X-51A Waverider

X-51A Waverider — это экспериментальный гиперзвуковой летательный аппарат (ГЗЛА) с прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ПВРД) на углеводородном топливе, разработанный компанией Boeing для ВВС США. Аппарат предназначен для отработки технологий гиперзвукового полёта на скоростях, превышающих число Маха 5 (более 6100 км/ч). X-51A является частью программы WaveRider, направленной на создание прототипа гиперзвуковой крылатой ракеты.

История создания

Разработка X-51A началась в 2004 году в рамках программы ВВС США по созданию гиперзвукового оружия. Проект базировался на результатах более ранних исследований, включая программу HyTech (Hypersonic Technology) и испытания ГЗЛА Boeing X-43, который в 2004 году достиг скорости 9,6 Маха, но использовал водородное топливо. X-51A стал первым аппаратом, использующим углеводородное топливо JP-7, что делало его более практичным для военного применения, так как такое топливо проще в хранении и обращении, чем жидкий водород.

Основными подрядчиками выступили Boeing (головной разработчик) и Pratt & Whitney Rocketdyne (двигатель SJY61). Первый полёт X-51A состоялся 26 мая 2010 года. В ходе этого испытания аппарат впервые в истории совершил управляемый гиперзвуковой полёт с использованием ПВРД на углеводородном топливе, разогнавшись до скорости 4,88 Маха (около 6000 км/ч) и пролетев более 200 секунд. Однако полёт был прерван из-за нештатной работы двигателя на завершающей стадии.

Второй полёт (13 июня 2011 года) завершился неудачей: аппарат не смог отделиться от ракеты-носителя и разрушился. Третий полёт (14 августа 2012 года) также был неудачным — из-за отказа стабилизатора аппарат потерял управление через 16 секунд после запуска двигателя. Четвёртый и последний полёт X-51A состоялся 1 мая 2013 года. Он стал полностью успешным: аппарат достиг скорости 5,1 Маха (около 6200 км/ч) и пролетел около 370 км за 6 минут, после чего штатно завершил миссию и упал в Тихий океан.

Конструкция и характеристики

X-51A представляет собой моноплан с треугольным крылом и цельным фюзеляжем, выполненным по схеме «несущий корпус». Длина аппарата составляет 7,62 метра, размах крыла — 2,9 метра, стартовая масса — около 1814 кг. Конструкция изготовлена из жаропрочных сплавов и композитных материалов, способных выдерживать высокие температуры (до 800 °C на поверхности).

Двигательная установка

Основу силовой установки составляет прямоточный воздушно-реактивный двигатель SJY61, работающий на топливе JP-7 (керосин высокой очистки). Двигатель не имеет подвижных частей (кроме топливных форсунок) и использует сжатие воздуха за счёт сверхзвукового обтекания корпуса. Воздухозаборник расположен на нижней части фюзеляжа. Для запуска ПВРД требуется разгон до скорости не менее 4,5 Маха, при которой обеспечивается необходимое давление воздуха в камере сгорания.

Система управления

Управление полётом осуществляется с помощью аэродинамических рулей (элевонов) на крыле и киле. Аппарат не имеет собственной системы навигации — управление осуществляется по заранее заложенной программе с использованием инерциальной навигационной системы и приёмников GPS.

Разгонный блок

Для вывода X-51A на начальную гиперзвуковую скорость используется твердотопливный ракетный ускоритель (ракета-носитель) MGM-140 ATACMS. Аппарат крепится к ускорителю, который разгоняет его до скорости 4,5–5 Маха на высоте около 20 км, после чего происходит отделение и запуск ПВРД.

Программа испытаний

Всего было изготовлено четыре лётных образца X-51A. Испытания проводились на полигоне ВВС США «Уайт-Сэндз» (штат Нью-Мексико) и над Тихим океаном у побережья Калифорнии. Запуски осуществлялись с борта бомбардировщика B-52H Stratofortress, который поднимал связку «ракетный ускоритель + X-51A» на высоту около 15 км, после чего происходил сброс и включение ускорителя.

Применение

Основное назначение X-51A — отработка технологий для перспективных гиперзвуковых крылатых ракет. ВВС США планировали использовать полученные данные для создания боевой ракеты класса «воздух-поверхность» с дальностью до 1000 км, способной поражать цели за счёт кинетической энергии (без боеголовки). Такая ракета могла бы преодолевать системы ПВО противника за счёт высокой скорости и маневрирования.

В дальнейшем технологии X-51A были использованы при разработке программы Hypersonic Air-breathing Weapon Concept (HAWC) и проекта гиперзвуковой ракеты AGM-183A ARRW (Air-launched Rapid Response Weapon). Однако программа ARRW столкнулась с техническими трудностями и в 2023 году была частично приостановлена.

Значение и критика

X-51A стал первым аппаратом, продемонстрировавшим возможность длительного (более 3 минут) гиперзвукового полёта с использованием углеводородного топлива. Это считается важным шагом к созданию практического гиперзвукового оружия. Однако критики отмечают, что программа была чрезвычайно дорогой (бюджет превысил 300 млн долларов) и дала ограниченные результаты — всего один полностью успешный полёт из четырёх.

Кроме того, технические проблемы, такие как перегрев корпуса, неустойчивость горения в ПВРД и сложность управления на гиперзвуковых скоростях, остаются нерешёнными. По состоянию на 2024 год, ни одна страна не имеет на вооружении серийного гиперзвукового оружия с ПВРД на углеводородном топливе.

Интересные факты

• Название «Waverider» (с англ. — «оседлавший волну») происходит от аэродинамической схемы, при которой аппарат использует ударную волну, создаваемую собственным носовым конусом, для создания подъёмной силы.
• Топливо JP-7, использовавшееся в X-51A, применялось также в самолёте-разведчике SR-71 Blackbird. Оно имеет высокую температуру воспламенения и низкую летучесть, что важно для безопасности при длительном хранении.
• В ходе четвёртого полёта X-51A пролетел расстояние от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско (около 370 км) менее чем за 6 минут.

Источники

• Boeing X-51A Waverider. United States Air Force Fact Sheet.
• «Hypersonic Flight: The X-51A Waverider». NASA Technical Reports Server.
• «X-51A Scramjet Engine Demonstrator — WaveRider». Aviation Week & Space Technology, 2013.
• «The X-51A Waverider: A Hypersonic Test Bed». Journal of Propulsion and Power, Vol. 30, No. 4, 2014.
• «Hypervelocity Weapons: A Technical Assessment». Congressional Research Service Report, 2022.