L'US Air Force a testé le X-51A Waverider, qui a réussi à gagner en vitesse 5 fois la vitesse du son, et a pu voler pendant plus de 3 minutes, établissant un record du monde détenu auparavant par les développeurs russes. Le test s'est bien passé dans l'ensemble, les armes hypersoniques sont prêtes à courir.
Le 27 mai 2010, le X-51A Waverider (approximativement traduit par un vol de vague, et en « involontaire » par un surfeur) a été largué d'un bombardier B-52 au-dessus de l'océan Pacifique. L'étage de rappel X-51A, emprunté à la célèbre fusée ATCAMS, a amené le Waverider à une altitude de 19,8 mille mètres, où un statoréacteur hypersonique (GPRVD, ou scrumjet) a été allumé. Après cela, la fusée a atteint une hauteur de 21, 3 mille mètres et a atteint une vitesse de Mach 5 (5 M - cinq vitesses du son). Au total, le moteur-fusée a fonctionné pendant environ 200 secondes, après quoi le X-51A a envoyé un signal d'autodestruction en lien avec le déclenchement d'interruptions de télémétrie. Selon le plan, la fusée était censée développer une vitesse de 6 M (selon le projet, la vitesse du X-51 était de 7 M, soit plus de 8000 km/h), et le moteur devait fonctionner pendant 300 secondes.
Les tests n'étaient pas parfaits, mais cela ne les a pas empêchés de devenir une réalisation exceptionnelle. Le temps de fonctionnement du moteur a dépassé de trois fois le record précédent (77 s) détenu par le laboratoire volant soviétique (plus tard russe) "Kholod". La vitesse 5M a d'abord été atteinte avec des hydrocarbures conventionnels, et non avec certains "exclusifs" comme l'hydrogène. Waverider a utilisé le JP-7, un kérosène à faible teneur en vapeur utilisé sur le célèbre avion de reconnaissance ultra-rapide SR-71.
Qu'est-ce qu'un Scrumjet et quelle est l'essence des réalisations actuelles ? En principe, les statoréacteurs (moteurs à statoréacteur) sont beaucoup plus simples que les turboréacteurs (turboréacteurs) qui sont connus de tous. Un statoréacteur est simplement une entrée d'air (la seule pièce mobile), une chambre de combustion et une tuyère. En cela, il se compare avantageusement aux turbines à réaction, où un ventilateur, un compresseur et la turbine elle-même s'ajoutent à ce schéma élémentaire, inventé en 1913, par des efforts combinés pour entraîner l'air dans la chambre de combustion. Dans les moteurs à statoréacteur, cette fonction est assurée par le flux d'air entrant lui-même, ce qui élimine immédiatement le besoin de conceptions sophistiquées fonctionnant dans un flux de gaz chauds et d'autres joies coûteuses d'une vie de turboréacteur. En conséquence, les statoréacteurs sont plus légers, moins chers et moins sensibles aux températures élevées.
Cependant, la simplicité a un prix. Les moteurs à flux direct sont inefficaces à des vitesses subsoniques (jusqu'à 500-600 km / h ne fonctionnent pas du tout) - ils n'ont tout simplement pas assez d'oxygène et ont donc besoin de moteurs supplémentaires qui accélèrent l'appareil à des vitesses efficaces. Du fait que le volume et la pression de l'air entrant dans le moteur ne sont limités que par le diamètre de l'entrée d'air, il est extrêmement difficile de contrôler efficacement la poussée du moteur. Les moteurs statoréacteurs sont généralement "aiguisés" pour une plage étroite de vitesses de fonctionnement, et en dehors de cela, ils commencent à se comporter de manière inadéquate. En raison de ces déficiences inhérentes aux vitesses subsoniques et supersoniques modérées, les turboréacteurs surpassent radicalement leurs concurrents à écoulement direct.
La situation change lorsque l'agilité de l'avion déraille pour 3 oscillations. À des vitesses de vol élevées, l'air est tellement comprimé à l'entrée du moteur que le besoin d'un compresseur et d'autres équipements disparaît - plus précisément, ils deviennent un obstacle. Mais à ces vitesses, les statoréacteurs supersoniques SPRVD (« statoréacteur ») se sentent bien. Cependant, à mesure que la vitesse augmente, les avantages du "compresseur" gratuit (débit d'air supersonique) se transforment en un cauchemar pour les concepteurs de moteurs.
Dans les turboréacteurs et SPVRD, le kérosène brûle à un débit relativement faible - 0,2 M. Cela vous permet d'obtenir un bon mélange d'air et de kérosène injecté et, par conséquent, un rendement élevé. Mais plus la vitesse du flux entrant est élevée, plus il est difficile de le freiner et plus les pertes associées à cet exercice sont importantes. A partir de 6 M, le débit doit être ralenti 25 à 30 fois. Il ne reste plus qu'à brûler du carburant dans un flux supersonique. C'est là que commencent les vraies difficultés. Lorsque l'air pénètre dans la chambre de combustion à une vitesse de 2,5 à 3 000 km / h, le processus de maintien de la combustion devient similaire, selon l'un des développeurs, à "essayer de garder une allumette allumée au milieu d'un typhon. " Il n'y a pas si longtemps, on croyait que dans le cas du kérosène, cela était impossible.
Les problèmes des développeurs de véhicules hypersoniques ne se limitent en aucun cas à la création d'un SCRVD exploitable. Ils doivent également surmonter la barrière thermique. L'avion s'échauffe par frottement contre l'air, et l'intensité de l'échauffement est directement proportionnelle au carré de la vitesse d'écoulement: si la vitesse double, alors l'échauffement est multiplié par quatre. L'échauffement d'un aéronef en vol à des vitesses supersoniques (surtout à basse altitude) est parfois si important qu'il conduit à la destruction de la structure et des équipements.
Lorsque vous volez à une vitesse de 3 M, même dans la stratosphère, la température des bords d'entrée de l'entrée d'air et des bords d'attaque de l'aile est supérieure à 300 degrés et celle du reste de la peau - supérieure à 200. L'appareil avec une vitesse de 2 à 2,5 fois plus réchauffera 4 à 6 fois plus. Dans le même temps, même à des températures d'environ 100 degrés, le verre organique se ramollit, à 150 - la résistance du duralumin est considérablement réduite, à 550 - les alliages de titane perdent les propriétés mécaniques nécessaires, et à des températures supérieures à 650 degrés, l'aluminium et le magnésium fondent, l'acier se ramollit.
Un niveau de chauffage élevé peut être résolu soit par une protection thermique passive, soit par une évacuation active de la chaleur en utilisant les réserves de carburant à bord comme refroidisseur. Le problème est qu'avec une capacité de "refroidissement" très décente du kérosène - la capacité calorifique de ce carburant n'est que la moitié de celle de l'eau - il ne tolère pas bien les températures élevées et les volumes de chaleur qui doivent être "digérés" sont simplement monstrueux.
Le moyen le plus simple de résoudre ces deux problèmes (combustion et refroidissement supersoniques) est d'abandonner le kérosène au profit de l'hydrogène. Ce dernier relativement facilement - en comparaison avec le kérosène, bien sûr - brûle même dans un flux supersonique. En même temps, l'hydrogène liquide est, pour des raisons évidentes, aussi un excellent refroidisseur, ce qui permet de ne pas utiliser de protection thermique massive et en même temps d'assurer une température acceptable à bord. De plus, l'hydrogène a trois fois le pouvoir calorifique du kérosène. Cela permet d'élever la limite des vitesses atteignables jusqu'à 17 M (maximum sur les hydrocarbures - 8 M) et en même temps de rendre le moteur plus compact.
Il n'est pas surprenant que la plupart des précédents avions hypersoniques record aient volé précisément à l'hydrogène. Le carburant hydrogène a été utilisé par notre laboratoire volant "Kholod", qui occupe jusqu'à présent la deuxième place en termes de durée du moteur scramjet (77 s). A lui, la NASA doit une vitesse record pour les véhicules à réaction: en 2004, l'avion hypersonique sans pilote X-43A de la NASA a atteint une vitesse de 11 265 km/h (soit 9,8 M) à une altitude de vol de 33,5 km.
L'utilisation d'hydrogène, cependant, conduit à d'autres problèmes. Un litre d'hydrogène liquide ne pèse que 0,07 kg. Même en tenant compte de la "capacité énergétique" trois fois supérieure de l'hydrogène, cela signifie une multiplication par quatre du volume des réservoirs de carburant avec une quantité constante d'énergie stockée. Il en résulte un gonflage de la taille et du poids de l'appareil dans son ensemble. De plus, l'hydrogène liquide nécessite des conditions opératoires très particulières - "toutes les horreurs des technologies cryogéniques" plus la spécificité de l'hydrogène lui-même - il est extrêmement explosif. En d'autres termes, l'hydrogène est un excellent carburant pour les véhicules expérimentaux et les machines à la pièce comme les bombardiers stratégiques et les avions de reconnaissance. Mais en tant que carburant pour des armes de masse pouvant être basées sur des plates-formes conventionnelles comme un bombardier ou un destroyer normal, il ne convient pas.
D'autant plus significative est la réalisation des créateurs du X-51, qui ont réussi à se passer d'hydrogène tout en atteignant des vitesses impressionnantes et des indicateurs record de durée de vol avec un statoréacteur. Une partie du record est due à une conception aérodynamique innovante - ce même vol de vague. L'aspect angulaire étrange de l'appareil, son design sauvage crée un système d'ondes de choc, ce sont elles, et non le corps de l'appareil, qui deviennent la surface aérodynamique. En conséquence, la force de levage apparaît avec une interaction minimale du flux incident avec le corps lui-même et, par conséquent, l'intensité de son chauffage diminue fortement.
Le X-51 est doté d'un bouclier thermique noir carbone-carbone haute température situé uniquement à l'extrémité du nez et à l'arrière de la face inférieure. La partie principale du corps est recouverte d'un bouclier thermique blanc à basse température, ce qui indique un mode de chauffe relativement doux: et cela à 6-7 M dans des couches assez denses de l'atmosphère et des plongées inévitables dans la troposphère jusqu'à la cible.
Au lieu d'un "monstre" à hydrogène, l'armée américaine a acquis un appareil alimenté par du carburant d'aviation pratique, qui le fait immédiatement sortir du domaine de l'expérimentation amusante pour entrer dans le domaine de l'application réelle. Devant nous n'est plus une démonstration de technologie, mais un prototype d'une nouvelle arme. Si le X-51A passe avec succès tous les tests, dans quelques années le développement d'une version de combat à part entière du X-51A+, équipée du remplissage électronique le plus moderne, commencera.
Selon les plans préliminaires de Boeing, le X-51A+ sera équipé de dispositifs d'identification et de destruction rapides de cibles dans des conditions d'opposition active. La capacité de contrôler le véhicule à l'aide d'une interface JDAM modifiée conçue pour cibler des munitions de haute précision a été testée avec succès lors de tests préliminaires l'année dernière. L'avion new wave s'intègre bien dans les dimensions standard des missiles américains, c'est-à-dire qu'il s'intègre en toute sécurité dans les dispositifs de lancement verticaux à bord des navires, les conteneurs de lancement de transport et les soutes de bombardiers. A noter que le missile ATCAMS, auquel a été emprunté l'étage d'appoint du Waverider, est une arme opérationnelle-tactique utilisée par les systèmes américains de lancement de fusées multiples MLRS.
Ainsi, le 12 mai 2010, au-dessus de l'océan Pacifique, les États-Unis ont testé un prototype de missile de croisière hypersonique tout à fait pratique, à en juger par le remplissage prévu, conçu pour détruire des cibles terrestres hautement protégées (la portée estimée est de 1600 km). Peut-être qu'au fil du temps, des surfaces de surface s'y ajouteront. En plus de la vitesse énorme, ces missiles auront une capacité de pénétration élevée (en passant, l'énergie d'un corps accéléré à 7 M équivaut pratiquement à une charge de TNT de la même masse) et - une propriété importante des ondes statiquement instables - la capacité de manœuvres très pointues.
C'est loin d'être le seul métier prometteur des armes hypersoniques.
À la fin des années 1990, des rapports du Groupe consultatif pour la recherche et le développement spatial de l'OTAN (AGARD) notaient que les missiles hypersoniques devraient avoir les applications suivantes:
- vaincre les cibles ennemies fortifiées (ou enterrées) et les cibles terrestres complexes en général;
- défense aérienne;
- la conquête de la suprématie aérienne (de tels missiles peuvent être considérés comme un moyen idéal pour intercepter des cibles aériennes de haut vol à longue distance);
- défense antimissile - interception de lancement de missiles balistiques au stade initial de la trajectoire.
- utiliser comme drones réutilisables à la fois pour frapper des cibles au sol et pour la reconnaissance.
Enfin, il est clair que les missiles hypersoniques seront l'antidote le plus efficace - sinon le seul - contre les armes d'attaque hypersoniques.
Une autre direction dans le développement des armes hypersoniques est la création de petits moteurs à propergol solide montés dans des projectiles conçus pour détruire des cibles aériennes (calibres 35-40 mm), ainsi que des véhicules blindés et des fortifications (ATGM cinétiques). En 2007, Lockheed Martin a terminé les tests d'un prototype de missile antichar cinétique CKEM (Compact Kinetic Energy Missile). Un tel missile à une distance de 3400 m a détruit avec succès le char soviétique T-72, équipé d'un blindage réactif amélioré.
À l'avenir, des conceptions encore plus exotiques pourraient apparaître, par exemple des avions transatmosphériques capables d'effectuer des vols suborbitaux à une distance intercontinentale. La manœuvre des ogives hypersoniques pour les missiles balistiques est également tout à fait pertinente - et dans un avenir proche. En d'autres termes, dans les 20 prochaines années, les affaires militaires changeront radicalement et les technologies hypersoniques deviendront l'un des facteurs les plus importants de cette révolution.
