Высоко в небе над северо-западной частью Китая от ракеты отделился клиновидный непилотируемый летательный аппарат. Гиперзвуковая крылатая ракета «Синкун-2» (Xingkong-2), которую называют волнопланом, вошла в стратосферу со скоростью до шести махов, получая ускорение благодаря ударным волнам. По крайней мере, так проведенные в августе 2018 года испытания описала Китайская академия авиакосмической аэродинамики, ставшая разработчиком этого оружия. (Видеозапись Китай не показал.) Скорость и маневренность гиперзвуковой крылатой ракеты, о которой ликующе написал орган компартии «Глобал Таймс» (Global Times), позволяет ей «преодолевают любую из ныне существующих систем противоракетной обороны».
Американские военные, как и их противники, на протяжении десятилетий мечтали о ракетах, способных развивать гиперзвуковую скорость, которая как минимум в пять раз превышает скорость звука. Межконтинентальные баллистические ракеты соответствуют этому определению, когда они входят в атмосферу из космоса. Но поскольку такие ракеты летят по предсказуемой баллистической траектории подобно пуле, фактор внезапности у них отсутствует. В отличие от них, гиперзвуковое оружие, такое как китайский волноплан, совершает аэродинамические маневры, уходя от средств противоракетной обороны и вынуждая противника гадать о том, какова его цель.
С самого начала холодной войны Пентагон периодически начинал разговоры о разработке высокоманевренного гиперзвукового оружия, но потом уходил в сторону, когда осознавал, с какими серьезными проблемами связаны эти работы в плане двигательной установки, управления и термостойкости. «Начиналась бешеная активность, вкладывались большие деньги, и потом мы приходили к выводу, что нам до этого слишком далеко», — говорит инженер авиакосмической отрасли Марк Льюис (Mark Lewis), работающий в Министерстве обороны США директором по оборонным исследованиям и модернизации. «Отрасль недофинансировали, и на протяжении многих лет она была практически забыта», — добавил Дэниел Делорентис (Daniel DeLaurentis), работающий директором Института глобальной безопасности и оборонных инноваций (Institute for Global Security and Defense Innovation) при Университете Пердью.
Сейчас Министерство обороны снова пошло в наступление, выделяя на гиперзвуковые исследования по одному миллиарду долларов ежегодно. Ключевым стимулом здесь является конкуренция со стороны Китая и России, которые осуществляют собственные амбициозные программы. Шумиха и завеса секретности создают нечеткую картину происходящего, однако все три страны, скорее всего, добились значительных успехов в этой области и преодолели важные препятствия, такие как защита гиперзвукового аппарата от ужасного нагревания корпуса в результате трения. Россия недавно сообщила о создании системы «Кинжал», заявив, что этот аппарат развивает скорость на собственной силовой установке до 10 махов, и о разработке другого аппарата, которому ракета придает ошеломительную скорость в 27 махов. Китай во время недавнего военного парада продемонстрировал собственный гиперзвуковой планирующий боевой блок «Дунфэн-17». Между тем, в США тоже проводятся испытания гиперзвукового оружия нескольких типов. «Это что-то вроде лунной гонки, — говорит авиационно-космический инженер Иэйн Бойд (Iain Boyd), работающий в Колорадском университете в Боулдере. — На кону национальная гордость».
Эта новая гонка вооружений обещает перевернуть вверх дном все стратегические расчеты. Российское руководство называет гиперзвуковой аппарат с ядерным боезарядом страховкой от будущих успехов США в разработке систем для уничтожения МБР, которые способны подорвать ядерное сдерживание.
В отличие от русских, китайские военные считают гиперзвуковое оружие (а также кибервойну и удары с применением электромагнитного импульса) «жезлом убийцы». Это выражение из китайского фольклора, означающее оружие, которое дает преимущества в борьбе с врагом, обладающим более совершенными системами вооружения. Об этом рассказал старший научный сотрудник Американского совета по внешней политике (American Foreign Policy Council) Ларри Уортцель (Larry Wortzel), работающий в американо-китайской комиссии по обзору экономики и безопасности. Например, если усилится напряженность из-за Тайваня или Южно-Китайского моря, говорит он, у Китая может возникнуть искушение нанести серию превентивных ударов с применением гиперзвукового оружия в неядерном снаряжении, и в этом случае американским силам в зоне Тихого океана будет нанесен огромный урон. Уортцель предупреждает: «Китайское гиперзвуковое оружие преднамеренно направлено на то, чтобы разрушить слабую стратегическую стабильность, существующую в регионе после окончания холодной войны».
Пока такое маневрирующее на гиперзвуковых скоростях оружие сбить почти невозможно. Прошлым летом «Нью-Йорк таймс» в своей статье назвала его «неудержимым». Однако, «если оружие неудержимо сегодня, это не значит, что оно будет неудержимо и завтра», говорит инженер-материаловед Шари Фет (Shari Feth), работающая в Агентстве противоракетной обороны США. Она возглавляет усилия американских специалистов по разработке контрмер против гиперзвукового оружия. «Можно разработать технику для создания более надежной обороны, — говорит Фет. — Но для этого надо немало поработать».
Соединенные Штаты на протяжении нескольких десятилетий пытаются создать гиперзвуковые системы. Первым аппаратом, превысившим порог скорости в пять махов, была запущенная в 1949 году двухступенчатая ракета «Проект Бампер» (Project Bumper). После четырех неудачных пусков в небо с ракетного полигона в Нью-Мексико поднялась исследовательская ракета Ви-2, достигшая скорости М=6,7.
«Проект Бампер» и все последующие усилия показали, что разработчикам придется преодолевать колоссальные трудности. «Это беспощадная сфера деятельности, — говорит Льюис, который с 2004 по 2008 годы был руководителем исследовательских работ в ВВС США. — Полет проходит в чрезвычайных условиях — огромные скорости, силы, температуры. Гиперзвуковой порог в пять махов довольно произвольный, но при таких скоростях температура возрастает настолько, что это вызывает тревогу».
Нагрев зависит от нескольких факторов, таких как скорость и контуры летательного аппарата. Когда космический челнок возвращался с орбиты и входил в верхние слои атмосферы на скорости 25 махов, его тупые передние кромки нагревались до 1 400 градусов Цельсия, и от такой температуры шатл защищала обшивка из углерод-углеродных композиционных материалов. У современных гиперзвуковых летательных аппаратов кромки острее, что повышает их маневренность и защищает от температур свыше 2 000 градусов Цельсия. Но ситуацию может ухудшить турбулентность. На гиперзвуковой скорости пограничный слой трения вокруг аппарата увеличивается, и плавное безвихревое обтекание может внезапно распасться на потоки и завихрения, что ведет к резкому скачку температуры в обшивке. «Мы провели немало фундаментальных исследований в попытке понять, когда такое случается», — говорит Льюис. По его словам, аппарату для обеспечения живучести требуются стойкие суперсплавы и выдерживающие колоссальные температуры керамические материалы. И, пожалуй, инновационные охлаждающие средства. Например, группа ученых из исследовательской лаборатории ВМС США изобрела систему для натриевого теплоносителя, который охлаждает температуру на передней кромке посредством непрерывного испарения и конденсации.
Высокая скорость воздуха также создает проблемы для двигателей, установленных на гиперзвуковых крылатых ракетах. В отличие от гиперзвуковых планирующих боевых блоков, они имеют собственные силовые установки. На гиперзвуковой крылатой ракете для разгона используется сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. «Это самый простой тип реактивного двигателя, какой только можно себе представить… он как открытая труба, в которой воздух смешивается с топливом, — говорит Льюис. — Но это также самый сложный двигатель, какой только можно себе представить, так как работает он в экстремальных условиях».
При гиперзвуковой скорости молекулы воздуха находятся в трубе двигателя несколько миллисекунд. Этого времени очень мало для того, чтобы должным образом смешать воздух и топливо. А когда летательный аппарат при этом совершает движения тангажа и рыскания, приток воздуха в двигатель меняется, что может привести к неравномерному сгоранию топлива и к созданию неравномерной тяги. Переделки для обеспечения лучшего сжигания могут иметь негативные последствия, скажем, для того, как аппарат противостоит ударной волне. «Все там взаимосвязано самым невероятным образом. Мы проектируем полностью интегрированный аппарат», — говорит Льюис. У США ушло 46 лет на то, чтобы создать первый рабочий гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель со сверхзвуковой скоростью сгорания. Это был X-43a стоимостью 230 миллионов долларов. НАСА установила его на непилотируемом летательном аппарате, который поднялся в воздух в 2004 году.
У гиперзвуковых планирующих аппаратов имеются другие проблемы. Ракета, несущая такой планирующий блок, развивает намного более высокую скорость, чем гиперзвуковая крылатая ракета. Поэтому инженерам приходится использовать еще более жаростойкие материалы. Но маневры таким планирующим блокам даются намного легче, потому что у них нет прямоточного воздушно-реактивного двигателя, который очень чувствителен к тангажу и рысканию. «Это превращается в нечто вроде религиозного диспута — ракеты или воздушно-реактивные двигатели, — говорит Льюис. — Но окончательный ответ заключается в том, что нам нужно и то, и другое».
Однако Соединенные Штаты пока не создали ни первое, ни второе. После нескольких десятилетий бессистемных усилий все преимущества, которые могли быть у США в области гиперзвуковых НИОКР, исчезли. Аэродинамические трубы и прочая испытательная инфраструктура устарели. А различные проблемы, скажем, с переделкой двигателей, чтобы их стенки не плавились, замедляют продвижение вперед со сверхзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем, говорит Льюис. «Сегодня мы находимся дальше от полета аппарата с обычным двигателем такого типа, чем 10 лет тому назад», — удрученно рассказывает он.
26 декабря 2018 года российские военные с базы в Уральских горах произвели пуск баллистической ракеты с гиперзвуковым планирующим боевым блоком под названием «Авангард». Как рассказало российское руководство, отделившись в стратосфере от ракеты-носителя, боевой блок зигзагами пролетел над Сибирью 6 000 километров на умопомрачительной скорости в 27 махов, а затем поразил цель на Камчатке. После этого сияющий российский президент Владимир Путин назвал «Авангард» идеальным новогодним подарком для страны. В прошлом месяце российское Министерство обороны объявило, что поставило гиперзвуковые комплексы «Авангард» в ядерном оснащении на боевое дежурство. Это позволило Путину сделать заявление о том, что Россия первой в мире получила гиперзвуковое оружие.
Хвастливые заявления Москвы и успехи Пекина вызвали тревогу в Соединенных Штатах. В этом году конгресс выделит военным на гиперзвуковые исследования более миллиарда долларов. Он уже создал научный консорциум для проведения фундаментальных исследований. «Наша работа над гиперзвуком действительно набирает обороты», — сказал авиационно-космический инженер Джонатан Погги (Jonathan Poggie), работающий в Университете Пердью. Его коллектив сегодня моделирует ударные волны низкой частоты, которые «молотят по аппарату подобно кувалде».
Ставки у военных растут, и это заставляет Пентагон думать о том, чтобы засекретить некоторые базовые исследования в области гиперзвука. Министерство обороны «очень обеспокоено тем, что наши враги могут получить важную информацию», отмечает Погги. «Военные пытаются провести красные линии, — добавляет Бойд. — Но если мы все чрезмерно засекретим, это произведет эффект домино. Мы задушим инновации. Это неизбежно приведет к уменьшению количества новых идей».
Завеса секретности появилась и в России, которая «произвела на свет большое количество литературы по гиперзвуку», рассказывает Льюис. Недавно органы безопасности обвинили двоих ученых в государственной измене за то, что они поделились с европейскими коллегами выводами из своих научных работ. Эти данные были утверждены к публикации, но спустя пять лет их засекретили.
В отличие от России, Китай ведет свои исследования практически в открытую. «Китайцы пытаются добиться престижа в этой области», — говорит Льюис. Эта страна вкладывает большие средства в научную инфраструктуру, включая современные аэродинамические и ударные трубы, в которых для изучения гиперзвукового потока используется ударная волна. «10 лет назад они копировали то, что делали другие, — говорит Бойд. — А сейчас они публикуют новаторские идеи». На проходившей в 2017 году в Сямыне научной конференции по гиперзвуку китайские ученые представили более 250 работ, то есть, в 10 раз больше, чем американские исследователи.
«Там были работы, которые обычно не публикуются в открытых источниках», — говорит Погги. Одну из них подготовил Китайский центр исследований и разработок в области аэродинамики. Авторы показали, что оставляемый гиперзвуковым аппаратом шлейф из ионизированного газа, или плазмы, на радарах заметнее, чем сам аппарат. Это значит, что радиолокационная станция может заранее предупредить о подлете боевого блока.
Остальные страны пытаются догнать тройку лидеров — или объединяют с ними свои усилия. Австралия сотрудничает с США, разрабатывая гиперзвуковой планирующий боевой блок, скорость которого должна составить восемь махов. Индия работает с Россией над созданием гиперзвуковой крылатой ракеты со скоростью семь махов. Франция намерена принять на вооружение гиперзвуковую крылатую ракету к 2022 году, а Япония хочет создать гиперзвуковой планирующий боевой блок в 2026 году. Эту информацию в своем июльском докладе за 2019 год изложила исследовательская служба американского конгресса.
Соединенные Штаты практически беззащитны от такого оружия, по крайней мере, пока. Отчасти это вызвано тем, что они не в состоянии следить за ним. Американские военные спутники бдительно наблюдают за вспышками, которые указывают на пуски баллистических и крылатых ракет. Но как считают аналитики, они наверняка потеряют из виду установленное на ракете гиперзвуковое оружие вскоре после отделения боевого блока от разгонного. Чтобы избежать «стрельбы вслепую… надо постоянно следить за целью, когда она начнет совершать свои маневры в атмосфере», — говорит Томас Карако (Thomas Karako), работающий директором проекта ПРО в Центре стратегических и международных исследований (Center for Strategic & International Studies).
Чтобы устранить этот недостаток, Пентагон планирует запустить на орбиту сотни маленьких спутников с датчиками, способными следить за источниками теплового излучения, которые на порядок холоднее ракетных ускорителей. «Когда на орбите таких спутников будет большое количество, вывести их все из строя будет невозможно», — говорит Карако. По его словам, сеть космического слежения за гиперзвуковыми и баллистическими ракетами будет готова к 2030 году. (Эти спутники можно будет также использовать для наведения на цель американского гиперзвукового оружия.)
Имея такие датчики, «мы сможем построить перехватчики», отмечает Карако. Существующие перехватчики ПРО предназначены для уничтожения МБР в высшей точке их траектории в верхних слоях атмосферы, а это намного выше траектории полета гиперзвукового оружия. Кроме того, они недостаточно маневренны для того, чтобы поражать уклоняющуюся цель. «Нужны перехватчики, обладающие более совершенными характеристиками маневренности, чем те, которые имеются у нас на вооружении», — говорит Карако.
Агентство ПРО изучает различные варианты, позволяющие перехватчикам превзойти по своим характеристикам подлетающие боевые заряды, говорит Фет. Один такой вариант — лететь быстрее, но до этого пока далеко, так как для этого нужны легковесные и термостойкие композиционные материалы и сплавы.
Перехватчик уничтожает гиперзвуковой аппарат, сталкиваясь с ним или подрывая поблизости от него свой боевой заряд. Но Агентство ПРО также намерено использовать направленную энергию: лазеры, пучки нейтральных частиц, сверхвысокие частоты и радиоволны. Контрмеры с применением направленной энергии были предложены еще в 1980-е годы в рамках американской программы «Звездных войн», как называли противоракетный щит США. Потом от этой идеи отказались. Но прошло почти 40 лет, и теперь эти наработки более осуществимы, отмечает Карако. Тем не менее, Агентство ПРО недавно отказалось от планов проведения к 2025 году испытаний авиационного лазера на 500 киловатт и от разработки источника пучков нейтральных частиц космического базирования.
Пока военные ученые ищут способы предотвратить и сорвать гиперзвуковое нападение, дипломаты и эксперты по нераспространению дискутируют о том, как ограничить эту разрушительную технику — или даже поставить ее вне закона. «Гиперзвуковое оружие давно пора ограничить», — заявляет старший научный сотрудник из Федерации американских ученых Анкит Панда (Ankit Panda). В прошлом году Управление ООН по вопросам разоружения опубликовало доклад с изложением различных сценариев контроля вооружений. В нем оно резко осудило «глупую гонку инновационных технологий, военная польза которых еще не доказана».
Но договоры о контроле вооружений ныне не в моде. А поскольку Китай, Россия и Соединенные Штаты постоянно подначивают друг друга, проводя одно широко разрекламированное испытание за другим, гонка гиперзвукового оружия имеет все шансы на ускорение.