Скоростной перехват: какое российское оружие сможет уничтожать гиперзвуковые цели

Расчёт скорости звука в жидкости и газе

Скорость звука в однородной жидкости (или газе) вычисляется по формуле:

c=1βρ.{\displaystyle c={\sqrt {\frac {1}{\beta \rho }}}.}

В частных производных:

c=−v2(∂p∂v)s=−v2CpCv(∂p∂v)T,{\displaystyle c={\sqrt {-v^{2}\left({\frac {\partial p}{\partial v}}\right)_{s}}}={\sqrt {-v^{2}{\frac {C_{p}}{C_{v}}}\left({\frac {\partial p}{\partial v}}\right)_{T}}},}

где β{\displaystyle \beta } — адиабатическая упругость среды; ρ{\displaystyle \rho } — плотность; Cp{\displaystyle C_{p}} — изобарная теплоёмкость; Cv{\displaystyle C_{v}} — изохорная теплоёмкость; p{\displaystyle p}, v{\displaystyle v}, T{\displaystyle T} — давление, удельный объём и температура, s{\displaystyle s} — энтропия среды.

Для идеальных газов эта формула выглядит так:

c=γkTm=γRTM=αT=γ3v{\displaystyle c={\sqrt {\frac {\gamma kT}{m}}}={\sqrt {\frac {\gamma RT}{M}}}=\alpha {\sqrt {T}}={\sqrt {\frac {\gamma }{3}}}v},

где γ{\displaystyle \gamma } — показатель адиабаты: 5/3 для одноатомных газов, 7/5 для двухатомных (и для воздуха), 4/3 для многоатомных; k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана; R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная; T{\displaystyle T} — абсолютная температура; m{\displaystyle m} — молекулярная масса; M{\displaystyle M} — молярная масса, α=γRM{\displaystyle \alpha ={\sqrt {\frac {\gamma R}{M}}}}; v{\displaystyle v} — средняя скорость теплового движения частиц газа.

По порядку величины скорость звука в газах близка к средней скорости теплового движения молекул (см. Распределение Максвелла) и в приближении постоянства показателя адиабаты пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры.

Данные выражения являются приближёнными, поскольку основываются на уравнениях, описывающих поведение идеального газа. При больших давлениях и температурах необходимо вносить соответствующие поправки.

Для расчёта сжимаемости многокомпонентной смеси, состоящей из невзаимодействующих друг с другом жидкостей и/или газов, применяется уравнение Вуда. Это же уравнение применимо и для оценки скорости звука в нейтральных взвесях.

Для растворов и других сложных физико-химических систем (например, природный газ, нефть) данные выражения могут давать очень большую погрешность.

Последние статьи

  •   Что находится внутри загадочной мусульманской святыни — Каабы сегодня, 14:50
  •   Не больше, не меньше: почему МКС летает именно на высоте 400 км сегодня, 13:20
  •   8 верных признаков, что бюстгальтер был выбран неправильно сегодня, 11:48
  •   Исчез драматизм и формы: волгоградцы требуют вернуть прежнюю подсветку монументу «Родина-мать зовет!» сегодня, 10:43
  •   6 вариантов заморозить зелень на зиму, чтобы сохранить ее свежесть и аромат сегодня, 09:22
  • +1   4 заблуждения о приготовлении еды, в которые пора перестать верить 18.08.2020, 22:43
  •   6 фантастических сооружений мира, созданных гениальными современниками 18.08.2020, 21:38
  •   Что и как перекупщики «вылизывают» в автомобиле, чтобы он выглядел как можно лучше 18.08.2020, 20:26
  •   Простецкий способ заточить ножницы быстро и без наждачной бумаги или камня 18.08.2020, 18:38
  •   Парочка действенных способов, которые избавят от запаха чеснока без чистки зубов 18.08.2020, 16:47

Все статьи

Список режимов

Гиперзвуковой поток подразделяется на множество частных случаев. Отнесение ГП к одному или другому режиму потока представляется сложной задачей по причине «размытия» границ состояний, при которых это явление в газе обнаруживается или становится заметным с точки зрения используемого математического моделирования.

Идеальный газ

В данном случае, проходящий воздушный поток может рассматриваться как поток идеального газа. ГП в данном режиме все еще зависит от чисел Маха и моделирование руководствуется температурными инвариантами, а не адиабатической стенкой, что имеет место при ме́ньших скоростях. Нижняя граница этой области соответствует скоростям около 5 М, где с дозвуковым сгоранием становятся неэффективными, и верхняя граница соответствует скоростям в районе 10—12 М.

Идеальный газ с двумя температурами

Является частью случая режима потока идеального газа с большими значениями скорости, в котором проходящий воздушный поток может рассматриваться химически идеальным, но вибрационная температура и вращательная температура газа должны рассматриваться отдельно, что приводит к двум отдельным температурным моделям. Это имеет особое значение при проектировании сверхзвуковых сопел, где вибрационное охлаждение из-за возбуждения молекул становится важным.

Диссоциированный газ

В данном случае молекулы газа начинают диссоциировать по мере того, как они вступают в контакт с генерируемой движущимся телом ударной волной. Поток начинает различаться для каждого конкретного рассматриваемого газа со своими химическими свойствами. Способность материала корпуса аппарата служить катализатором в этих реакциях играет роль в расчете нагрева поверхности, что означает появление зависимости гиперзвукового потока от химических свойств движущегося тела. Нижняя граница режима определяется первым компонентом газа, который начинает диссоциировать при данной температуре торможения потока, что соответствует азоту при 2000 К. Верхняя граница этого режима определяется началом процессов ионизации атомов газа в ГП.

Ионизированный газ

В данном случае, количество потерянных атомами электронов становится существенным и электроны должны моделироваться отдельно. Часто температура электронного газа рассматривается изолировано от других газовых компонентов. Этот режим соответствует диапазону скоростей ГП 10—12 км/с (> 25 М) и состояние газа в данном случае описывается с помощью моделей безизлучательной или неизлучающей плазмы.

Режим доминирования лучевого переноса

На скоростях выше 12 км/с передача тепла аппарату начинает происходить в основном через лучевой перенос, который начинает доминировать над термодинамическим переносом вместе с ростом скорости. Моделирование газа в данном случае подразделяется на два случая:

  • оптически тонкий — в данном случае предполагается, что газ не перепоглощает излучение, которое приходит от других его частей или выбранных единиц объема;
  • оптически толстый — где учитывается поглощение излучения плазмой, которое потом переизлучается в том числе и на тело аппарата.

Моделирование оптически толстых газов является сложной задачей, так как из-за вычисления радиационного переноса в каждой точке потока объем вычислений растет экспоненциально вместе с ростом количества рассматриваемых точек.

Проблемы сверхзвукового полета

Как бы ни разгонялся обычный самолет, он не сможет длительное время лететь на сверхзвуковой скорости. Дозвуковые самолеты отличаются более плавными и округленными формами. А при полете на сверхзвуковой скорости возникают иные аэродинамические условия.


Резко увеличивается сопротивление воздуха, корпус самолета нагревается из-за трения. В результате обычный самолет потеряет стабильное управление и может начать разрушаться прямо в воздухе.

Активно развиваться сверхзвуковая авиация начала в 50-60-х годах. Первым сверхзвуковым самолетом, который выпускался серийно, стал истребитель North American F-100 Super Sabre. Данная модель впервые совершила полет в 1953 году.

Создавались и пассажирские сверхзвуковые самолеты, которые выполняли регулярные рейсы. Но их было всего 2: советский Ту-144 и англо-французский Concorde.

Сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144

Преимущество таких самолетов – это преодоление больших расстояний за короткий промежуток времени. Также сверхзвуковой самолет перемещается на большей высоте по сравнению с обычными. Соответственно, воздушное пространство не загружено. Но от их использования вскоре отказались из-за нескольких недостатков:

  • ударная волна;
  • большой расход топлива;
  • сложность эксплуатации;
  • шум над аэродромом.

Громкий хлопок – это резкий скачок давления перед самолетом, образующийся в момент, когда самолет начинает двигаться со сверхзвуковой скоростью (преодолевает звуковой барьер). Ударная волна, возникающая перед самолетом, распространяется конусообразно. Человек, наблюдающий за полетом самолета, слышит хлопок, когда эта волна достигает его, и только после этого можно услышать работу двигателя. Ударная волна постоянно сопровождает самолет на сверхзвуковой скорости. Однако хлопки будет слышно лишь во время прохождения самолета в определенной точке – поблизости с наблюдателем.

«Займёт топовые позиции»

59Н6-ТЕ была разработана в Нижегородском научно-исследовательском институте радиотехники (АО «ФНПЦ «ННИИРТ»). Эта организация входит в концерн «Алмаз-Антей», известный в мире в том числе благодаря своим ЗРК С-400 («Триумф»).

«РЛС 59Н6-ТЕ предназначена для выдачи координат целей автоматизированной системе управления противовоздушной обороны. Установка контролирует воздушное пространство, определяя цели по азимуту, дальности, высоте, скорости и траектории полёта. Данная система может входить в комплексы быстрого реагирования, а также работать в системе управления воздушным движением», — рассказал в интервью RT военный эксперт Алексей Леонков.

Станция 59Н6-ТЕ может обнаруживать цели, летящие со скоростью до 8 тыс. км/ч на дальности до 450 км и высоте до 200 км. После обнаружения цели она передаёт полученную информацию другим аппаратам, работающим с ней в связке. В условиях функционирования генераторов шумовых помех РЛС может осуществлять пеленгацию их источников.

Также по теме «На стадии испытаний»: как США намерены догнать Россию в сфере гиперзвука США проведут новые испытания гиперзвукового оружия в текущем году. Об этом сообщил представитель Пентагона Майк Уайт. По его словам,…

«У неё достаточно высокая степень разрешающей способности, плюс есть небольшая особенность в том, что она может действовать в условиях сильного противодействия комплексов радиоэлектронной борьбы», — отметил Ленков.

Станция обладает автоматическим и полуавтоматическим режимами захвата и сопровождения воздушных объектов. Как отмечается в пресс-релизе «Рособоронэкспорта», РЛС может одновременно сопровождать не менее 1 тыс. объектов и распознавать восемь классов целей. Также она способна «проводить селекцию противорадиолокационной ракеты и предупреждать боевой расчёт об опасности поражения, в том числе высокоточным оружием и самонаводящимися ракетами».

В комплект поставки РЛС 59Н6-ТЕ входят антенно-аппаратный комплекс и индикаторный пост, установленные на платформах автомобилей КамАЗ-6560. Это тяжёлое внедорожное шасси, которое также используется в зенитных комплексах «Панцирь». Как отмечают эксперты, данные машины эксплуатируются в различных модификациях с 2005 года и за это время хорошо успели себя зарекомендовать.

Разработчики подчёркивают, что РЛС также может быть исполнена в стационарном варианте или установлена на высотной опоре и других сооружениях.


Для обеспечения безопасности операторов станции она оборудуется выносными рабочими местами. При использовании волоконно-оптической линии связи такой пост может быть расположен на расстоянии до 1 км, а при работе через радиоканал — до 15 км.

В руководстве компании убеждены, что РЛС 59Н6-ТЕ будет востребована на рынке.

«Уверен, что в сегодняшних условиях и при очевидных перспективах гиперзвуковых технологий РЛС 59Н6-ТЕ займёт топовые позиции в своем сегменте рынка и станет важным приобретением для стран, которые строят свою систему ПВО с учётом мировых тенденций развития средств воздушного нападения. Рассчитываем на высокий спрос на новую станцию в государствах Азиатско-Тихоокеанского региона, на Ближнем Востоке и в Северной Африке», — рассказывает гендиректор «Рособоронэкспорта» Александр Михеев. 

  • РЛС 59Н6-ТЕ

Направления гиперзвукового удара

Когда в США задумывают глобальную стратегию, то на её реализацию, как правило, не жалеют ни времени, ни ресурсов. Стратегия «Глобального мгновенного удара» появилась в 2003 году после того как командование ВВС США опубликовало официальное заявление о том, что «США должны иметь возможность наносить глобальные и быстрые удары по стратегически важным целям, а также должны быть в состоянии планировать и осуществлять эти нападения в течение нескольких минут или часов. Мы (США) должны быть в состоянии осуществлять эти нападения, даже если у США нет постоянного военного присутствия в регионе, где будет происходить конфликт».

Наносить быстрые удары в любую точку планеты такие средства вооружения как межконтинентальные баллистические ракеты не могут, т.к. их подлётное время занимает несколько десятков минут. Поэтому в рамках разрабатываемой стратегии начались научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) по созданию гиперзвукового оружия, возглавляемые лабораториями DARPA, ВВС, ВМС и Армии США.

В настоящее время на этой инфраструктуре ведутся НИОКР по нескольким программам технологии управляемого гиперзвука:

1. ВМС США: Intermediate Range Conventional Prompt Strike Weapon — гиперзвуковая ракета средней дальности для подводных лодок;

2. Армия США: Land-Based Hypersonic Missile — Наземная гиперзвуковая ракета (более известная как Гиперзвуковое оружие дальнего действия — Long Range Hypersonic Weapon);

3. ВВС США: Hypersonic Conventional Strike Weapon (HCSW) — Гиперзвуковое обычное ударное оружие;

4. ВВС США: крылатая ракета AGM-183A, Air-launched Rapid Response Weapon (ARRW) — Воздушное оружие быстрого реагирования;

5. DARPA: Tactical Boost Glide (TBG) — Тактический блок скольжения (преемник программы FALCON HTV-2);

6. DARPA: Advanced Full-Range Engine (AFRE) – усовершенствованный прямоточный гиперзвуковой двигатель с комбинированным циклом TBCC (Turbine Based Combined Cycle) — по сути гиперзвуковой прямоточный реактивный двигатель;

7. DARPA: Operational Fires (OpFires) — гиперзвуковая ракетная система наземного базирования для прорыва ПВО;


8. DARPA: Hypersonic Air-breathing Weapon Concept (HAWC) — гиперзвуковая крылатая ракета воздушного базирования.

Все эти программы получили финансирование на 2019 и 2020 годы. Размеры финансирования и сроки окончания исследований, для удобства оценки, сведены мной в таблицу.

Как видно из таблицы, появление первых образцов (прототипов) гиперзвукового оружия ожидается после 2021 года: по проектам для ВВС (2022 год), Сухопутных войск (2023) и ВМС США (2024). В случае удачных испытаний проекты получат дополнительное финансирование на предсерийное производство. ВВС получит дополнительно 735 млн долларов, Сухопутные войска — 1,2 млрд долларов, а ВМС — 5,2 млрд долларов в течение пятилетнего периода финансирования программ обороны будущих лет (FYDP).

Секретный и уникальный

Гиперзвуковая ракета 3М22 «Циркон» является одним из наиболее закрытых проектов российского ВПК. Долгое время о его тактико-технических характеристиках ничего не было известно. Однако 20 февраля 2019 года в послании Федеральному собранию их частично раскрыл президент России Владимир Путин. Он рассказал, что скорость полёта боеприпаса составит 9 Махов (скоростей звука), дальность — свыше 1 тыс. км. Ракета сможет уничтожать как морские, так и наземные цели.

  • Гиперзвуковая ракета «Циркон»

Из доступной официальной информации следует, что «Циркон» в различных модификациях войдёт в арсенал корветов и фрегатов ВМФ, оснащённых универсальным корабельным стрельбовым комплексом (УКСК). В перспективе гиперзвуковые ракеты смогут запускать эсминцы новых проектов, десантные корабли, прошедшие модернизацию крейсеры, большие противолодочные корабли и многоцелевые атомные подлодки.

На расширенном заседании коллегии Минобороны в декабре 2019 года Владимир Путин заявил, что РФ опережает другие государства по уровню развития передового оружия, являясь единственной страной — оператором гиперзвукового вооружения.

Также по теме «Качественно отстали от России»: почему в Пентагоне заявили об «асимметрии боевых возможностей» в сфере гиперзвука Представитель оборонного ведомства США подполковник ВВС Роберт Карвер заявил, что «противники» Вашингтона обладают преимуществом в…

Президент отметил, что в войсках уже стоят гиперзвуковые комплексы «Кинжал», лазерные комплексы «Пересвет», началось оснащение первого полка гиперзвуковым межконтинентальным комплексом «Авангард», по планам идут работы над ракетами «Сармат» и «Циркон», крылатой ракетой с ядерной силовой установкой «Буревестник».

По его словам, ситуация в новой и новейшей истории страны уникальна: «Догоняют нас».

«Ни у одной страны сегодня нет гиперзвукового оружия вообще, а гиперзвукового оружия континентальной дальности — тем более», — отметил тогда Владимир Путин.

В конце декабря 2019 года заместитель министра обороны России Алексей Криворучко заявил, что российские специалисты планируют увеличить максимальную скорость полёта гиперзвуковых ракет «Кинжал» и «Циркон» до более чем 10 Махов. По его словам, образцы гиперзвукового вооружения создаются для применения с воздушных носителей, а также с наземных и морских носителей.

Гиперзвуковые ракеты должны наносить удары по особо важным целям, прорывая систему ПРО вероятного противника, отметил Виктор Мураховский.

Военный эксперт Алексей Леонков в беседе с RT напомнил, что «Циркон» — многофункциональная ракета, способная решать многие виды задач.

«Она может работать как по морским объектам (имеются в виду корабли вероятного противника), так и по наземным объектам в случае необходимости. Этой ракетой будут оснащаться все корабли, которые сейчас выходят с верфей Объединённой судостроительной корпорации России, и подводные лодки, поэтому спектр её применения будет как с надводного, так и с подводного положения», — пояснил эксперт.


Одной из важнейших задач «Цикрона» станет сдерживание сил вероятного противника на как можно большей дистанции, не допуская его в зону, где он может применить своё ракетное вооружение против России, отметил Алексей Леонков.

«Дело в том, что США перестроили свои вооружённые силы по стратегии глобального мгновенного удара, где основным ударным элементом является крылатая ракета морского базирования. Задача таких ракет заключается в поражении основных объектов гражданской и военной инфраструктуры, а также стартовых комплексов межконтинентальных баллистических ракет. Когда на вооружении появится ракета «Циркон», она будет прежде всего работать по носителям этих средств вооружения, которыми являются надводные корабли различных классов. Если мы говорим про классификацию, то это крейсера и эсминцы», — рассказал военный эксперт.

Эпоха гиперзвука

Как отмечают эксперты, на сегодняшний день только Россия обладает стоящим на боевом дежурстве гиперзвуковым оружием. Прежде всего, речь идёт о ракетах «Кинжал», которые устанавливаются на сверхзвуковых истребителях-перехватчиках дальнего радиуса действия МиГ-31К.

Помимо этого, в конце 2019 года на боевое дежурство в российских вооружённых силах заступил ракетный комплекс с управляемым боевым блоком «Авангард». Также завершается разработка гиперзвуковой ракеты «Циркон», предназначенной для российского флота.

Однако многие страны пытаются сократить технологическое отставание от РФ в данной области и активно ведут соответствующие разработки.

В августе 2019 года сообщалось, что свой первый гиперзвуковой аппарат испытал Пекин. Китайское устройство называется Xingkong-2, оно способно развивать скорость до 6 Махов.

Также по теме Рубеж космической обороны: как проходят испытания элементов новейших российских комплексов С-500 В России завершаются испытания отдельных элементов зенитной ракетной системы нового поколения С-500: пусковой установки, локаторов,…

В свою очередь, существенные средства на разработку гиперзвукового оружия выделяют Соединённые Штаты: если в военном бюджете на 2020 год Пентагон заложил $2,6 млрд на программы по созданию гиперзвукового оружия, то в 2021 году эта цифра достигла уже $3,2 млрд. В марте этого года США провели успешный тестовый пуск прототипа гиперзвукового оружия.

В марте 2020 года Министерство обороны Японии сообщило о планах по разработке двух видов гиперзвукового оружия: крылатой ракеты HCM и гиперскоростного парящего блока HVGP. Аналогичные работы ведут Франция и Германия.

В этих условиях, отмечают опрошенные RT эксперты, РЛС, способная отслеживать гиперзвуковые цели, будет крайне востребована на рынке: странам необходимо уже сейчас думать, как они будут обороняться от этого довольно грозного оружия, которое способно преодолевать существующие системы ПРО.

«Я думаю, что на 59Н6-ТЕ будет спрос как среди традиционных наших покупателей, так и новых. Актуальна она будет в том числе в связи с тем, что США и другие страны занимаются разработкой гиперзвукового оружия. Государства, у которых со Штатами отношения непростые, конечно, будут среди главных покупателей», — считает Юрий Кнутов.

По его мнению, особенно эффективна отечественная РЛС может быть в связке с российскими ЗРК.

Среди возможных покупателей российских РЛС он назвал Индию, Китай, Вьетнам, Филиппины, Малайзию, Иран, Египет и Алжир. Кнутов подчеркнул, что в разработке систем ПВО Россия сейчас заслуженно считается лидером, поэтому у «Рособоронэкспорта» есть все шансы на успех.

«С точки зрения систем противовоздушной обороны мы являемся лидерами много десятилетий. Но в последнее время мы создаём системы ПВО, которые отвечают требованиям уже не сегодняшнего, а завтрашнего дня. Наши ЗРК и радиолокационные станции — это действительно передовая техника, мало кто может с нами сравниться в этом», — заключил аналитик.


С этим читают