После шести лет разработки проект Х-20 был свернут, а высвободившиеся силы были использованы для ряда других американских космических разработок, в частности — в лунной программе «Сатурн-Аполлон». Интересно, что первым пилотом «Динозавра» должен был стать некто Нил Армстронг, впоследствии ставший первым человеком на Луне.

Ну и, наконец, самым масштабным гиперзвуковым проектом в США стало создание «гиперзвукового лайнера» Х-30. Начатая в 1986 году разработка громадного гиперзвукового пассажирского (!) самолета Rockwell Х-30 была под стать всем американским 1980-м годам: взлетная масса — более 136 тонн, на уровне хорошего турбореактивного пассажирского самолета, длина фюзеляжа — почти что 50 метров, размах крыльев — 22 метра. Все непростые проблемы гиперзвукового полета на Х-30 предполагалось решить раз и навсегда. Чтобы сразу же оставить всех остальных в роли безнадежно догоняющих.

Однако грубая реальность поставила на маниловских планах США большой, жирный крест. Оказалось, что обшивка большей части фюзеляжа X-30 по расчетам должна была нагреться до 980°C, а максимальная температура конструкции, наблюдаемая в носовой части ракетоплана, на передней кромке крыла и в районе воздухозаборника двигателя была бы и того выше, доходя до 1650°C. Что, в общем-то, неудивительно — все-таки лететь на гиперзвуке приходится постоянно в облаке раскаленной плазмы.

Потом внезапно выяснилось, что в конструкции X-30 пришлось бы массово применять легкие, но в то же время жаростойкие материалы, такие как альфа- и гамма-алюминиды титана, углерод-углеродные композиты, титановые композиты с металлической матрицей и кремний-углеродными волокнами. Все эти материалы и тогда, и даже сейчас существуют лишь в единичных лабораторных экземплярах, а их цена выводила бы общую стоимость Х-30 просто-таки на космический уровень.

Но самая крупная проблема поджидала Х-30 в ином. Для «космического ракетоплана американской мечты» просто не оказалось подходящего двигателя!

На самом деле, нарисованный во всех рекламных проспектах красивый взлет Х-30 прямо с обычного аэродрома был чистейшей воды фикцией: ни в 1940-е годы у Зенгера, ни для летавшего Х-15, ни даже в 1980-е годы у компании Rockwell не было гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя (так называемого ГПВРД) который мог бы работать на скорости ниже 3М. Именно для этого всем гиперзвуковым самолетам нужны сложные стартовые эстакады, «воздушные столы» или собственные ракетные ускорители — их собственный двигатель хорош на гиперзвуке, но совершенно неэффективен при низких, взлетных и посадочных скоростях полета.

Советский прорыв

В США предполагалось провести первые летные испытания ГПВРД на гиперзвуковом исследовательском самолете Х-15, который мы упомянули в предыдущей части. Идея так и осталась неосуществленной, поскольку предназначенный для испытаний Х-15A с бортовым номером 56-6672 разбился в ноябре 1967 года, всего за несколько дней до запланированного полета с экспериментальным ГПВРД. В итоге натурные испытания ГПВРД в США были отложены в долгий ящик, а на фоне закрытия в 1970 году программы Х-15 — и вовсе прекращены.

В СССР для программы разработки собственного ГПВРД, которая началась в 1970-е годы, в качестве базовых конструкций для испытаний ГПВРД решено было использовать не ракетные самолеты (у СССР их попросту не было), а гораздо более доступные и дешевые зенитные ракеты. Старые зенитные ракеты можно было легко использовать в качестве стартовых ускорителей, которые бы разгоняли летательный аппарат с экспериментальным ГПВРД до нужной для устойчивой работы гиперзвукового двигателя минимальной скорости.

В качестве базовой ракеты для запуска аппарата с ГПВРД была использована снимаемая тогда с вооружения двухступенчатая зенитная ракета С-200. Экспериментальный гиперзвуковой аппарат, получивший название «Холод», устанавливался вместе с баком горючего и контрольно-измерительным комплексом на месте штатного боевого блока ракеты С-200.

Масштабность и сложность поставленной перед инженерами Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) задачи затянули испытания советского ГПВРД практически на десятилетие. Как показали последующие успешные стендовые испытания — это сыграло свою положительную роль, поскольку большая часть «детских болезней» советского ГПВРД была устранена еще на земле (в то время как американские разработки после ряда чувствительных неудач в тот же период просто сочли «бесперспективными»).

Наземные испытания двигателя «Холода» происходили в Тураевском филиале ЦИАМ, где расположена крупнейшая в Европе стендовая база для исследования гиперзвука. На уникальном стенде Ц-16ВК можно было проводить наиболее полную имитацию реальных высотно-скоростных условий при скоростях вплоть до гиперзвуковой скорости 6М.

На стендах были получены обширные данные о процессе горения горючего в сверхзвуковом потоке. Проверялись материалы, работоспособные в условиях теплонапряженного состояния по всему тракту ГПВРД — из-за использования жидкого водорода в качестве горючего различным частям двигателя в реальном полете надо было бы работать в диапазоне температур от -200°C до +2000°C. Были уточнены результаты расчетов экспериментальных исследований как для отдельных элементов конструкции, так и для всего двигателя в целом.

И вот — решающее испытание «Холода». На дворе — 28 ноября 1991 года, до официальной смерти СССР остается всего 10 дней! На полигоне Сары-Шаган в Казахстане у озера Балхаш проводятся первые натурные испытания советского ГПВРД. Кто знает, как бы повернулась дальнейшая судьба советского ГПВРД, если бы то самое решающее испытание не увенчалось бы хотя бы частичным успехом?

Но — удача благоволит крепким и испытанным конструкциям: «Холод» полетел. Уже на первых летных испытаниях была достигнута скорость 5,6М, а сама летающая лаборатория поднялась на рекордную высоту 35 километров, сравнимую с мировым рекордом настоящего сверхзвукового истребителя-перехватчика МиГ-25.

В последующих пусках «Холода», которые производились в период с 1991 по 1998 год, удалось достичь времени работы ГПВРД в 77 секунд и разогнать лабораторию до рекордной скорости 1 832 м/c, что соответствовало 6,41М. Гиперзвук был покорен — и впервые это сделал именно советский ГПВРД «Холод».

Американская помощь или успешный шпионаж?

Американцы же тем временем, поддавшись в 1980-х годах обаянию виртуальных концептов «гиперзвукового ракетоплана» Х-30 от Rockwell, который бы долетал из Далласа в Токио за два часа, внезапно осознали, что снова погнались за красивыми картинками, построив очередной «замок на песке» — гламурную обертку, под которой у них совершенно не было никакой реальной технологии. В итоге к началу 1990-х годов проект Х-30 был окончательно похоронен и стыдливо забыт.

А в реальности американцы начали работать над гораздо более скромным гиперзвуковым аппаратом Х-43A, который они стали запускать, как и многие другие гиперзвуковые аппараты, уже не с аэродрома, а с «воздушного стартового стола» — все того же проверенного бомбардировщика В-52. Кроме того, внезапно выяснилось, что несмотря на все усилия США по разработке собственного ГПВРД, их фактические достижения так и остались в районе недоделанного ГПВРД для ракетного гиперзвукового самолета Х-15 и сугубо виртуальных, никогда не реализованных в металле концепций Dyna Soar Х-20 и «космического ракетоплана» Х-30.

В итоге все 1990-е годы американцы стали действовать привычным им способом, просто покупая любые результаты, полученные на гиперзвуковом летательном аппарате «Холод» в уже независимой, но тогда ужасно безденежной России. Поэтому оказалось, что программа Х-43A, которая стала ключевой для всех последующих разработок американских гиперзвуковых аппаратов, по факту была построена отнюдь не на собственных американских разработках, а на позаимствованной у СССР и России технологии из проекта «Холод».

В середине 2000-х годов, на фоне выхода США из договора о ПРО, сотрудничество между Российской Федерацией и США в вопросе гиперзвуковых аппаратов было в значительной мере свернуто. На этом фоне американцы к середине 2000-х годов все-таки добились устойчивых результатов на своем Х-43А. После неудачи первого пуска, второй полет гиперзвукового аппарата уже прошел в устойчивом режиме. В третьем полете, который случился 16 ноября 2004 года, гиперзвуковая лаборатория Х-43А показала рекордную скорость 9,6М (11 200 км/час, или же почти что 3,2 км/c — 40% от первой космической скорости). Однако дальше американские разработки «почему-то» встали. Совпадение? Ну как сказать...

На сегодняшний день у США формально числится сразу несколько гиперзвуковых разработок, чье описание достойно отдельной статьи. Однако ни в одной из программ никакого значительного прогресса не наблюдается вот уже доброе десятилетие. Наверное, и в самом деле «злые русские» украли все американские наработки по гиперзвуку. Или же, что гораздо более вероятно — русские просто перестали допускать американцев к своим достижениям.