Гиперзвуковое перенапряжение

Автор: Шон Росткер, RealClearDefense

Соединенные Штаты десятилетиями изучают исследования и разработки технологий гиперзвукового оружия.. Исторически такое финансирование было относительно скромным, но в последние годы Министерство обороны стало более активным в своем стремлении ускорить разработку и развертывание этих систем. Аргументы, призывающие увеличить финансирование гиперзвукового оружия, набирают обороты у законодателей. Они основываются на иллюзорных предположениях о возможностях противников и несмотря на отсутствие убедительного технического или стратегического обоснования их потребностей. Прежде чем спешить вкладывать дополнительные деньги в эти платформы, Пентагон должен доказать, что гиперзвуковые приборы не просто материально соответствуют нашим международным аналогам, но на самом деле служат стратегическим интересам Соединенных Штатов. До сих пор дело не было возбуждено.

Гиперзвуковое оружие, часто коллективно называемое гиперзвуковым, обычно делится на две основные категории: гиперзвуковые планирующие транспортные средства (HGV), из которых есть дальние и театральные дальности, и гиперзвуковые крылатые ракеты (HCM).. HGV запускаются с ракетных ускорителей в космос, а затем возвращаются в атмосферу, скользя по своим целям. Дальнобойные HGV предназначены для стратегических глобальных ударных миссий и могут работать на скоростях, превышающих 15 Маха. Напротив, гиперзвуковое оружие театральной дальности предназначено для региональных миссий меньшей дальности. Эти системы обычно работают на более низких скоростях, около 5-10 Маха, и предназначены для преодоления региональной противоракетной обороны. Кроме того, HCM также запускаются с ракетных ускорителей и питаются во время части их полета реактивными двигателями, которые втягивают воздух из атмосферы для сжигания топлива. Они построены для работы в диапазоне 5-10 Маха.

Общий рефрен в спорах о гиперзвуке заключается в том, что США нужны эти возможности, чтобы конкурировать с Россией и Китаем.. Обе страны ведут текущие исследования и разработки в области гиперзвука, и каждая из них утверждает, что начала развертывание гиперзвуковых систем. Китай, предположительно, разместил единую платформу, DF-ZF, HGV малой дальности, развернутую на баллистической ракете средней дальности DF-17, которая, по утверждению Пекина, является оперативной и способна нести как обычные, так и ядерные боеголовки. Он также разрабатывает предполагаемый HCM, Xingkong-2. Но эта система имела только ограниченное тестирование и еще не видела области.. Между тем, Россия, по сообщениям, выставила три системы, которые, как она утверждает, являются гиперзвуковым оружием, гиперзвуковой крылатой ракетой малой дальности «Циркон», гиперзвуковой планирующей ракетой дальнего радиуса действия «Авангард» и маневрирующей баллистической ракетой малой дальности «Кинжал». Все они столкнулись с проблемами во время испытаний и/или с ограниченным успехом в бою.

Тот факт, что и Китай, и Россия используют гиперзвуковое оружие, вызывает беспокойство у тех, кто считает, что Соединенные Штаты отстают от военно-технологической кривой и теперь вынуждены «догонять» своих противников.. Эти тревоги неуместны. Возникают вопросы об оперативной работе этих систем в реальных сценариях, а также о влиянии противоборствующей гиперзвуковой техники на качественное преимущество американских военных. После неудачного испытания в 2011 году гиперзвуковой машины большой дальности Hypersonic Technology Vehicle 2, или HTV-2, Соединенные Штаты в значительной степени отошли от исследований и разработок систем большой дальности, чтобы сосредоточиться на театральной гиперзвуковой технике, которая могла бы служить обычной миссии контрсилы, то есть преодолевать региональную оборону для доставки высокоточных обычных боеголовок по чувствительным ко времени целям. Это остается основной мотивацией поддержки гиперзвука в Вашингтоне.

Министерство обороны рассматривает гиперзвуковое оружие как потенциальный компонент стратегии противодействия новым возможностям противников по борьбе с доступом/отрицанием зоны (A2/AD). A2/AD относится к усилиям таких стран, как Китай и Россия, по созданию зон, в которых американским силам было бы трудно действовать, используя передовую противоракетную оборону, радиоэлектронную войну, разведывательные возможности и другие технологии для ограничения доступа к ключевым регионам. Гиперзвук может теоретически обеспечить средства для нанесения ударов по ценным, чувствительным ко времени целям в этих зонах и предоставить американским военным потенциально жизнеспособный вариант нейтрализации критических элементов в сети A2 / AD противника.

Но если Соединенные Штаты действительно находятся в поиске решения того, что они считают своей проблемой A2/AD, есть существующие возможности, которые отвечали бы потребностям военных. Конгрессу и Министерству обороны следует более внимательно изучить маневренные средства возвращения (MaRV), запущенные на традиционных баллистических ракетах, в качестве возможной альтернативы для преодоления защиты A2 / AD. MaRV могут делать практически все, что может делать гиперзвуковая техника, способны выполнять поставленную перед театром задачу и могут быть построены раньше и дешевле, чем новые гиперзвуковые платформы. Преследование гиперзвука на данном этапе без такого сравнительного анализа и без учета эффективности гиперзвука привело бы к тому, что военные закупки США превратились бы в реакционный процесс, а не в рациональную оценку военных потребностей.

Чтобы понять, почему, важно оценить технические и стратегические аспекты гиперзвукового оружия. Это показывает, что ценностное предложение гиперзвука в значительной степени завышено.

Сначала Гиперзвуковое оборудование описывается как более быстрое, чем другие системы доставки. Хотя они быстрее, чем нынешние крылатые ракеты, они не быстрее, чем баллистические ракеты. Гиперзвуковой полет в атмосфере генерирует высокое сопротивление и нагрев, что ограничивает скорость гиперзвукового оружия. Баллистические ракеты, особенно при запуске по депрессивным траекториям, могут достигать более коротких сроков доставки отчасти из-за их минимального взаимодействия с атмосферой для большей части их траектории полета. Это справедливо как для дальнобойной, так и для театральной гиперзвуковой техники.. Если время нацеливания является важным показателем для оценки необходимости системы вооружения, гиперзвуковое оружие не обязательно дает стратегическое преимущество.

Гиперзвуковые системы дальнего радиуса действия сталкиваются с серьезными техническими проблемами. Устойчивый полет на гиперзвуковых скоростях создает экстремальное тепловое напряжение, которое может поставить под угрозу структурную целостность этого оружия. Кроме того, на скоростях, которые дальние HGV перемещаются на ранней стадии полета, воздух вокруг транспортного средства ионизируется, образуя плазменную оболочку, которая нарушает радиосигналы и подавляет связь. Этот эффект отключения плазмы будет рассеиваться, поскольку HGV замедляется во время фазы скольжения, но, тем не менее, может предотвратить прохождение радиосигналов и сделать невозможным общение с оружием в режиме реального времени до этого момента. Это делает его зависимым от заранее запрограммированных инструкций и менее восприимчивым к защитным контрмерам. Гиперзвуковое оружие, предназначенное для более коротких расстояний и более низких скоростей, скорее всего, не создаст плазменную оболочку, но все равно столкнется с проблемами нагрева.

Кроме того, Предполагаемые скрытные возможности гиперзвукового оружия могут быть не такими надежными, как часто утверждается. В то время как полеты на малых высотах действительно могут уменьшить дальность их обнаружения наземными радиолокационными системами, такие радары все еще должны быть в состоянии обнаружить их на расстоянии сотен километров. Кроме того, на достаточно высоких скоростях интенсивное тепло, генерируемое гиперзвуковым полетом в атмосфере, создает яркую инфракрасную сигнатуру, обнаруживаемую космическими спутниками раннего предупреждения. Но даже до их фазы скольжения HGV должны быть сначала запущены с использованием ракеты-носителя, такого как баллистическая ракета. Выхлопные трубы от этих запусков также будут легко обнаруживаться космическими датчиками обнаружения. После того, как оружие было подхвачено спутниками раннего предупреждения, его первоначальное направление известно, что дает защитникам возможность начать оценивать его вероятные цели и определять, какие средства защиты будут задействованы. Гиперзвуковое оружие не было бы невидимыми пулями.

Возможно, святой Грааль характеристик — то, что отделяет гиперзвук от традиционных баллистических ракет — Их способность маневрировать во время полового актаСредняя фаза их полета. Однако, Как и скорость и скрытность, способность маневрировать также преувеличена.. Изменение траектории во время фазы скольжения требует использования аэродинамических сил, действующих на транспортное средство. Маневрирование приводит к увеличению сопротивления, что, в свою очередь, замедляет транспортное средство, уменьшает общий диапазон, который оно может перемещать, и усугубляет проблему нагрева поверхности, что означает, что независимо от того, что транспортное средство выигрывает в уклонении, оно теряет дальность и скорость. Таким образом, идея о том, что гиперзвуковое оружие может свободно блуждать по всей атмосфере, уклоняясь от любой защиты, неверна. На самом деле, все гиперзвуковые аппараты столкнутся с компромиссом между возможностями маневрирования, скоростью и диапазоном, что будет препятствовать их полезности.

Разработка гиперзвуковых крылатых ракет сталкивается с дополнительными проблемами. Технология для скремджетов все еще незрелая, и есть неопределенности относительно их способности поддерживать стабильное горение по всему профилю полета. HCM, работающие на реактивном топливе, как и те, которые разрабатываются в США, ограничены скоростью менее 7-8 Маха. Кроме того, существует нехватка подходящих средств тестирования аэродинамических труб, необходимых для оценки и уточнения этих систем. Большинство существующих аэродинамических труб не оборудованы для точного воспроизведения высокоскоростных высокотемпературных условий, необходимых для испытаний HCM, и те, которые в настоящее время строятся, не могут полностью воссоздать все аспекты гиперзвукового атмосферного полета. Эта нехватка задерживает разработку, увеличивает стоимость и ограничивает возможности для совершенствования и совершенствования технологии HCM.

Чтобы сделать вещи более сложными, Гиперзвуковое оружие сталкивается с электронным дизайном и серьезными препятствиями. Встроенная электроника должна выдерживать экстремальные температуры, механические вибрации и ударные волны во время длительного гиперзвукового полета, но существующие материалы борются с быстрыми температурными колебаниями повторного входа и более низким атмосферным полетом. Кроме того, развертываемая гиперзвуковая аппаратура должна будет выполнять несколько критических функций В том числе вычисления миссий для управления ответами команд и координацией системы, вычисления полетов для управления траекторией и датчиками, а также обработка в реальном времени для радаров и других сенсорных входов, при сохранении безопасной и бесперебойной связи с командными сетями. Проектирование и настройка одной или нескольких подсистем с достаточной вычислительной и вычислительной мощностью для выполнения этих функций без добавления массы или компрометирующей полезной нагрузки является постоянной проблемой. В современной микроэлектронике отсутствует идеальный баланс теплового сопротивления и пропускной способности, чтобы избежать компромиссов в процессе проектирования, и лишь немногие коммерческие поставщики отвечают строгим требованиям военных гиперзвуковых приложений. В результате, Коммерческим компонентам потребуется обширная прочная прочность для удовлетворения чрезвычайных требований к долговечности. Но не все коммерческие продукты подходят для гиперзвукового использования. Кроме того, большинство производителей таких компонентов являются американскими, или используют технологии, подлежащие экспортному контролю США, что создает проблему для состязательного приобретения. Некоторые из этих проблем также относятся к MaRV, хотя продолжительность экстремального нагрева и вибрации, а также время, в течение которого требуется связь и маневрирование, были бы намного короче, чем для гиперзвукового оружия.

Если эти инженерные и производственные препятствия будут преодолены, Большинство гиперзвуковых вооружений по-прежнему будут уязвимы для существующих систем противоракетной обороны. Технический анализ показывает, что американская система противоракетной обороны Aegis и армейский Patriot PAC-3 могут задействовать гиперзвуковое оружие, движущееся со скоростью 10 Маха или медленнее, когда они ныряют со своей планирующей высоты к цели на земле. Это означает, что оружие, которое начинает скользить вокруг 10 Маха или медленнее, не может уклониться от этих защит. Точно так же HCM, которые работают ниже 7 Маха по всей траектории, будут слишком медленными. HGV большой дальности, вероятно, могли бы преодолеть противоракетную оборону, но только если бы они все еще двигались быстрее, чем примерно 10 Маха, когда они начинают нырять к своей цели. Предполагается, что российские и китайские гиперзвуковые аппараты будут работать в диапазоне 10-12 Маха, но во время полета они будут испытывать достаточно атмосферного сопротивления, чтобы их могли перехватить Patriot и Aegis.

Учитывая все обстоятельства, доводы в пользу гиперзвука США остаются слабыми.. Но почему же тогда такие правительства, как Россия и Китай, мчатся к полевым системам вооружений, которые они называют «гиперзвуковыми»? "

Во-первых, гиперзвук может служить способом проецирования мощности и претендовать на некоторый уровень технологического паритета с США. Как Россия, так и Китай рассматривают гиперзвуковую технику как имеющую потенциал для компенсации предполагаемых преимуществ США в области противоракетной обороны на театре военных действий и возможностей точного удара и усложняющую планирование обороны США, если технологические проблемы могут быть преодолены.

Во-вторых, гиперзвуковые технологии являются полезным психологическим и геополитическим инструментом, позволяющим России и Китаю позиционировать себя в качестве технологических лидеров в области, которая, по их мнению, придает глобальный престиж. Для России также важно продемонстрировать военные инновации, чтобы сохранить свое влияние на мировом рынке вооружений, даже если результаты боевого применения этого оружия не оправдали ожиданий. В то же время Китай рассматривает гиперзвук как возможный элемент своей стратегии, направленной на то, чтобы бросить вызов военно-морскому доминированию США в Индо-Тихоокеанском регионе. Обеспокоенность, выраженная лидерами США, еще больше подпитывает восприятие угрозы и преувеличивает угрозу от состязательного развития гиперзвука, даже если проблемы такого развития остаются сложными.

Но Соединенным Штатам не нужно следовать за Россией и Китаем по этому дорогостоящему пути. У него есть лучшие варианты для поддержания своего военного преимущества.

Анализ, проведенный Бюджетным управлением Конгресса в 2023 году, показал, что гиперзвуковое оружие может стоить правительству США на треть больше, чем баллистические ракеты одинаковой дальности и с маневренными боеголовками. Это было без учета неизбежного перерасхода средств, присущего всем высокотехнологичным военным системам. Более того, исследование, проведенное Управлением правительственной подотчетности в июле 2024 года, показало, что разработка гиперзвукового оружия Министерством обороны подвержена значительным перерасходам и рискам, связанным с графиком, потому что Пентагон не применяет передовой опыт и полагается на неадекватные оценки затрат. Вместо того, чтобы революционизировать войну, гиперзвуковая техника может просто обременить Пентагон еще одним дорогостоящим и неэффективным проектом.

Гиперзвуковое оружие, будь то дальнобойное, ближнее или крылатое, сталкивается с техническими и производственными проблемами, которые делают его ненужным для заявленной Пентагоном цели преодоления зон отрицания противников.

Это не означает, что гиперзвук не играет никакой роли в будущей военной стратегии США, но до сих пор их ценностное предложение не смогло четко определить их стратегические выгоды для Соединенных Штатов.

Настало время для более критического рассмотрения спора о гиперзвуке, в котором приоритет отдается стратегической ценности, технологической осуществимости и финансовой ответственности за ложное очарование гиперзвуковой скорости и маневренности.

Шон Росткер Является научным аналитиком Центра по контролю над вооружениями и нераспространению, где специализируется на ядерной стратегии, контроле над вооружениями и новых технологиях. Он имеет степень магистра в области исследований безопасности в Джорджтаунском университете и был опубликован в Бюллетене ученых-атомщиков, Дипломат. CalMatters и Asia Times.