Щит от гиперзвука: чем США собираются отражать «атаки» России

В ноябре 2018 года в США Агентство перспективных оборонных разработок (DARPA) и Агентство по противоракетной обороне (MDA) объявили тендер на разработку комплекса для перехвата гиперзвуковых целей, аэробаллистических и аэродинамических. В августе 2019-го MDA заключило контракты с тремя крупнейшими американскими разработчиками. Lockheed Martin начала разработку системы Valkyrie. Raytheon назвала свою работу SM3-HAWK. Boeing занялся проектом HYVINT. Компании должны предъявить концепт-проекты в конце весны.
Щит от гиперзвука: чем США собираются отражать «атаки» России

Эта постановка задачи отражает  отсутствие сегодня  специализированных  систем для борьбы с гиперзвуковыми  аэродинамическими целями. Вроде бы есть «Фавориты», «Триумфы» и С-500, есть THAAD и Patriot. Однако все они направлены на два-три основных типа целей, распространенных  сегодня:  баллистические,  сверхзвуковые и дозвуковые. Специализированные гиперзвуковые цели сейчас только появляются: какими они будут в серийном выпуске, в каких типовых форматах, покажет будущее. Сегодня не совсем ясно, какие черты добавлять в существующие универсальные противоракетные системы – а они, грубо говоря, не резиновые. Всех типов целей одной системой не охватишь. Автомат Калашникова, при всей его универсальности и модернизациях, не заменит снайперскую винтовку или ручной пулемет. 

Высотный перехватчик МиГ-31

Можно улучшать имеющиеся комплексы в их текущей логике развития: делать противоракеты все быстрее, все маневреннее, а зону перехвата – все выше, увеличивать дальность систем наблюдения, повышать точность прогнозов. Но этот путь может оказаться слишком долгим и извилистым, а оттого не столь эффективным. Возможен ли здесь целевой подход, «заточка» именно под гиперзвуковые цели? Какими будут особенности и ключевые компоненты таких систем? Чем специализация  противогиперзвуковых систем будет отличаться от перехвата баллистики и обычной аэродинамики? Это определят особенности гиперзвуковых целей. 

Гиперзвуковая цель – что это?

Достижение в полете гиперзвуковых скоростей произошло в ракетной баллистике давно, с освоением дальностей, при пусках на которые скорость входа в атмосферу достигает 5 М. Уже ракеты с оперативно-тактической дальностью (до 500 км) создают гиперзвуковой вход в атмосферу. Примеры: «Ока», «Точка», «Искандер». Это баллистический,  гравитационный  путь достижения гиперзвуковой скорости. К нему относятся и авиационные аэро­баллистические  ракеты,  формирующие после пуска с самолета баллистическую траекторию. Американская SRAM достигала 3,5 М; советская Х-15 развивала пять единиц Маха. Зенитная ракета 5В28 комплекса С-200 шла со скоростью полутора километров в секунду. Могла превышать 5 М, учитывая мороз и низкую скорость звука в нижней стратосфере. Ракеты 53Т6 противоракетной системы А-135 летели на гиперзвуковых скоростях. Пилотируемый американский Х-15 превысил в полетах шесть единиц Маха. Крылатая ракета-носитель Pegasus XL создает  гиперзвуковую  подъемную силу на своем крыле. Это второй путь – путь прямой ракетной силы. Достигать и превышать этими путями пять единиц Маха не считалось гиперзвуковой особенностью, аппараты не характеризовались как гиперзвуковые.

В полном определении  понятия «гиперзвуковой аппарат» важен не просто факт достижения 5 М. В гиперзвуковом режиме должна проходить основная часть полета. Аппарат специализируется под сверхскорости. Аэро­динамическая гиперзвуковая подъемная сила формирует и определяет траекторию полета. Попытки создать гиперзвуковое оружие предпринимались в последние десятилетия на разных континентах, но именно сейчас пришло время работающих или вот-вот заработающих гиперзвуковых систем. Новое поколение вооружений представляет серьезную угрозу глобальной стабильности.

Гиперзвуковое оружие

Сопротивление воздуха непрерывно съедает скорость. Любые маневры в атмосфере – это углы атаки, а значит, добавочные аэро­динамические потери. Постоянное маневрирование даст постоянное добавочное торможение. Накопленные аэродинамические потери сократят дальность. Возникает задача баланса между дальностью и интенсивностью маневров, обеспечением запасов начальной скорости и высоты. 

Задачу сохранения скорости при интенсивном маневрировании решит работа гиперзвукового воздушного реактивного двигателя. Оснащенное им средство способно не снижать высоту и скорость. Оно может быть точнее опти­мизировано под свои определенные параметры полета. Также ему не требуется избыточная скорость для запаса по дальности. Это упростит теплозащиту и другие моменты. 

Практически могут использоваться оба варианта. Гиперзвуковая цель летит в стратосфере на высотах 20–50  км.  Гиперзвуковая  скорость,  маневрирование и большая дальность обеспечиваются запасом скорости и высоты либо воздушным гиперзвуковым двигателем. Суть полета не баллистическая: главные силы аэродинамические. Такой тип целей назовем аэродинамическими гиперзвуковыми целями (АГЦ). 

Гуиперзвуковые цели

Как ее засечь и чем ее убить?

Гиперзвуковые цели имеют свои особенности. Например, скрытность у АГЦ отсутствует полностью. Нет целей ярче, чем гиперзвуковые с высокими значениями числа Маха. Их видно визуально на расстоянии десятков и сотен километров. Боеголовки межконтинентальных ракет проходят в атмосфере весь диапазон гиперзвуковых скоростей, начиная с десятков единиц Маха. Ночью они освещают местность, отбрасывая тени от мачт, деревьев и сооружений. Свечение зависит от усло­вий полета и обтекания. Скорость полета задает максимальные температуры, достигаемые в передних точках поверхности аппарата. Плотность потока задает яркость: на больших высотах свечение слабое, в средней стратосфере яркость растет в разы. Форма тоже влияет на свечение: конфигурация раскаленных кромок дает свои особенности излучения. Интенсивность тепловых явлений делает гиперзвуковую цель весьма заметной. Главную роль в обнаружении и измерениях могут начать играть оптические средства, к которым добавлен инфракрасный диапазон и ультрафиолет для высокотемпературных частей излучения. Минус оптических средств – в размещении их на поверхности Земли и погодной непрозрачности атмосферы. Но поднятые за тропосферу, они дадут обнаружение и измерение движения АГЦ на больших удалениях. Это могут быть и эшелоны космического базирования, и авиационные средства (которые одновременно могут иметь и ударные функции). 

Оптический диапазон не отменяет использования радиолокационных методов. Радары видят плазменные образования на поверхности аппарата, продолжающиеся в виде плазменного шлейфа. Плазмообразование определяется тепловой (температурной) и ударной ионизацией (дроблением молекул газов воздуха о корпус АГЦ). Большая высота полета и плазменный шлейф могут сильно раздвинуть границы радиолокационной дальности.

В американских военных кругах все чаще звучат мнения о том, что в области гиперзвукового оружия США отстали от России. В связи с этим в США выделяются дополнительные средства на разработку новых систем. Один из главных подрядчиков Пентагона – компания Raytheon – планирует начать испытания новейшей гиперзвуковой крылатой ракеты в конце этого года.

Гиперзвуковое оружие

Другие особенности кроются в характере движения АГЦ. С одной стороны, это особенности обтекания. У гиперзвукового режима нет таких важных ограничений, как опасность отрыва потока, не существует закритических углов атаки, АГЦ может переносить сильные перегрузки. С другой стороны, на гиперзвуковых скоростях радиусы разворотов неизбежно возрастут. Размеры фигур маневрирования увеличатся вместе со временем их выполнения. Здесь будет важен анализ динамики полета АГЦ и построение прогнозов движения. Длительный гиперзвуковой полет цели позволит накапливать статистику ее поведения и параметров движений. Наличие в маневрировании любой закономерности может быть обнаружено и экстраполировано в будущее. По­этому будет использоваться случайный процесс для непрерывных локальных уклонений.  Одновременно  нужно выполнять  генеральное  движение в точку назначения, его можно селектировать среди локальных маневров и прогнозировать дальше. Большие территории, не содержащие целей для атаки таким средством (озера, леса, сельхозтерритории, пустынные и слабозаселенные местности), упростят оценку возможных точек удара и направлений движения к ним. 

Третья особенность АГЦ – выбор средств воздействия на цель для ее поражения. Лазерные системы могут оказаться неприменимы из-за высокой защищенности АГЦ к тепловому воздействию и интенсивного теплообмена на ее поверхностях. Гиперзвуковой поток может уносить большую часть подводимого лучом тепла за счет огром­ного расхода. Поэтому ключевая роль будет отводиться, скорее всего, противоракетам. И тут широкий выбор параметров противоракеты, методов наведения, способов поражения, схем применения нескольких ракет по одной цели. Так же разнообразен выбор конструктивных решений по противоракете, средствам обнаружения, измерения, обработки и передачи данных, основных конструктивных блоков, технического облика систем и прочих практических дел. 

Примерно такой может быть логика разработки систем перехвата гиперзвуковых целей. Какими путями пойдут американские разработчики, насколько их подход будет общим или разниться и в чем именно, покажет будущее.