2022-08-16 nap bejegyzései

(3074) Hiperszonikus fegyverek

Tibor bá’ szerkesztett fordítása online

 

A nemzeti büszkeség forog kockán: Oroszország, Kína, Egyesült Államok verseng a hiperszonikus fegyverek fejletésztésében

Szerző:  Richard Stone

Forrás: Science

 

89. útban a 90. felé

 https://www.sciencemag.org/news/2020/01/national-pride-stake-russia-china-united-states-race-build-hypersonic-weapons

Észak-kelet Kína légterében, magasan fenn, egy ék alakú, pilóta nélküli légi jármű levált a hordozó rakétáról. A Xingkong-2 (hullámlovas) hiperszonikus cirkáló rakéta (HCM) hatszoros hang sebességgel szelte át a sztratoszférát, meglovagolva saját lökéshullámát. Legalább is így írta le az eszköz megalkotója a Kínai Légi és Aerodinamikai Akadémia az 2018. Augusztusi tesztet (videót nem tettek közzé). A Kommunista Párt „Global Times” elnevezésű újsága így számolt be a HCM sebességéről és manőverezéséről, ami lehetővé teszi, hogy a jelenleg létező rakétaelhárító rendszereken áttörjön.

Az amerikai hadsereg (és ellenfeleik) olyan rakéta után sóvárognak, amely hiperszonikus sebességgel közlekedik, ami alatt általában 5 Mach vagy ez feletti sebességet értenek. Az Interkontinentális Ballisztikus Rakéták (ICBM) kielégítik ezt a kívánalmat, amikor az űrből visszalépnek az atmoszférába, de mivel kiszámítható pályán közlekednek, nem képviselnek meglepetést. Ezzel ellentétben az olyan hiperszonikus rakéták, mint a hullámlovas, aerodinamikusan manővereznek, ami lehetővé teszi, hogy a védelmet kijátssza, az ellenfél a célpont helyzetét csak találgathatja.

A Hidegháború vége óta a Pentagon időnként ösztönözte a manőverezhető, hiperszonikus fegyverek fejlesztését, de felhagytak vele, amikor a fejlesztők előálltak a műszaki problémákkal, ideértve a meghajtást, irányítást, és a hőellenállást.

Jelenleg a Védelmi Minisztérium megváltoztatta a véleményét, és évente 1 milliárd dollárral támogatja a hiperszonikus kutatást. Erre elsősorban az motivál, hogy Kínának és Oroszországnak nagyravágyó programjaik vannak. A képet nem teszi tisztává az a tény, hogy ma a három nemzet titokban fejleszt, és jelentős előrelépést ért el a hiperszonikus rakéták hő elleni védelmében. Oroszország nemrég fellebbentette a fátylat a Kinzhal nevű rakétájáról, ami az állítás szerint 10 Mach-al halad saját meghajtással, és egy másikról, amit rakéta gyorsít fel 27 Mach-ra. Kína az utolsó katonai parádéján bemutatott egy rakétával felgyorsított, saját fejlesztésű hiperszonikus siklót (HVG), a Dongfeng-17 elnevezésűt. Közben az Egyesült Államok különböző hiperszonikus fegyvereket próbál ki. „Olyan ez a verseny, mint ami annak idején a Holdra szállásért folyt. A tét a nemzeti önbecsülés.”

A fegyverkezési verseny vége a stratégiai kalkuláció. Az oroszok az atommeghajtású hiperszonikus eszközzel akarnak érvényesülni, ha az amerikaiak hatástalanná tudják tenni az érkező ICBM támadást.

Ezzel ellentétben a kínaiak a hiperszonikus fegyvereket „gyilkoló buzogánynak” tekintik, ami a legendák szerint egy olyan fegyver, ami előnyhöz juttat egy jobban felszerelt hadsereggel szemben.

Ha nő a feszültség a Dél Kínai Tengeren Tajván-nál kapcsolatban, és Kínában kísértésbe esne, hogy hiperszonikus fegyverekkel egy megelőző csapás beindítsanak, akkor az ellen az Egyesült Államok tehetetlenek lennének. Kína hiperszonikus fegyverekkel szándékosan fel akarja rúgni a stratégiai stabilitást, amit a Hidegháború vége óta érezhetünk.

Jelenleg egy eszköz manőverezhetősége hiperszonikus sebesség mellet, lehetetlenné teszi a lelövését, de ez a mai lehetetlenség nem jelent lehetetlenséget holnap is. Vannak technológiák, amiket ki lehet fejleszteni egy hatékonyabb védelem érdekében, de ezen dolgozni kell. Állítják az amerikai szakemberek.

Az Egyesült Államok évtizedeken át dolgozott a hiperszonikus sebesség elérésén. Az első eszköz, amely elérte az 5 Mach sebességet, egy kétfokozatú rakéta volt, amit 1949-ben indítottak el. Négy sikertelen kísérlet után egy V-2 rakétát lőttek ki Új Mexikóban, ahol a második fokozat 6,7 Mach sebességet ért el, „Bumper” név alatt.

A hiperszonikus elnevezés tetszőlegesen vonatkozik 5 Mach feletti sebességre, ahol a hőmérséklet elég magas ahhoz, hogy figyelemre méltó legyen.

Nemzetközi Űrállomás (~400 km), ICBM ballisztikus röppálya (1200 km-ig), az atmoszféra (~100 km), célpontra indított hiperszonikus sikló röppálya (~40-100 km), hiperszonikus cirkáló rakéta röppálya (~20-30 km), turbóventillátoros gázturbinás hajtómű légsebesség (Mach), hiperszonikus repülés, hiperszonikus siklás, hiperszonikus cirkálás 0,5, 1,10, 15, 20, 25, 30 Mach. A hadsereg majd megdöglik olyan fegyverért, ami hiperszonikus sebességen manőverezhető, ami 5 Mach-nak felel meg. A kép nem teljesen tiszta biztonság politika miatt, de úgy tűnik Kína, Oroszország, és az Egyesült Államok mind megoldották a nehézségeket. A polgári utasszállító gépek turbóventillátoros gázturbinás hajtóműveinél a tolóerőt a jet kiáramlása és az égőteret elkerülő levegő adja. Ezek a motorok nem úgy vannak tervezve, hogy ellenálljanak a hangnál gyorsabb haladó levegő lökéshullámának. A hiperszonikus cirkáló rakétákban szuperszonikus belsőégésű scramjet van. Ez utóbbi alig több mint egy nyitott cső. Azonban hiperszonikus sebességeknél a levegő molekulák mindössze a másodper milliomod részét töltik a csőben, ami nagyon kevés idő ahhoz, hogy az üzemanyag és a levegő kellően keveredjen.

Az interkontinentális ballisztikus rakéták visszatérése kiszámítható, nem lehetnek meglepőek. Ezzel szemben a hiperszonikus fegyverek manőverezhetőek, és alacsonyabban repülnek, elkerülve a radar hullámokat.

A felhevülés függ az eszköz sebességétől, és felületétől. Amikor egy űrhajó visszatér pályájáról, 25 Mach sebességgel érkezik az atmoszférához, tompa orra 1400 °C-ra hevül. Az orr anyaga szén kompozíció, ami ellenáll a hevítésnek. Hiperszonikus eszköz felülete nem lehet ilyen sima a manőverezhetőség miatt, ezért ez 2000°C-ra is felhevül.  Turbulencia miatt a helyzet még rosszabb lehet. Hiperszonikus sebességnél az eszköz felső rétege megvastagodik, és a sima, lamináris áramlás hirtelen feltörhet örvényléssé, ami hő kiugrásokat okozhat az eszköz felületén.  Kísérletek azt mutatják, hogy az eszköz felületének rugalmas ötvözetnek, és magas hőmérsékletnek ellenálló kerámiának kell lenni.

A nagy sebesség kihívást jelent a HCM motorjára is, amelynek, ellentétben a HGV-vel, saját meghajtása van. A HCM eszközök szuperszonikus belsőégésű ramjetet vagy scramjetet használ a gyorsításhoz. Ez a legegyszerűbb jet motor, ami elképzelhető. Csak egy nyitott cső, amikben a levegő összekeveredik az üzemanyaggal. De talán a legkomplikáltabb típus, aminek szélsőséges körülmények között kell működnie.

Hiperszonikus sebességeknél a levegő molekulái a motorcsőben a másodperc milliomodrészéig vannak jelen, ami igen kevéske idő ahhoz, hogy a levegő és az üzemanyag összekeveredjen. És amikor a repülő eszköz hánykolódik, és hirtelen iránt változtat, a levegő beáramlás változik, ami egyenlőtlen égést és tolást eredményez.

A jobb égésre való beállítás következménye lehet a repülő egység lökéshullámmal szembeni ellenállása. Minden, mindennel összefügg. Egy tökéletes repülő eszköz előállítása roppant bonyolult. Az Egyesült Államoknak 46 év kellett, hogy az első scramjec motort előállítsa, a NASA X-43a-t 230 millió dollárért, egy pilóta nélküli repülő eszközt 2004-ben.

HGV esetében más a probléma. A sikló repülésnél nagyobb sebességet érnek el, mint a HCM-eknél, ami azt jelenti, hogy a motornál olyan anyagot kell alkalmazni, ami nagyobb ellenállást tanúsít a hővel szemben. Ennek ellenére a HGV-ket könnyebb gyártani, mert nincs scramjet, ami érzékeny a rázkódásra, hánykódásra.

Az Ural hegység lábától 2018. december 26.-án az orosz hadsereg Avangard néven felbocsátott egy ballisztikus rakétát, ami hordozott egy HGV-t. Miután a sztratoszférában a HGV levált a hordozóról 6000 km-en át cikk-cakkozott Szibéria felett, az oroszok állítása szerint, elérve a 27 Mach sebességet, majd eltalálta a kijelölt célpontot Kamcsatkán. Ezt követve a boldog Vlagyimir Putyin elnök az Avangardot, az országot meglepő, újévi ajándékának nevezte. Az orosz védelmi miniszter a múlt hónapban bejelentette, hogy a nukleáris robbanófejjel felszerelt Avangard elnevezésű HGV-t hadrendbe állították, ami lehetővé tette Putyin számára, hogy kijelentse, Oroszország az első a világon, aki rendelkezik hiperszonikus fegyverrel.

Az orosz dicsekvés, és a kínai előrelépés az Egyesült Államokban megszólaltatta a vészharangot. Ez évben a Kongresszus több mint 1 milliárd dollárt tesz félre hiperszonikus kutatásra. Ez feldobja az amerikai kutatást.

Az éles verseny arra ösztönözte a Pentagont, hogy a hiperszonikus eredményeket titkosítsák. Ezzel azonos mértékben az oroszok se teszik közzé a hiperszonikus irodalmukat. Ezzel ellentétben a kínaiak teljesen nyitottak, szinte felvágnak az eredményeikkel. Hatalmas összegeket költöttek el modern szélcsatornák, és lökést tesztelő csövek építésére. Tíz év késéssel lemásolják Oroszországot és Amerikát. A 2017-es kínai hiperszonikus konferencián (Sziamen) kínai tudósok több mint 250 publikációval álltak elő, ami tízszer volt több mint az amerikai. Példának okáért a kínaiak nyíltan közölték, hogy kutatásaik szerint a motorok után visszamaradt ionizált gázfelhő jobban látható a radar ernyőn, mint maga a repülő eszköz. Ez azt jelenti, hogy a radar korai figyelmeztetést adhat.

Más országok a három vezető hatalmat kergetik. Ausztrália csatlakozik az Egyesült Államokhoz Mach 8-at tudó HGV terén. India ugyanezt teszi az oroszokkal Mach 7 HCM-mel. Franciaország 2022-ben akar belépni HCM kergetésbe, Japán pedig 2026-ban HGV területén.

Ilyen fegyverekkel szemben az Amerikai Egyesült Államok többnyire védtelen, legalábbis jelenleg, részben azért mert nem képes észlelni őket. Az amerikai katonai műholdak érzékelik a kilövésnél tapasztalható fellobbanást, de később elveszítik a nyomot. Ennek a hátránynak a megszüntetésére a Pentagon tervezi több száz, kis méretű műhold fellövését, amelyek érzékelnék a rakétakilövéseket, és képesek lennének nyomon követni a sokkal kisebb hőforrásokat. A számosságuk pedig garantálná, hogy ne lehessen mind megsemmisíteni. A rendszer hadrendbe állítására 2030-ban kerülhet sor. Ha már egyszer megvan az érzékelő, nincs akadálya annak, hogy kiépítsék a megsemmisítésük lehetőségét.

A jelenlegi ICBM-ek megsemmisítése a röppálya tetején történik, ami sokkal magasabban van, mint a hiperszonikus repülő eszközök repülési magassága. Megsemmisítésükhöz sokkal alkalmasabb eszközre van szükség, mint az ICBM-ekhez kell.

Első számú követelmény a nagyobb sebesség, amihez új, könnyű, hőellenálló ötvözetekre lenne szükség. A légvédelmi lövedék vagy direktben eltalálja a robbanófejet, vagy a közelben felrobban, de van más megközelítés is: lézer sugár, neutron sugár, mikrohullám. Az Egyesült Államok ezekkel 1980-as években foglalkozott, majd átlépett rajtuk, de most újra elővették őket, mert most plauzibilisebb a téma. Jelenleg beterveztek egy 500 kW-os, műholdra telepített lézer sugarat, és neutron sugarat. Céldátum 2025.

Szakértők vizsgálják a lehetőségét annak, hogy a hiperszonikus fegyverek betiltásával kapcsolatban hozzanak szerződéseket. Azonban ez manapság nem divatos. Kína, Oroszország és az Egyesült Államok egymást noszogatják az egyik élenjáró teszttel a másik után. A hiperszonikus versenyfutás úgy tűnik gyorsulni fog.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Éljetek a lehetőségekkel!