Траектории ускоренного планирования [1] [2] представляют собой класс траекторий наведения и входа космических аппаратов, которые расширяют диапазон суборбитальных космических самолетов и спускаемых аппаратов за счет использования аэродинамической подъемной силы в высоких верхних слоях атмосферы. В большинстве примеров, ускоренное планирование увеличивает дальность примерно вдвое по сравнению с чисто баллистической траекторией. В других случаях серия пропусков позволяет еще больше расширить диапазон и приводит к альтернативным терминам « пропустить-скольжение» и « пропустить повторный вход» .
Эта концепция сначала была серьезно изучена как способ увеличения дальности действия баллистических ракет , но не использовалась в этой форме в оперативном режиме, так как были введены обычные ракеты с увеличенной дальностью. Базовые аэродинамические концепции использовались для создания маневрируемых возвращаемых ракет, или MARV, для повышения точности некоторых ракет, таких как Pershing II, или для предотвращения перехвата, как в случае с « Авангардом» . Совсем недавно расширение дальности использовалось как способ обеспечения полетов на более низких высотах, помогая избежать обнаружения радаров в течение более длительного времени по сравнению с более высокой баллистической траекторией.
Эта концепция также использовалась для увеличения времени входа в атмосферу транспортных средств, возвращающихся на Землю с Луны, которые в противном случае должны были бы сбросить большую скорость за короткое время и, таким образом, иметь очень высокую скорость нагрева. Командный модуль Apollo использовал то , что по существу один пропуск спускаемого (или частичный пропуск), как это сделали Советский Зонд и китайского Чанъэ 5-T1 . Для более новых аппаратов, таких как космический корабль Орион, предлагается более сложный многократный вход в атмосферу .
История
Ранние концепции
Концептуальная основа концепции ускоренного планирования была впервые замечена немецкими артиллерийскими офицерами, которые обнаружили, что их стрелковые снаряды Peenemünder Pfeilgeschosse летят намного дальше при стрельбе с большой высоты. Это не было полностью неожиданным из-за геометрии и более разреженного воздуха, но, когда эти факторы были учтены, они все еще не могли объяснить наблюдаемые гораздо большие расстояния. Исследования в Пенемюнде привели к тому, что они обнаружили, что более длинные траектории в более разреженном воздухе на большой высоте приводили к тому, что снаряд имел такой угол атаки, который создавал аэродинамическую подъемную силу на сверхзвуковых скоростях. В то время это считалось крайне нежелательным, поскольку из-за этого было очень трудно рассчитать траекторию, но его возможное применение для увеличения дальности не было упущено наблюдателями. [3]
В июне 1939 года Курт Патт из конструкторского бюро Клауса Риделя в Пенемюнде предложил крылья для преобразования скорости и высоты ракеты в аэродинамическую подъемную силу и дальность полета. [4] Он подсчитал, что это примерно удвоит дальность полета ракет А-4 с 275 километров (171 миль) до примерно 550 километров (340 миль). Ранняя разработка рассматривалась под названием A-9, хотя в течение следующих нескольких лет в компании Zeppelin-Staaken будет проводиться небольшая работа, кроме исследований в аэродинамической трубе . Исследования на низком уровне продолжались до 1942 года, когда они были отменены. [5]
Самое раннее известное предложение по концепции надгонного планера для действительно дальнего использования относится к 1941 году Silbervogel . Предложение Ойгена Зенгера о ракетном бомбардировщике, способном атаковать Нью-Йорк с баз в Германии, а затем взлететь и приземлиться где-нибудь в Тихом океане, принадлежащем Японской империи . Идея состоит в том, чтобы использовать крылья транспортного средства для создания подъемной силы и выхода на новую баллистическую траекторию, снова покидая атмосферу и давая транспортному средству время остыть между прыжками. [6] Позже было продемонстрировано, что тепловая нагрузка во время прыжков была намного выше, чем первоначально рассчитывалась, и могла расплавить космический корабль. [7]
В 1943 году с работы А-9 снова сняли пыль, на этот раз под названием А-4b . Было высказано предположение, что это произошло либо потому, что теперь она была основана на немодифицированном А-4, [5], либо потому, что к тому времени программа А-4 имела «национальный приоритет», и размещение разработки под названием А-4 гарантировало финансирование. [8] A-4b использовал стреловидные крылья , чтобы расширить радиус действия V2, чтобы он мог атаковать британские города в Мидлендсе или достичь Лондона из более глубоких областей Германии. [3] Первоначально A-9 был похож, но позже отличался удлиненными крыльями в форме дельты, а не более привычными стреловидными. Эта конструкция была адаптирована в качестве верхней ступени с экипажем для межконтинентальной ракеты A-9 / A-10, которая будет планировать из точки над Атлантикой с достаточной дальностью, достаточной для бомбардировки Нью-Йорка, прежде чем пилот выйдет из строя . [8] [а]
Послевоенное развитие
Сразу после войны советский ракетный инженер Алексей Исаев нашел копию обновленного отчета от августа 1944 года о концепции Зильбервогеля . Он перевел статью на русский язык, и в конце концов она привлекла внимание Иосифа Сталина, который сильно интересовался концепцией противоподъемного бомбардировщика . В 1946 году он послал своего сына Василия Сталина и ученого Григория Токатого , который также работал над крылатыми ракетами до войны, посетить Зенгер и Ирен Бредт в Париже и попытаться убедить их присоединиться к новым усилиям в Советском Союзе . Сэнгер и Бредт отклонили приглашение. [10]
В ноябре 1946 года Советы сформировали конструкторское бюро НИИ-1 под руководством Мстислава Келдыша для разработки собственной версии без Зенгера и Бредта. [11] Их ранняя работа убедила их перейти от гиперзвуковой ракеты-носителя с ракетным двигателем к сверхзвуковой крылатой ракете с прямоточным воздушно-реактивным двигателем , в отличие от Navaho , разрабатываемого в США в тот же период. Какое-то время разработка продолжалась как бомбардировщик «Келдыш» , но усовершенствования обычных баллистических ракет в конечном итоге сделали проект ненужным. [10] [b]
В Соединенных Штатах концепцию пропуска-скольжения пропагандировали многие переехавшие туда немецкие ученые, в первую очередь Вальтер Дорнбергер и Краффт Эрике из Bell Aircraft . В 1952 году Белл предложил концепцию бомбардировщика, который по сути представлял собой версию Silbervogel с вертикальным запуском, известную как Bomi. Это привело к появлению ряда последующих концепций в течение 1950-х годов, включая Robo, Hywards , Brass Bell и, в конечном итоге, Boeing X-20 Dyna-Soar . [12] Более ранние конструкции, как правило, были бомбардировщиками, в то время как более поздние модели предназначались для разведки или других целей. Дорнбергер и Эрике также совместно работали над статьей Popular Science 1955 года, в которой излагалась идея использования авиалайнера. [13] [14]
Использование успешных межконтинентальных баллистических ракет (МБР) в наступательной роли положило конец всякому интересу к концепциям пилотажно-планирующих бомбардировщиков, равно как и разведывательный спутник в роли самолета- разведчика . Космический истребитель X-20 пользовался неизменным интересом на протяжении 1960-х годов, но в конечном итоге стал жертвой сокращения бюджета; после еще одного обзора в марте 1963 года Роберт Макнамара отменил программу в декабре, отметив, что после того, как было потрачено 400 миллионов долларов, у них все еще не было миссии для выполнения. [15]
Использование ракет
В течение 1960-х годов концепция скипплана вызывала интерес не как способ увеличения дальности полета, что больше не было проблемой для современных ракет, а как основа для маневрируемых ракетоносителей для межконтинентальных баллистических ракет. Основная цель заключалась в том, чтобы RV изменил свою траекторию во время входа в атмосферу, чтобы противоракетные ракеты (ПРО) не могли достаточно быстро отслеживать их движения для успешного перехвата. Первым известным примером были испытания Alpha Draco в 1959 году, за которыми последовали серии испытаний Boost Glide Reentry Vehicle (BGRV), ASSET [16] и PRIME . [17]
В конечном итоге это исследование было использовано в космической ракете Pershing II . В этом случае нет расширенной фазы планирования; боеголовка использует подъемную силу только на короткие периоды времени для корректировки своей траектории. Это используется в конце процесса входа в атмосферу, объединяя данные от инерциальной навигационной системы Singer Kearfott с активным радаром Goodyear Aerospace . [18] Подобные концепции были разработаны для баллистических ракет театра военных действий большинства ядерных держав .
Советский Союз также инвестировал некоторые усилия в развитии Марва , чтобы избежать США АВМ, но закрытие американских обороны в 1970 - х годах означало , что не было никаких причин , чтобы продолжить эту программу. Ситуация изменилась в 2000-х годах, когда в США была введена наземная защита среднего звена , которая заставила Россию реанимировать эту работу. В октябре 2016 года сообщалось, что машина, которая в советское время называлась Объект 4202, прошла успешные испытания. [19] Система была публично раскрыта 1 марта 2018 года как гиперзвуковой планирующий аппарат (HGV) Avangard ( русский : Авангард ; английский: Vanguard ), который официально поступил на вооружение в качестве полезной нагрузки межконтинентальной баллистической ракеты 27 декабря 2019 года. [20] Владимир Путин объявил, что «Авангард» запущен в серийное производство, заявив, что его маневренность делает его неуязвимым для всех существующих средств противоракетной обороны. [21]
Китай также разработал ракетно-планирующую боеголовку DF-ZF (известную в разведке США как «WU-14»). [22] В отличие от американских и российских проектов MARV, основная цель DF-ZF состоит в том, чтобы использовать ускоренное планирование для увеличения дальности полета при полете на меньших высотах, чем это было бы использовано для достижения той же цели с использованием чисто баллистической траектории. Это предназначено , чтобы держать его из вида из ВМС США «s Иджис радаров как можно дольше, и тем самым уменьшить время , что система должна реагировать на нападение. DF-ZF был официально представлен 1 октября 2019 года. Аналогичные усилия России привели к проектам гиперзвуковых испытаний Холод и ГЛЛ-8 «Игла» , а в последнее время - гиперзвуковому планеру Ю-71, который может нести РС-28 «Сармат» . [23] [24]
Ускоренное планирование стало предметом некоторого интереса как возможное решение требования США к быстрому глобальному удару (PGS), которое предусматривает создание оружия, способного поразить цель в любой точке Земли в течение одного часа после запуска из Соединенных Штатов . PGS не определяет режим работы, и современные исследования включают в себя Advanced Hypersonic Weapon подталкивание-глиссады боеголовку , Фалькон HTV-2 гиперзвуковых самолетов и подводных лодок , запускаемых ракет. [25] Lockheed Martin разрабатывает эту концепцию как гиперзвуковой AGM-183A ARRW . [26]
Контрмеры
Планирующее оружие, как правило, предназначено для обхода существующих систем противоракетной защиты путем постоянного маневрирования или полета на более низких высотах для сокращения времени предупреждения. Это, как правило, облегчает перехват такого оружия с использованием защитных систем, предназначенных для низколетящих целей "низкого уровня". Полет на более низких скоростях, чем боеголовки баллистических ракет малой дальности, облегчает их атаку. [27] Те, кто приближается с очень низкими конечными профилями атаки, даже подвергаются атакам со стороны современных сверхскоростных орудий и рельсотронов . [28]
Однако российские источники утверждают, что его грузовой автомобиль «Авангард» движется со скоростью 27 Маха и «постоянно меняет свой курс и высоту, пока он летит в атмосфере, хаотично зигзагообразно перемещаясь по пути к своей цели, что делает невозможным предсказать местоположение оружия», что делает его невозможным. якобы «неуязвимы для перехвата». [29]
Использование возвращаемых транспортных средств
Методика была использована советская Зонда серией из окололунную космического корабля, который использовал один пропуск перед посадкой. В этом случае требовался истинный прыжок, чтобы позволить космическому кораблю достичь более высокоширотных зон приземления. Zond 6 , Zond 7 и Zond 8 успешно прошли пропуск, а Zond 5 - нет. [30] [31] Чанъэ 5-T1 , который пролетел профили миссии , аналогичный Зонд, также использовал эту технику.
Командный модуль Apollo используется пропуск как концепция снижения нагревательных нагрузок на транспортном средство, увеличивая время повторного входа, но корабль не оставил атмосферу снова и там было много споров , делает ли это его истинный профиль пропуска. НАСА назвало это просто «подъемным входом». Настоящий профиль с несколькими пропусками считался частью концепции Apollo Skip Guidance, но он не использовался ни на каких рейсах с экипажем. [32] Эта концепция продолжает появляться на более современных транспортных средствах, таких как космический корабль Орион , с использованием бортовых компьютеров. [33] [34] [35]
Механика полета
Используя упрощенные уравнения движения и предполагая, что во время полета в атмосфере и сопротивление, и подъемная сила будут намного больше, чем сила тяжести, действующая на транспортное средство, можно вывести следующие аналитические соотношения для полета с пропущенным входом в атмосферу: [36]
Где гамма - это угол траектории полета относительно местного горизонта, индекс E указывает условия в начале входа, а индекс F указывает условия в конце полета входа.
Скорость V до и после входа может быть получена следующим образом:
Где L / D равняется коэффициенту подъемной силы и аэродинамического сопротивления транспортного средства.
Существующие или в разработке
- Разработан и внедрен российский гиперзвуковой планер Авангард
- Разработан и запущен в эксплуатацию китайский гиперзвуковой планер DF-ZF
- Американский гиперзвуковой планер HTV-2 в разработке
- Индийский гиперзвуковой планер HGV-202F
- Японский гиперзвуковой планирующий снаряд со сверхвысокой скоростью (HVGP) [37]
- Бразильский гиперзвуковой планер 14-X в разработке
- Французский гиперзвуковой планер VMAX в разработке [38]
Смотрите также
- High Speed Strike Weapon (HSSW) (США)
- Prompt Global Strike (PGS) (США)
- Альфа Драко (США)
- ArcLight (ракета) (США)
- DARPA Falcon Project (США)
- Boeing X-51 Waverider (США)
- Североамериканский X-15 (США)
- Туполев Ту-130 (Россия)
- BrahMos-II (Индия / Россия)
- Автомобиль-демонстратор гиперзвуковых технологий (Индия)
- Многочисленные запускаемые космические корабли с независимым наведением
Заметки
- ^ Хронология Yengst о оружии A-серии значительно отличается от большинства счетов. Например, он предполагает, что А-9 и А-10 были двумя полностью отдельными разработками, в отличие от верхней и нижней ступеней единой конструкции межконтинентальной баллистической ракеты. Он также заявляет, что A-4b был разработкой БРПЛ в отличие от крылатого A-4. [9]
- ^ Навахо постигла та же участь в 1958 году, когда он был отменен в пользу ракеты Atlas .
Рекомендации
Цитаты
- ^ «От Сенгера до Авангарда - гиперзвуковое оружие достигло совершеннолетия, От Сенгера до Авангарда - гиперзвуковое оружие достигло совершеннолетия - Королевское авиационное общество» .
- ^ http://www.thedrive.com/the-war-zone/11177/heres-how-hypersonic-weapons-could-completely-change-the-face-of-warfare
- ^ а б Йенгст 2010 , стр. 29.
- Перейти ↑ Neufeld 1995 , p. 92.
- ^ а б Нойфельд 1995 , стр. 93.
- ^ Даффи, Джеймс (2004). Цель: Америка - план Гитлера атаковать Соединенные Штаты . Praeger. п. 124 . ISBN 0-275-96684-4.
- ^ Рейтер, Клаус (2000). V2 и немецкая, российская и американская ракетная программа . Немецко-канадский музей прикладной истории. п. 99. ISBN 9781894643054.
- ^ а б Йенгст 2010 , стр. 30-31.
- ^ Йенгст 2010 , стр. 31.
- ^ а б Вестман, Джухани (2006). «Глобальный отскок» . PP.HTV.fi . Архивировано из оригинала на 2007-10-09 . Проверено 17 января 2008 .
- ^ Уэйд, Марк. «Келдыш» . Энциклопедия Astronautica .
- ^ Годвин, Роберт (2003). Dyna-Soar: система гиперзвукового стратегического оружия . Книги Апогея. п. 42. ISBN 1-896522-95-5.
- ^ «Ракетный лайнер обогнул бы космос, чтобы ускорить авиаперелеты». Популярная наука : 160–161. Февраль 1955 г.
- ^ Дорнбергер, Уолтер (1956). Ракетный пассажирский авиалайнер (Технический отчет). Технологический институт Миннесотского университета.
- ^ Тейтель, Эми Шира (12 июня 2015 г.). «Космический самолет, которого не было» . Популярная наука .
- ^ Уэйд, Марк. «АКТИВ» . Энциклопедия Astronautica .
- ^ Дженкинс, Деннис; Лэндис, Тони; Миллер, Джей (июнь 2003 г.). АМЕРИКАНСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА ИКС. Инвентарь - от X-1 до X-50 (PDF) . НАСА. п. 30.
- ^ Уэйд, Марк. «Першинг» . Энциклопедия Astronautica .
- ^ "Эксперт об" изделияии 4202 ": теперь США будут меньше бряцать оружием" . Риа . 28 октября 2016 . Проверено 16 сентября 2018 года .
- ^ «Первый ракетный полк» Авангарда «заступил на боевое дежурство» . ТАСС . 27 декабря 2019 . Проверено 27 декабря 2019 .
- ^ «В России начинается серийное производство нового современного планера» . ТАСС .
- ^ «Китайцы разрабатывают« смертоносное оружие »для уничтожения авианосцев США» . Военно-морской институт США . 21 марта 2009 г.
- ^ http://www.express.co.uk/news/world/680167/Russia-tests-Yu74-hypersonic-nuclear-glider-capable-carrying-24-atomic-warheads
- ^ Герц, Билл (13 января 2014 г.). «Гиперзвуковая гонка вооружений: Китай испытывает высокоскоростные ракеты, способные превзойти оборону США» . Вашингтонский свободный маяк .
- ^ Вульф, Эми (6 февраля 2015 г.). Обычные быстрые глобальные ударные и баллистические ракеты большой дальности: история вопроса и проблемы (PDF) (Технический отчет). Исследовательская служба Конгресса.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2018-12-16 . Проверено 16 декабря 2018 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ «Знакомство с кораблем противоракетной обороны» . Авиационная неделя . 11 апреля 2014 . Проверено 29 декабря 2019 .
Обратной стороной является то, что когда боеголовка [HGV] приближается к своей цели, она имеет меньшую скорость и высоту и, следовательно, легче перехватывается перехватчиками низкого уровня, включая потенциальные рельсовые орудия.
- ^ Таджде, Ясмин (26 января 2018 г.). «Секретное бюро Пентагона делится подробностями о сверхскоростном оружии противоракетной обороны» . Национальная оборона .
- ^ "Борисов: испытания комплекса" Авангард "доказали его способность разгоняться до 27 Махов" . ТАСС . 27 декабря 2018 . Проверено 30 декабря 2018 .
- ^ http://www.astronautix.com/l/lunarl1.html
- ↑ Советская космическая гонка с Аполлоном, Асиф Сиддики, страницы 655 и 656
- ^ Богнер И. (4 августа 1966 г.). «Пропускное руководство Аполлона» (PDF) . Bellcom.
- ^ Бэрстоу, Сара Хендриксон (2006). Наведение на вход с возможностью увеличенной дальности для космических аппаратов с малой дальностью полета (кандидатская диссертация). Массачусетский Институт Технологий. hdl : 1721,1 / 35295 .
- ^ Бруннер, Кристофер В .; Лу, Пинг (20–23 августа 2007 г.). Пропустить планирование траектории входа и руководство . Конференция и выставка AIAA по руководству, навигации и управлению. Хилтон-Хед, Южная Каролина. DOI : 10.2514 / 6.2007-6777 .
- ^ Ри, Джереми Р .; Патнэм, Закари Р. (20–23 августа 2007 г.). Сравнение двух алгоритмов пропуска входа Orion . Конференция и выставка AIAA по руководству, навигации и управлению. Хилтон-Хед, Южная Каролина. DOI : 10.2514 / 6.2007-6424 .
- ^ Моидж, Э (2014). Лекционные заметки по системам повторного входа . Delft TU.
- ^ https://news.yahoo.com/amphtml/japan-unveils-hypersonic-weapons-plans-160623712.html
- ^ http://www.opex360.com/2019/09/15/outre-planeur-vmax-la-france-cherche-a-developper-un-aeronef-combat-hypersonique/
Библиография
- Нойфельд, Майкл (1995). Ракета и Рейх: Пенемюнде и наступление эры баллистических ракет . Саймон и Шустер. ISBN 9780029228951.
- Йенгст, Уильям (апрель 2010 г.). Молния: Первые маневренные возвращающиеся машины . Тейт Паблишинг. ISBN 9781615665471.