Boost-glide - Википедия - Boost-glide

Фазы пропуска повторного входа

Повышение скольжения траектории[1][2] являются классом наведения космических аппаратов и возвращение траектории, расширяющие диапазон суборбитальные космические самолеты и возвращаемые машины за счет использования аэродинамической подъемной силы в верхних слоях атмосферы. В большинстве примеров, ускоренное планирование примерно вдвое увеличивает дальность полета по чисто баллистической траектории. В других сериях пропускает позволяет расширить диапазон и приводит к альтернативным условиям скользить и пропустить повторный вход.

Впервые концепция была серьезно изучена как способ расширения диапазона баллистические ракеты, но не использовалась в этой форме в оперативном режиме, так как были введены обычные ракеты с увеличенной дальностью. Основные аэродинамические концепции были использованы для производства маневренные пароходы, или MARV, чтобы повысить точность некоторых ракет, таких как Першинг II или чтобы избежать перехвата, как в случае Авангард. Совсем недавно расширение диапазона использовалось как способ разрешить полеты на более низких высотах, помогая избежать радар обнаружение 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. В Командный модуль Аполлона использовали то, что по сути является повторным входом с одним пропуском (или частичным пропуском), как это делали советский зонд и китайский Чанъэ 5-Т1. Для более новых транспортных средств, таких как Космический корабль Орион.

История

Ранние концепции

Концептуальную основу концепции планирующего ускорения впервые заметили немецкие артиллерийские офицеры, которые обнаружили, что их Peenemünder Pfeilgeschosse Снаряды для стрел летели 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 на Пенемюнде привели к тому, что они обнаружили, что более длинные траектории в более разреженном воздухе на большой высоте приводят к тому, что снаряд имеет угол атаки это произвело аэродинамический подъемник на сверхзвуковых скоростях. В то время это считалось крайне нежелательным, поскольку из-за этого было очень трудно вычислить траекторию, но его возможное применение для увеличения дальности не было упущено наблюдателями.[3]

В июне 1939 года Курт Патт из Клаус Ридель Конструкторское бюро в Пенемюнде предложило крылья для преобразования скорости и высоты ракеты в аэродинамическую подъемную силу и дальность полета.[4] Он подсчитал, что это примерно удвоит диапазон А-4 ракеты от 275 километров (171 миль) до 550 километров (340 миль). Ранняя разработка рассматривалась под названием A-9, хотя мало работ, кроме аэродинамическая труба учится в Цеппелин-Стаакен компания будет осуществляться в течение следующих нескольких лет. 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 датируется 1941 годом. Зильбервогель. Предложение от Ойген Зенгер для ракеты бомбардировщик способен атаковать Нью-Йорк с баз в Германия затем лететь на посадку где-нибудь в Тихий океан проводится Японская империя. Идея заключалась бы 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 счистили пыль, на этот раз под названием A-4b. Было высказано предположение, что это было либо потому, что теперь он был основан на немодифицированном А-4,[5] или потому, что к этому времени программа A-4 имела «национальный приоритет», и размещение разработки под названием A-4 гарантировало финансирование.[8] A-4b подержанный стреловидные крылья чтобы расширить радиус действия V2, достаточно, чтобы позволить атаки на города Великобритании в Мидлендс или достичь Лондон из глубин Германии.[3] Первоначально A-9 был похож, но позже был показан оживальные дельтовидные крылья вместо более обычных стреловидных. Эта конструкция была адаптирована в качестве верхней ступени с экипажем для межконтинентальной ракеты A-9 / A-10, которая могла бы планировать из точки над Атлантикой с достаточной дальностью, чтобы бомбить Нью-Йорк раньше пилота. выручил.[8][а]

Послевоенное развитие

На сегодняшний день X-20 Dyna Soar - это проект, который ближе всего подошел к созданию планирующего летательного аппарата с экипажем. На этой иллюстрации показан корабль Dyna Soar во время входа в атмосферу.

В послевоенное время советский ракетостроитель Алексей Исаев нашел копию обновленного отчета за август 1944 г. Зильбервогель концепция. Он перевел статью на русский язык, и в конечном итоге она привлекла внимание Иосиф Сталин Который сильно интересовался концепцией антиподального бомбардировщика. В 1946 году он отправил сына Василий Сталин и ученый Григорий Токаты, который также работал над крылатыми ракетами до войны, посетить Зенгер и Ирен Бредт в Париже и попытаться убедить их присоединиться к новым усилиям в Советский союз. Сэнгер и Бредт отклонили приглашение.[10]

В ноябре 1946 года Советы сформировали НИИ-1. конструкторское бюро под Мстислав Келдыш разработать собственную версию без Сэнгера и Бредта.[11] Их ранняя работа убедила их перейти от концепции гиперзвукового скипплана с ракетным двигателем к концепции ПВРД мощный сверхзвуковой крылатая ракета, мало чем отличается от Навахо разрабатывались в США в тот же период. Развитие продолжалось какое-то время, пока Келдышский бомбардировщик, но усовершенствования обычных баллистических ракет в конечном итоге сделали проект ненужным.[10][b]

В Соединенных Штатах концепцию пропуска скольжения пропагандировали многие из переехавших туда немецких ученых, в первую очередь Уолтер Дорнбергер и Крафт Эрике в Bell Aircraft. В 1952 году Белл предложил концепт бомбардировщика, который по сути представлял собой вариант вертикального запуска. Зильбервогель известный как Боми. Это привело к появлению ряда последующих концепций в 1950-х годах, включая Robo, Hywards, Латунный колокол, и в конечном итоге Боинг X-20 Dyna-Soar.[12] Ранние модели в основном были бомбардировщиками, в то время как более поздние модели предназначались для разведки или других целей. Дорнбергер и Эрике также сотрудничали в 1955 г. Популярная наука статья, предлагающая идею использования авиалайнера.[13][14]

Внедрение успешных межконтинентальные баллистические ракеты (Межконтинентальные баллистические ракеты) в наступательной роли положили конец всякому интересу к концептуальным планерным бомбардировщикам, как и разведывательный спутник для ролей шпиона. 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 г., Роберт Макнамара отменили программу в декабре, отметив, что после того, как было потрачено 400 миллионов долларов, у них все еще не было миссии для ее 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 маневрирующих возвращаемых ракет для межконтинентальных баллистических ракет. Основная цель заключалась в том, чтобы RV изменил свою траекторию во время входа, чтобы противобаллистические ракеты (ПРО) не смогут достаточно быстро отслеживать их перемещения для успешного перехвата. Первым известным примером был Альфа Драко испытания 1959 года, за которыми последовала серия испытаний ракеты-носителя Boost Glide Reentry Vehicle (BGRV), АКТИВ[16] и ОСНОВНОЙ.[17]

Это исследование в конечном итоге было использовано в Першинг II космический корабль MARV. 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 повторного входа, объединяя данные из Певица Кирфотт инерциальная навигационная система с Goodyear Aerospace активный радар.[18] Подобные концепции были разработаны для большинства ядерных держав ». баллистические ракеты театра военных действий.

В Советский союз также вложил некоторые усилия в разработку MARV, чтобы избежать американских ПРО, но закрытие оборонительных сооружений США в 1970-х годах означало, что не было причин для продолжения этой программы. Все изменилось в 2000-х годах с введением в США Наземная защита средней зоны, что привело Россия реанимировать эту работу. Автомобиль, именуемый Объект 4202 в советское время в октябре 2016 года было сообщено об успешном испытании.[19] Система была публично раскрыта 1 марта 2018 года как гиперзвуковой планирующий аппарат (HGV) Авангард (русский: Авангард; Английский: Авангард), которая официально поступила на вооружение в качестве полезной нагрузки МБР 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 разработала планирующую боеголовку, DF-ZF (известный в разведке США как «WU-14»).[22] В отличие от американских и российских конструкций MARV, основная цель DF-ZF - 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 сделано для того, чтобы скрыть его от глаз ВМС США с Боевая система Aegis радары как можно дольше, тем самым уменьшая время, которое система должна реагировать на атаку. DF-ZF был официально представлен 1 октября 2019 года. Аналогичные усилия России привели к Холод и ГЛЛ-8 Игла проекты гиперзвуковых испытаний, а в последнее время - гиперзвуковой планер Ю-71, который может нести РС-28 Сармат.[23][24]

Boost-glide стал предметом некоторого интереса как возможное решение для США. Оперативный глобальный удар (PGS) требование, которое ищет оружие, которое может поразить цель в любой точке Земли в течение одного часа после запуска с Соединенные Штаты. PGS не определяет режим работы, и текущие исследования включают: Продвинутое гиперзвуковое оружие ускоренное скольжение боеголовка, Сокол HTV-2 гиперзвуковой самолет, и ракеты подводных лодок.[25] Локхид Мартин развивает 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. Как правило, это 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 профилями конечной атаки, даже подвергаются атакам современных сверхскоростных пушек и рельсотрон.[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

Техника использовалась советскими Зонд серия окололунных космических аппаратов, использовавших перед посадкой один прыжок. В этом случае требовался истинный прыжок, чтобы космический корабль мог достичь более высоких широт в районах посадки. Зонд 6, Зонд 7 и Зонд 8 сделал успешные пропуски записей, хотя Зонд 5 не.[30][31] В Чанъэ 5-Т1, который летал по профилям миссий, аналогичным Zond, также использовал эту технику.

В Командный модуль Аполлона использовали концепцию пропуска, чтобы снизить тепловую нагрузку на транспортное средство, увеличив время входа в атмосферу, но космический корабль больше не покидал атмосферу, и велись серьезные споры о том, делает ли это его истинным профилем пропуска. НАСА называл это просто «поднятием входа». Настоящий профиль с несколькими пропусками считался частью концепции Apollo Skip Guidance, но он не использовался ни на каких рейсах с экипажем.[32] Концепт продолжает появляться на более современных автомобилях, таких как Космический корабль Орион, используя бортовые компьютеры.[33][34][35]

Механика полета

Используя упрощенные уравнения движения и предполагая, что во время полета в атмосфере и лобовое сопротивление, и подъемная сила будут намного больше, чем сила тяжести, действующая на транспортное средство, можно получить 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 равно подъемная сила и лобовое сопротивление автомобиля.

Существующие или в разработке

  • Российский гиперзвуковой планер Авангард разработан и развернут
  • Китайский гиперзвуковой планер DF-ZF в развитии
  • Гиперзвуковой планер США HTV-2 в развитии
  • Индийский гиперзвуковой планер HGV-202F
  • Японский гиперзвуковой планер Скоростной планирующий снаряд (HVGP)[37]
  • Бразильский гиперзвуковой планер 14-Х в развитии

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Хронология оружия серии А, составленная Йенгстом, значительно отличается от большинства описаний. 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]
  2. ^ Та же участь постигла навахо в 1958 году, когда он был отменен в пользу Ракета Атлас.

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ «От Сенгера до Авангарда - гиперзвуковое оружие достигло совершеннолетия, От Сенгера до Авангарда - гиперзвуковое оружие достигло совершеннолетия - Королевское авиационное общество».
  2. ^ http://www.thedrive.com/the-war-zone/11177/heres-how-hypersonic-weapons-could-completely-change-the-face-of-warfare
  3. ^ а б Йенгст 2010, п. 29.
  4. ^ Нойфельд 1995, п. 92.
  5. ^ а б Нойфельд 1995, п. 93.
  6. ^ Даффи, Джеймс (2004). Цель: Америка - план Гитлера по атаке на Соединенные Штаты. Praeger. п.124. ISBN  0-275-96684-4.
  7. ^ Рейтер, Клаус (2000). V2 и немецкая, российская и американская ракетная программа. Немецко-канадский музей прикладной истории. п. 99. ISBN  9781894643054.
  8. ^ а б Йенгст 2010 С. 30-31.
  9. ^ Йенгст 2010, п. 31.
  10. ^ а б Вестман, Джухани (2006). "Global Bounce". PP.HTV.fi. Архивировано из оригинал на 2007-10-09. Получено 2008-01-17.
  11. ^ Уэйд, Марк. "Келдыш". Энциклопедия Astronautica.
  12. ^ Годвин, Роберт (2003). Dyna-Soar: система гиперзвукового стратегического оружия. Книги Апогея. п. 42. ISBN  1-896522-95-5.
  13. ^ «Ракетный лайнер обогнул бы космос, чтобы ускорить авиаперелеты». Популярная наука: 160–161. Февраль 1955 г.
  14. ^ Дорнбергер, Уолтер (1956). Ракетный пассажирский авиалайнер (Технический отчет). Технологический институт Миннесотского университета.
  15. ^ Тейтель, Эми Шира (12 июня 2015 г.). "Космический самолет, которого не было". Популярная наука.
  16. ^ Уэйд, Марк. "АКТИВ". Энциклопедия Astronautica.
  17. ^ Дженкинс, Деннис; Лэндис, Тони; Миллер, Джей (июнь 2003 г.). AMERICAN X-VEHICLES Инвентарь - от X-1 до X-50 (PDF). НАСА. п. 30.
  18. ^ Уэйд, Марк. "Першинг". Энциклопедия Astronautica.
  19. ^ "Эксперт об" изделияии 4202 ": теперь США будут меньше бряцать оружием". Риа. 28 октября 2016 г.. Получено 16 сентября 2018.
  20. ^ "Первый ракетный полк" Авангарда "заступил на боевое дежурство". ТАСС (на русском). 27 декабря 2019 г.. Получено 27 декабря 2019.
  21. ^ «В России начинается серийное производство нового современного планера». ТАСС.
  22. ^ «Китайцы разрабатывают« смертоносное оружие »для уничтожения авианосцев США». Военно-морской институт США. 21 марта 2009 г.
  23. ^ http://www.express.co.uk/news/world/680167/Russia-tests-Yu74-hypersonic-nuclear-glider-capable-carrying-24-atomic-warheads
  24. ^ Герц, Билл (13 января 2014 г.). «Гонка гиперзвуковых вооружений: Китай испытывает высокоскоростную ракету, чтобы превзойти оборону США». Вашингтон Фри Маяк.
  25. ^ Вульф, Эми (6 февраля 2015 г.). Обычные системы мгновенного глобального удара и баллистические ракеты большой дальности: история вопроса и проблемы (PDF) (Технический отчет). Исследовательская служба Конгресса США.
  26. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2018-12-16. Получено 2018-12-16.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  27. ^ "Представляем корабль противоракетной обороны". Авиационная неделя. 11 апреля 2014 г.. Получено 2019-12-29. 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.
  28. ^ Таджде, Ясмин (26 января 2018 г.). «Секретное бюро Пентагона делится подробностями о сверхскоростном оружии противоракетной обороны». Национальная оборона.
  29. ^ "Борисов: испытания комплекса" Авангард "доказали его способность разгоняться до 27 Махов". ТАСС (на русском). 27 декабря 2018 г.. Получено 30 декабря 2018.
  30. ^ http://www.astronautix.com/l/lunarl1.html
  31. ^ Советская космическая гонка с Аполлоном, Асиф Сиддики, страницы 655 и 656
  32. ^ Богнер И. (4 августа 1966 г.). "Пропустить руководство Аполлона" (PDF). Bellcom.
  33. ^ Бэрстоу, Сара Хендриксон (2006). Наведение на вход с расширенной дальностью полета для космических аппаратов с малой дальностью полета (Кандидатская диссертация). Массачусетский Институт Технологий. HDL:1721.1/35295.
  34. ^ Бруннер, Кристофер В .; Лу, Пинг (20–23 августа 2007 г.). Планирование и управление траекторией пропуска входа. Конференция и выставка AIAA по руководству, навигации и управлению. Хилтон-Хед, Южная Каролина. Дои:10.2514/6.2007-6777.
  35. ^ Ри, Джереми Р .; Патнэм, Закари Р. (20–23 августа 2007 г.). Сравнение двух алгоритмов пропуска входа в Orion. Конференция и выставка AIAA по руководству, навигации и управлению. Хилтон-Хед, Южная Каролина. Дои:10.2514/6.2007-6424.
  36. ^ Mooij, E (2014). Лекционные заметки по системам повторного входа. Delft TU.
  37. ^ https://news.yahoo.com/amphtml/japan-unveils-hypersonic-weapons-plans-160623712.html

Библиография