Введение

Программы скрамджета относятся к исследовательским и испытательным программам для разработки сверхзвуковых самолетов с сжиганием, известных как скрамджеты. В этом списке представлен краткий обзор национальных и международных сотрудничеств, а также гражданских и военных программ. США, Россия, Индия и Китай (2014 г.) добились успеха в разработке технологий скрамджета.

Х-15

Когда второй самолет X 15 (пилот - Джон Б. Маккей) разбился на рейсе 74, он был поврежден, но выжил достаточно хорошо, чтобы быть восстановленным. North American Aviation перестроила его как X 15 A2. Среди прочего, одним из изменений были положения о манекенном скрамджете для проверки правильности испытаний в аэродинамической трубе. К сожалению, в последний полет X 15 A2 (полет 188), ударные волны, испускаемые скремджетом на скорости 6,7 Маха, вызвали чрезвычайно интенсивное нагревание над поверхностью, а затем прокололи в брюшной плавник и расплавили большие отверстия. Самолет выжил, но больше не полетел. Данные испытаний были ограничены из-за ограниченных полетов скрамджета до того, как проект X 15 A2 и X 15 в целом были отменены.

СКРАМ

С 1962 по 1978 год Лаборатория прикладной физики Джонса Хопкинса (APL) проводила секретную программу (разсекреченную в 1993 году) по разработке семейства ракет, называемых SCRAM (Supersonic Combustion RAmjet Missile). Они предназначались для установки на пусковую систему Talos MK12 или пусковую установку Terrier MK10. Испытания модулей двигателя в прямом соединении и свободном реактивном устройстве проводились при различных числах Маха и давлениях (высотах). Среди них были: Мах 4 (24,000 футов), Мах 5.3 (46,000 футов), Мах 7.8 (67,000 футов) и Мах 10 (88,000 футов). Испытания показали, что приемлемая эффективность сгорания достигается только при использовании пентаборана (B5H9) в MCPD (C12H16) более чем на 20%. Испытания с чистым пентабораном (HiCal) показали, что чистый тяга может быть достигнута на скорости 7 Махов. Ускорительная способность эквивалентная 11g наблюдалась для полета на скорости 5 Махов на уровне моря.

НАСП

В 1986 году президент США Рональд Рейган объявил о программе Национального аэрокосмического самолета (NASP), предназначенной для разработки двух самолетов X-30, способных к одноступенчатому полету на орбиту (SSTO), а также к горизонтальному взлёту и посадке с обычных взлетно-посадочных полос. Самолет должен был быть водородным воздушно-капельным космическим самолетом с низкоскоростной системой ускорения, чтобы довести самолет до Маха 3, где основные двухрежимные скрамджетные двигатели (рамджет / скрамджет) будут заменены. На краю атмосферы ракеты должны были взять на себя и обеспечить окончательную энергию для орбитального ввода. Она была основана на секретной исследовательской программе DARPA под названием "Медный каньон". Эта исследовательская программа предполагала, что 25 Махов может быть возможным. По мере продвижения программы стало ясно, что 17 Махов, вероятно, был пределом, в то время как уменьшение веса и сложность теплообменника кожи и других двигательных систем будет существенным. Программа была создана министром обороны в 1985 году и финансировалась до конца 1994 финансового года, когда было принято решение, что 15 миллиардов долларов, необходимых для строительства двух испытательных кораблей X 30, были чрезмерными. Хотя более заметные части программы были отменены, НАСП предоставил большой объем фундаментальных исследований, которые перешли в следующие проекты. Например, модель реакции NASP для сгорания водорода в воздухе (31 реакция, 16 видов) все еще широко используется там, где вычислительная мощность достаточна, чтобы не использовать модели уменьшенной реакции.

Стрелка GASL

На испытательном полигоне военно-воздушной базы Арнольд в штате Теннесси, США, Общая прикладная научная лаборатория (GASL) выпустила снаряд, оснащенный углеводородным реактивным двигателем, из большой пушки. 26 июля 2001 года снаряд шириной 100 мм преодолел расстояние в 79 метров за 30 миллисекунд (примерно 5900 миль в час или 9500 км/ч). Предполагается, что снаряд - это модель ракеты. Многие не считают это "полетом" скремджета, поскольку испытание проходило недалеко от земли. Однако испытательная среда была описана как очень реалистичная.

Гипер-Х

Проект Langley Hyper X X 43A стоимостью 250 миллионов долларов США был результатом отмененной программы National Aerospace Plane (NASP), в которой сотрудничало НАСА. Вместо разработки и полета большого, дорогого космического самолета с орбитальной возможностью, Hyper X полетел небольшими тестовыми транспортными средствами, чтобы продемонстрировать водородные реактивные двигатели. NASA работало с подрядчиками Boeing, Microcraft и General Applied Science Laboratory (GASL) над проектом. Программа Hyper X НАСА является преемником программы National Aerospace Plane (NASP), которая была отменена в ноябре 1994 года. Эта программа включает в себя летные испытания с помощью строительства транспортных средств X 43. NASA впервые успешно выполнило испытательный полет скремджета X 43A 27 марта 2004 года (раннее испытание, 2 июня 2001 года, вышло из-под контроля и пришлось уничтожить). В отличие от машины Квинслендского университета, она пошла по горизонтальной траектории. После того, как он отделился от своего материнского корабля и бустера, он ненадолго достиг скорости 5000 миль в час (8000 км/ч), эквивалентной Маху 7, легко побив предыдущий рекорд скорости для низового полета воздуходышащего транспортного средства. Его двигатели работали в течение одиннадцати секунд, и за это время он преодолел расстояние в 15 миль (24 километра). Книга рекордов Гиннеса подтвердила полет X 43A в качестве нынешнего держателя рекордов скорости самолетов 30 августа 2004 года. Третий полет X 43 установил новый рекорд скорости в 10 620 км/ч, почти 10 Махов 16 ноября 2004 года. Он был усилен модифицированной ракетой Pegasus, которая была запущена с Boeing B 52 на высоте 13 157 метров (43 166 футов). После свободного полета, в котором самолет работал около десяти секунд, корабль совершил запланированную катастрофу в Тихом океане у побережья южной Калифорнии. Корабли X 43A были спроектированы так, чтобы разбиться в океан без восстановления. Геометрия и производительность X 43 засекречены. Центр НАСА в Лэнгли, Маршалл и Гленн сейчас все активно занимаются исследованиями гиперзвуковой тяги. Центр Гленна занимает лидирующие позиции в разработке турбинного двигателя Маха 4 интересующего ВВС США. Что касается X 43A Hyper X, то сейчас рассматриваются три последующих проекта: X 43B: Увеличенная версия X 43A, которая будет оснащена двигателем Integrated Systems Test of an Air Breathing Rocket (ISTAR). ISTAR будет использовать ракетный режим на основе углеводородов для начального усиления, режим рамджета для скоростей выше 2,5 Маха и режим скрамджета для скоростей выше 5 Маха, чтобы довести его до максимальных скоростей не менее 7 Маха. Версия, предназначенная для запуска в космос, может затем вернуться в режим ракеты для окончательного подъема в космос. ISTAR основан на запатентованной конструкции Aerojet, называемой "strutjet", которая в настоящее время проходит испытания в аэродинамической трубе. Маршаллский космический двигательный центр НАСА представил программу интегрированных систем испытаний воздуходышащих ракет (ISTAR), побудив Pratt & Whitney, Aerojet и Rocketdyne объединить усилия для разработки. X 43C: НАСА ведет переговоры с ВВС о разработке варианта X 43A, который будет использовать углеводородный двигатель HyTECH. ВВС США и Pratt and Whitney сотрудничали в разработке скремджет-двигателя с гиперзвуковой технологией (HyTECH), который теперь был продемонстрирован в среде ветровой трубы. В то время как большинство скрамджетов до сих пор использовали водородное топливо, HyTech работает на обычном керосиновом углеводородном топливе, которое гораздо более практично для поддержки эксплуатационных транспортных средств. Сейчас строится полномасштабный двигатель, который будет использовать собственное топливо для охлаждения. Использование топлива для охлаждения двигателя не является чем-то новым, но система охлаждения также будет действовать как химический реактор, расщепляя углеводороды длинной цепи на углеводороды короткой цепи, которые горят быстрее. X 43D: версия X 43A с водородным реактивным двигателем с максимальной скоростью 15 Махов.

FASST

10 декабря 2005 года Alliant Techsystems (ATK) успешно испытала воздуходышащий, жидкий JP 10 (углеводород), работающий на скрамджете, свободно летающий аппарат из NASA Wallops Flight Facility, Wallops Island, Вирджиния. Полетные испытания были проведены в рамках проекта Агентства перспективных исследовательских проектов обороны (DARPA) / Управления военно-морских исследований (ONR) Freeflight Atmospheric Scramjet Test Technique (FASTT). Этот последний полет был кульминацией трехлетней программы, которая успешно продемонстрировала возможность использования наземных ракет-зондировщиков в качестве недорогого подхода к испытаниям гиперзвукового полета, и представляет собой первый в мире полетный тест воздуходышащего, скремджета, использующего углеводородное топливо. Проект FASTT, начатый в конце 2002 года, включал в себя проектирование и изготовление трех летательных аппаратов и наземной испытательной установки для испытаний двигателей в аэродинамической трубе. Первый и второй полезные грузы были названы "сурогатной полезной грузовой машиной" и близко соответствовали летательному устройству скремджета, но не имели внутреннего потока и топливной системы. Они были разработаны как тестовые раунды для проверки подсистем транспортных средств, таких как производительность комбинации бустер-стека, наборы плавников, механизм развертывания полезной нагрузки, телеметрия и отслеживаемость и входное покрытие, перед испытанием в полете более сложного поточного пути скрамджета, который должен был пройти проверку концепции в аэродинамической трубе до испытаний в полете. Первый суррогатный аппарат, SPV1, был запущен на борту неуправляемого двухступенчатого твердотельного ракетного двигателя Terrier/Improved Orion с острова Уоллопс 18 октября 2003 года, примерно через 12 месяцев после начала программы. Она имела точную внешнюю линию формы, как и в случае с скрамджетом, и содержала полный бортовой инструментарий и телеметрические комплекты. Автомобиль был поднят на высоту примерно 15 850 м, где он был развернут для свободного полета, развернул своё покрытие при высоком динамическом давлении и пролетел без двигателя до приземления. Все подсистемы на борту работали безупречно. Однако этапа повышения заряда вводила полезную нагрузку на более низкой, чем желаемая скорость полета, высоту и угол траектории полета. Второй суррогатный аппарат, SPV2, был запущен на борту идентичного бустер-стака с острова Уоллопс 16 апреля 2004 года, примерно через шесть месяцев после первого запуска. После небольших коррекций траектории, чтобы учесть эффекты пусковой рельсы, более высокий, чем ожидалось, сопротивление и фактические характеристики ускорителя, полезная нагрузка была вставлена номинально выше и на высоте 61000 футов (18593 м). В ходе этого успешного летного испытания был вновь проверен полный комплект подсистем. Результаты этих двух летных испытаний обобщены в техническом документе AIAA 2005 3297, представленном на 13-й Международной конференции по космическим самолетам и гиперзвуковым системам и технологиям (см. ) в Капуе, Италия. Наземное оборудование испытательного двигателя было изготовлено в течение 18 месяцев и прошло четырехмесячную программу испытаний для проверки двигателя в комплексе ветротротров ATK GASL, расположенном в Ронконкоме, Нью-Йорк. Зажигание, подавление топлива и работа двигателя были скручены в течение ряда ожидаемых условий полета. После двух месяцев задержки с модификацией аппаратного обеспечения полета на основе результатов наземных испытаний, первый двигательный аппарат, FFV1, был запущен без инцидентов, движимый до скорости 63000 футов (19202 м) высоты, примерно 5,5 Маха. Было зафиксировано более 140 входов, комбюстаторов и наружных линий формы, давление, температуры и ускорения транспортных средств, а также давление топлива, обратная связь и мониторинг энергетических систем. Транспортное средство выполняло предписанные последовательности испытаний безупречно в течение 15 секунд, прежде чем продолжить посадку в Атлантический океан. Дополнительные подробности можно найти в техническом документе AIAA 2006 8119, представленном на 14-й Международной конференции по космическим самолетам и гиперзвуковым системам и технологиям в Канберре, Австралия. Alliant Techsystems Inc. (ATK) GASL Division возглавила команду подрядчиков для проекта FASTT, разработала и интегрировала скрамджет-транспортное средство и выступала в качестве менеджеров миссии для трех полетов. Интеграция и обработка пусковой машины были выполне...

Hy-V

Hy V - это скремджет-эксперимент для получения и сравнения данных о сверхзвуковом сгорании в ходе наземных испытаний и летных испытаний. Общая цель проекта - проверка результатов испытаний в ветровой трубе, которые в конечном итоге будут использоваться для разработки вычислительных кодов. Основными исследователями являются Университет Вирджинии, Virginia Tech и Alliant Techsystems, и тест будет запущен на ракете-звезде Terrier Orion с сайта NASA на острове Уоллопс.

Боинг X-51

Boeing X 51 - это скрамджетный демонстрационный самолет для испытаний гиперзвуковых (Mach 7, около 8050 км/ч) полетов. Программа X 51 WaveRider - это консорциум ВВС США, DARPA, NASA, Boeing и Pratt & Whitney Rocketdyne. Программа управляется Управлением по Движению в рамках Исследовательской лаборатории ВВС США (AFRL). X 51 является потомком более ранних разработок, включая Advanced Rapid Response Missile Demonstrator и двигатель скрамджет с жидким углеводородным топливом, разработанный в рамках программы HyTech ВВС США. Первый свободный полет X 51 состоялся в мае 2010 года. 1 мая 2013 года X 51 выполнил свой первый полностью успешный летный тест, пролетев 240 секунд до исчерпания топлива; этот тест был самым длинным гиперзвуковым полетом с дыханием воздуха. Это испытание ознаменовало завершение программы.

ОВКВ

Концепция гиперзвукового оружия воздушного дыхания (HAWC, произносится Hawk) - это гиперзвуковая крылатая ракета с воздушным двигателем, разработанная DARPA, которая использует собственную кинетическую энергию при ударе, чтобы уничтожить цель. Впервые он был успешно протестирован в сентябре 2021 года. Еще одно успешное испытание было проведено в середине марта 2022 года на фоне российского вторжения на Украину, но дальнейшие детали были сохранены в секрете, чтобы избежать эскалации напряженности с Россией, только чтобы быть просоченным неназванным чиновником Пентагона в начале апреля. Ракета была успешно запущена из стратегического бомбардировщика B 52 у западного побережья и пролетела выше 65 000 футов на более чем 300 миль (483 км). Сверхзвуковая крылатая ракета (HACM) будет построена компанией Raytheon Technologies и будет использовать скрамджет Northrop Grumman.

Хаос

Leidos был награжден контрактом на разработку беспилотного скрамджета с двигателем Mayhem (Expendable Hypersonic Multi mission ISR (разведка, наблюдение и разведка) и программа Strike) демонстратор гиперзвуковой технологии, в декабре 2022 года.

Бразилия

14 X - бразильский гиперзвуковой самолет, названный в честь 14 bis Альберто Сантоса Дюмона. Этот самолет оснащен скрамджетным двигателем, который интегрирован в фюзеляж и не имеет движущихся частей. Принцип работы состоит в том, что во время полета воздух сжимается в зависимости от геометрии и скорости транспортного средства и направляется к двигателю в нижней части воздушного судна. Водород используется в качестве топлива. Автомобиль использует концепцию "Waverider" и совершил первый испытательный полет двигателя в декабре 2021 года в "Operação Cruzeiro". В ходе полета двигатель ускорился до скорости, превышающей Мах 6, на высоте более 30 км и последовал запланированной траектории, достигнув апогея в 160 км.

Китай

В августе 2015 года сообщалось, что китайский исследователь был награжден за успешную разработку и испытательный полет нового скрамджета, первого в своем роде в Китае. Это сделало бы Китай четвертой страной в мире, после Австралии (2002), России и Соединенных Штатов, которая успешно провела испытательный полет скрамджета. Позже было выявлено, что первый полет Waverider, подобный двигателю с скрамджетом, произошел в 2011 году, а летные испытания были завершены к 2014 году. Также был запущен новый почти гиперзвуковой дрон с турбореактивным двигателем с переменным циклом. По сообщениям, это самый быстрый воздуходышащий автомобиль в мире.

Франция

Несколько проектов скрамджетов сейчас находятся под следствием. Один из этих вариантов или их комбинация будет выбрана ONERA, французским агентством аэрокосмических исследований, а конгломерат EADS обеспечит техническую поддержку. Предполагаемая непосредственная цель исследования - создание гиперзвуковой ракеты "воздух-поверхность" под названием "Прометеи", которая будет длиной около 6 метров (20 футов) и весом 1700 килограммов (3750 фунтов). ASN4G (Air Sol Nucléaire de 4e Génération), будет воздушно-ракетным гиперзвуковым крылатым ракетным комплексом с реактивным двигателем и заменит ASMP A.

Германия

Deutsche Forschungsgemeinschaft создала исследовательскую группу 1095 Цели исследования - аэродинамическая конструкция и разработка демонстратора скрамджета. Пока нет официального имени демонстранта. Проект включает в себя фундаментальные исследования для лучшего понимания сверхзвуковой смеси и сжигания топлива, аэродинамических эффектов, материаловедения и проблем в проектировании систем. В проекте участвуют Штутгартский университет, Мюнхенский технический университет, РВТХ Аахен и Немецкий аэрокосмический центр.

Индия

Индийская организация космических исследований (ISRO) разработала и провела наземные испытания скрамджета в 2005 году. В пресс-релизе говорится, что стабильное сверхзвуковое сгорание было продемонстрировано в наземных испытаниях почти семь секунд с числом Маха входа шесть. В 2010 году был проведен летный тест транспортного средства с передовыми технологиями (ATV D01) с пассивным модулем сгорания скремджет-двигателя. Это был суборбитальный баллистический эксперимент, основанный на траектории, используя двухступенчатую ракету-зонд RH 560. HSTDV - это демонстратор технологии, разрабатываемый DRDO. Он был проверен на гиперзвуковой скорости в течение 20 секунд. 28 августа 2016 года ISRO успешно провело летные испытания двигателя Scramjet в Advanced Technology Vehicle (ATV D02). Это второй полетный тест скремджета VSSC ISRO. 12 июня 2019 года Индия провела первый полетный тест своего самодельного беспилотного самолета сверхзвуковой скорости с базы на острове Абдул Калам в Бенгальском заливе примерно в 11:25 утра. Самолет называется гиперзвуковой демонстрационной машиной. Испытание было проведено Организацией оборонных исследований и разработок. Самолет является важным компонентом программы страны по разработке гиперзвуковой крылатой ракетной системы. ISRO также планирует провести эксперимент по скрамджету для своей программы RLV TD, которая сосредоточена на повторном использовании ракеты-носителя. Исро уже провело первые испытания ракеты 23 мая 2016 года.

Россия

Первый в мире работающий скремджет "GLL Kholod" совершил полёт 28 ноября 1991 года, достигнув скорости 5,8 Маха. Однако распад Советского Союза приостановил финансирование проекта. После того, как программа НАСА по созданию НАСП была прекращена, американские ученые начали рассматривать возможность использования доступных российских технологий в качестве менее дорогой альтернативы разработке гиперзвукового полета. 17 ноября 1992 года российские ученые при дополнительной поддержке Франции успешно запустили в Казахстане скрамджетный двигатель "Холод". С 1994 по 1998 год НАСА работало с Российским центральным институтом авиационных двигателей (ЦИАМ) над испытанием скремджетного двигателя с двумя режимами работы и передачей технологий и опыта на Запад. Проведено четыре испытания, достигнутые значения Маха 5,5, 5,35, 5,8 и 6,5. Заключительное испытание состоялось на модифицированной ракете земля-воздух SA 5, запущенной с полигона испытаний Сары Шаган в Республике Казахстан 12 февраля 1998 года. Согласно данным телеметрии CIAM, первая попытка зажигания скрамджета была неудачной, но через 10 секунд двигатель был запущен, и экспериментальная система летала с хорошими характеристиками, до запланированного саморазрушения ракеты SA 5 (согласно NASA, нетто-талки не было достигнуто). Некоторые источники в российской армии сообщили, что была испытана гиперзвуковая (от 10 до 15 Махов) маневренная боеголовка МБР. Ожидалось, что новая система "GLL Igla" будет запущена в 2009 году. 3М22 "Циркон" - это противокорабельная гиперзвуковая крылатая ракета с реактивным двигателем, разработанная Россией.