O hiper-som está emergindo como o próximo parâmetro-chave para armas e plataformas de vigilância e, portanto, vale a pena dar uma olhada mais de perto na pesquisa que está sendo realizada nessa área pelos Estados Unidos, Rússia e Índia
O Departamento de Defesa dos Estados Unidos e outras agências governamentais estão desenvolvendo tecnologia hipersônica para duas metas imediatas e uma de longo prazo. De acordo com Robert Mercier, chefe de sistemas de alta velocidade do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA (AFRL), os dois alvos próximos são armas hipersônicas, que devem estar tecnologicamente prontas no início dos anos 1920, e um veículo de vigilância não tripulado, que irá esteja pronto para implantação no final dos anos 1920 ou no início dos anos 30, e os veículos hipersônicos seguirão em um futuro mais distante.
“A exploração espacial com a ajuda de espaçonaves com motor a jato de ar é uma perspectiva muito mais distante”, disse ele em uma entrevista. "É improvável que a espaçonave hipersônica esteja pronta antes de 2050." Mercier acrescentou que a estratégia geral de desenvolvimento é começar com pequenas armas e, em seguida, à medida que a tecnologia e os materiais se desenvolvem, expandir para veículos aéreos e espaciais.
Spiro Lekoudis, diretor do Departamento de Sistemas de Armas, Aquisição, Tecnologia e Abastecimento do Ministério da Defesa, confirmou que as armas hipersônicas provavelmente serão o primeiro programa de aquisição que surgirá após o desenvolvimento desta tecnologia pelo ministério e suas organizações parceiras. “A aeronave é definitivamente um projeto de muito mais longo prazo do que uma arma”, disse ele em uma entrevista. A Força Aérea dos Estados Unidos deve realizar uma demonstração da Arma de Ataque de Alta Velocidade (HSSW) - um desenvolvimento conjunto com a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) - por volta de 2020, quando o Pentágono decidirá a melhor forma de transferir essa tecnologia no programa de desenvolvimento e compras de mísseis hipersônicos.
“Existem dois principais trabalhos de pesquisa que visam demonstrar a tecnologia HSSW”, diz Bill Gillard, planejador de plano e programa da AFRL. "O primeiro é o programa de planejamento de aceleração tática TBG (Tactical BoosWSIide) da Lockheed Martin e Raytheon, e o segundo é o HAWC (Hypersonic Air-breath Weapon Concept), liderado pela Boeing."
“Enquanto isso, o AFRL está conduzindo outro estudo fundamental para complementar os projetos do DARPA e da Força Aérea dos EUA”, disse Gillard. Por exemplo, no âmbito da validação do conceito de reaproveitamento de aeronaves para hipersônica (REACH), além do estudo de materiais básicos, foram realizados diversos experimentos com motores ramjet de pequeno e médio porte. "Nosso objetivo é promover o banco de dados e desenvolver e demonstrar tecnologias que podem ser utilizadas para criar novos sistemas." A pesquisa fundamental de longo prazo da AFRL no campo de melhoria de compósitos de matriz cerâmica e outros materiais resistentes ao calor é extremamente importante para a criação de veículos hipersônicos promissores.
O AFRL e outros laboratórios do Pentágono estão trabalhando intensamente em dois aspectos principais de veículos hipersônicos promissores: a capacidade de reutilizar e aumentar seu tamanho.“Existe até uma tendência no AFRL de promover o conceito de sistemas hipersônicos reutilizáveis e maiores”, disse Gillard. "Concentramos todas essas tecnologias em projetos como o X-51 e o REACH será outro."
"A demonstração de 2013 do míssil X-51A WaveRider da Boeing formará a base dos planos de armamento hipersônico da Força Aérea dos EUA", disse John Leger, engenheiro-chefe de projetos aeroespaciais do departamento de armas do AFRL. "Estamos estudando a experiência adquirida durante o desenvolvimento do projeto X-51 e a usamos no desenvolvimento do HSSW."
Simultaneamente com o projeto do míssil de cruzeiro hipersônico X-51, várias organizações de pesquisa também desenvolveram motores ramjet maiores (10x) (ramjet), que "consomem" 10 vezes mais ar do que o motor X-51. "Esses motores são ideais para sistemas como vigilância de alta velocidade, reconhecimento e plataformas de inteligência e mísseis de cruzeiro atmosféricos", disse Gillard. "E, em última análise, nossos planos são avançar em direção ao número 100, que permitirá o acesso ao espaço usando sistemas de respiração de ar."
AFRL também está explorando a possibilidade de integrar um motor ramjet hipersônico com um motor de turbina de alta velocidade ou foguete, a fim de ter propulsão suficiente para atingir grandes números de Mach. “Estamos explorando todas as possibilidades para melhorar a eficiência dos motores das aeronaves supersônicas. As condições em que eles devem voar não são inteiramente favoráveis."
Em 1º de maio de 2013, o foguete Kh-51A WaveRider passou com sucesso nos testes de vôo. O aparato experimental desencaixou da aeronave B-52H e acelerou usando um acelerador de foguete a uma velocidade de 4,8 números de Mach (M = 4, 8). Então o X-51A se separou do acelerador e deu partida em seu próprio motor, acelerou para Mach 5, 1 e voou 210 segundos até que todo o combustível se consumisse. A Força Aérea coletou todos os dados de telemetria de 370 segundos de vôo. A divisão Rocketdyne da Pratt & Whitney desenvolveu o motor para o WaveRider. Posteriormente, essa divisão foi vendida para a Aerojet, que continua trabalhando em usinas hipersônicas, mas não fornece detalhes sobre o assunto.
Anteriormente, de 2003 a 2011, a Lockheed Martin trabalhou com a DARPA no conceito inicial do Falcon Hypersonic Technology Vehicle-2. O impulsionador para esses veículos, que foram lançados da base aérea de Vandenberg na Califórnia, foi um foguete leve Minotaur IV. O vôo inaugural do HTV-2 em 2010 gerou dados que demonstraram o progresso no desempenho aerodinâmico, materiais refratários, sistemas de proteção térmica, sistemas de segurança de vôo autônomos e sistemas de orientação, navegação e controle de vôo hipersônico de longo alcance.
Dois lançamentos de demonstração foram realizados com sucesso em abril de 2010 e agosto de 2011, mas, de acordo com declarações da DARPA, ambas as vezes os veículos Falcon durante o vôo, tentando atingir a velocidade planejada de M = 20, perderam contato com o centro de controle por vários minutos.
Os resultados do programa X-51A agora são usados no projeto HSSW. O sistema de armamento e orientação está sendo desenvolvido em dois programas de demonstração: HAWC e TBG. A DARPA fechou contratos com a Raytheon e a Lockheed Martin em abril de 2014 para continuar desenvolvendo o programa TBG. As empresas receberam US $ 20 e 24 milhões, respectivamente. Enquanto isso, a Boeing está desenvolvendo o projeto HAWC. Ela e a DARPA se recusam a fornecer detalhes sobre este contrato.
O objetivo dos programas TBG e HAWC é acelerar os sistemas de armas a uma velocidade de M = 5 e planejá-los posteriormente para seus próprios fins. Essas armas devem ser manobráveis e extremamente resistentes ao calor. Em última análise, esses sistemas serão capazes de atingir uma altitude de quase 60 km. A ogiva, desenvolvida para um míssil hipersônico, tem massa de 76 kg, que é aproximadamente igual à massa de uma bomba SDB (Small Diameter Bomb) de pequeno diâmetro.
Enquanto o projeto X-51A demonstrou com sucesso a integração de uma aeronave e um motor hipersônico, os projetos TBG e HAWC se concentrarão em orientação e controle avançados, que não foram totalmente implementados nos projetos Falcon ou WaveRider. Os subsistemas Seeker (GOS) estão envolvidos em vários laboratórios de armas da Força Aérea dos Estados Unidos para aumentar ainda mais as capacidades dos sistemas hipersônicos. Em março de 2014, a DARPA disse em um comunicado que no âmbito do projeto TBG, que deve completar um voo de demonstração até 2020, as empresas parceiras estão tentando desenvolver tecnologias para um sistema tático de voo hipersônico com um foguete impulsionador, lançado de um porta-aviões.
“O programa abordará os problemas de sistema e tecnologia necessários para criar um sistema de deslizamento hipersônico com um foguete propulsor. Isso inclui o desenvolvimento de conceitos para um aparelho com as características aerodinâmicas e aerotermodinâmicas necessárias; controlabilidade e confiabilidade em uma ampla gama de condições operacionais; as características do sistema e subsistema necessárias para a eficiência nas condições de operação relevantes; finalmente, abordagens para reduzir o custo e aumentar a acessibilidade do sistema experimental e dos sistemas de produção futuros”, disse o comunicado. A aeronave do projeto TBG é uma ogiva que se separa do acelerador e desliza a velocidades de até M = 10 ou mais.
Enquanto isso, como parte do programa HAWC, seguindo o projeto X-51A, um míssil de cruzeiro hipersônico com um motor ramjet será demonstrado em velocidades mais baixas - aproximadamente M = 5 e superior. "A tecnologia do HAWC pode se expandir para prometer plataformas aerotransportadas hipersônicas reutilizáveis que podem ser usadas como veículos de reconhecimento ou acesso ao espaço sideral", disse a DARPA em um comunicado. Nem a DARPA nem a empresa-mãe da Boeing divulgaram todos os detalhes de seu programa conjunto.
Embora os alvos hipersônicos primários do Departamento de Defesa sejam sistemas de armas e plataformas de reconhecimento, a DARPA iniciou um novo programa em 2013 para desenvolver um impulsionador hipersônico não tripulado reutilizável para lançar pequenos satélites pesando 1.360-2270 kg em órbita baixa, que servirá simultaneamente como um laboratório de teste para veículos hipersônicos. Em julho de 2015, o escritório concedeu à Boeing e sua parceira Blue Origin um contrato de US $ 6,6 milhões para continuar a trabalhar no XS-1 Experimental Spaceplane, de acordo com um comunicado do Congresso. Em agosto de 2014, a Northrop Grumman anunciou que também estava trabalhando com a Scaled Composites e a Virgin Galactic no projeto técnico e plano de vôo para o programa XS-1. A empresa recebeu um contrato de 13 meses no valor de US $ 3,9 milhões.
Espera-se que o XS-1 tenha um impulsionador de lançamento reutilizável que, quando combinado com um estágio de impulsionador único, proporcionará a entrega acessível de um veículo da classe de 1360 kg para a LEO. Além do lançamento barato, estimado em um décimo do custo de um lançamento de foguete pesado atual, o XS-1 provavelmente também servirá como um laboratório de teste para novos veículos hipersônicos.
A DARPA gostaria de lançar o XS-1 todos os dias por menos de US $ 5 milhões por vôo. A gerência deseja obter um dispositivo que possa atingir velocidades de mais de 10 números Mach. Os princípios operacionais solicitados "como um avião" incluem pousos horizontais em pistas padrão, além disso, o lançamento deve ser de um lançador de elevador, além de haver uma infraestrutura mínima e pessoal de solo e um alto nível de autonomia. O primeiro voo orbital de teste está programado para 2018.
Depois de várias tentativas malsucedidas da NASA, começando na década de 1980, para desenvolver um sistema como o XS-1, os pesquisadores militares agora acreditam que a tecnologia amadureceu o suficiente devido aos avanços em compósitos leves e baratos e proteção térmica aprimorada.
O XS-1 é um dos vários projetos do Pentágono que visam reduzir o custo de lançamento de satélites. Com os cortes no orçamento de defesa dos Estados Unidos e o aumento das capacidades de outras nações, o acesso de rotina ao espaço está se tornando uma prioridade cada vez maior da segurança nacional. Usar foguetes pesados para lançar satélites é caro e requer uma estratégia elaborada com poucas opções. Esses lançamentos tradicionais podem custar centenas de milhões de dólares e exigem manutenção de uma infraestrutura cara. Como a Força Aérea dos EUA insiste que os legisladores emitam um decreto para suspender o uso de motores de foguete russos RD-180 para lançar satélites americanos, a pesquisa hipersônica da DARPA ajudará a encurtar significativamente o caminho que precisará ser percorrido, contando apenas com suas próprias forças e meios.
Rússia: recuperando o tempo perdido
No final da existência da União Soviética, o escritório de design de construção de máquinas MKB "Raduga" de Dubna projetou o GELA (Hypersonic Experimental Aircraft), que se tornaria o protótipo do míssil de lançamento aéreo estratégico X-90 ("Produto 40 ") com um motor ramjet" Produto 58 "Desenvolvido por TMKB (escritório de design de construção de máquinas Turaevskoe)" Soyuz ". O foguete deveria ser capaz de acelerar a uma velocidade de 4,5 números de Mach e ter um alcance de 3.000 km. O conjunto de armas padrão do bombardeiro estratégico modernizado Tu-160M deveria incluir dois mísseis X-90. O trabalho no míssil de cruzeiro supersônico Kh-90 foi descontinuado em 1992 no estágio de laboratório, e o próprio aparelho GELA foi mostrado em 1995 na exposição de aviação MAKS.
As informações mais completas sobre os atuais programas de lançamento de ar hipersônico foram apresentadas pelo ex-comandante do Estado-Maior General da Força Aérea Russa, Alexander Zelin, em palestra que proferiu em uma conferência de fabricantes de aeronaves em Moscou em abril de 2013. De acordo com Zelin, a Rússia está executando um programa de duas etapas para desenvolver um míssil hipersônico. A primeira fase prevê o desenvolvimento até 2020 de um míssil de lançamento aéreo subestratégico com alcance de 1.500 km e velocidade de aproximadamente M = 6. Ainda na próxima década, deverá ser desenvolvido um foguete com velocidade de 12 números Mach, capaz de atingir qualquer ponto do mundo.
Muito provavelmente, o míssil Mach 6 mencionado por Zelin é o Produto 75, também denominado GZUR (HyperSonic Guided Missile), que está atualmente em fase de projeto técnico na Tactical Missiles Corporation. O "Produto 75", aparentemente, tem comprimento de 6 metros (tamanho máximo que pode suportar o compartimento de bombas do Tu-95MS; também pode caber no compartimento de armamento do bombardeiro Tu-22M) e pesa cerca de 1.500 kg. Deve ser acionado pelo motor Ramjet Product 70 desenvolvido pela Soyuz TMKB. Seu buscador de radar ativo Gran-75 está sendo desenvolvido pelo Detal UPKB em Kamensk-Uralsky, enquanto a cabeça de homing passiva de banda larga está sendo fabricada pelo Omsk Central Design Bureau.
Em 2012, a Rússia iniciou os testes de voo de um veículo hipersônico experimental preso à suspensão de um bombardeiro-bombardeiro supersônico de longo alcance Tu-23MZ (designação da OTAN "Backfire"). Não antes de 2013, este dispositivo fez seu primeiro vôo livre. O dispositivo hipersônico é instalado na seção do nariz do foguete X-22 (AS-4 "Cozinha"), que é usado como impulsionador de lançamento. Essa combinação tem 12 metros de comprimento e pesa cerca de 6 toneladas; o componente hipersônico tem cerca de 5 metros de comprimento. Em 2012, a Fábrica de Construção de Máquinas Dubna concluiu a construção de quatro mísseis antinavio X-22 supersônicos de cruzeiro lançados por ar (sem buscador e ogivas) para serem usados em testes de veículos hipersônicos. O foguete é lançado de uma suspensão inferior Tu-22MZ em velocidades de até Mach 1, 7 e altitudes de até 14 km e acelera o veículo de teste para Mach 6, 3 e uma altitude de 21 km antes de lançar o componente de teste, que aparentemente se desenvolve uma velocidade de 8 números Mach.
Esperava-se que a Rússia participasse de testes de vôo semelhantes do veículo hipersônico francês MBDA LEA lançado do Backfire. No entanto, de acordo com os dados disponíveis, o componente hipersônico do teste é um projeto primordialmente russo.
Em outubro-novembro de 2012, a Rússia e a Índia assinaram um acordo preliminar para trabalhar no míssil hipersônico BrahMos-II. O esquema de cooperação inclui NPO Mashinostroeniya (foguete), TMKB Soyuz (motor), TsAGI (pesquisa aerodinâmica) e TsIAM (desenvolvimento de motor).
Índia: um novo jogador em campo
Após um acordo de desenvolvimento conjunto com a Rússia, o programa de foguetes BrahMos da Índia foi lançado em 1998. De acordo com o acordo, os principais parceiros eram a NPO russa Mashinostroyenia e a Organização de Pesquisa e Desenvolvimento de Defesa da Índia (DRDO).
Sua primeira versão é um míssil de cruzeiro supersônico de dois estágios com orientação por radar. O motor de propelente sólido do primeiro estágio acelera o foguete a velocidades supersônicas, enquanto o ramjet de propelente líquido do segundo estágio acelera o foguete à velocidade de M = 2. 8. BrahMos é, de fato, a versão indiana do Míssil russo Yakhont.
Enquanto o foguete BrahMos já havia sido entregue ao exército, marinha e aviação indianos, a decisão de começar a desenvolver uma versão hipersônica do foguete BrahMos-II pela já estabelecida parceria foi tomada em 2009.
De acordo com o projeto técnico, o BrahMos-ll (Kalam) voará em velocidades superiores a Mach 6 e terá maior precisão em comparação com a variante BrahMos-A. O míssil terá um alcance máximo de 290 km, que é limitado pelo Regime de Controle de Tecnologia de Mísseis assinado pela Rússia (que limita o desenvolvimento de mísseis com um alcance de mais de 300 km para um país parceiro). Para aumentar a velocidade do foguete BrahMos-2, será utilizado um motor ramjet hipersônico e, segundo várias fontes, a indústria russa está desenvolvendo um combustível especial para ele.
Para o projeto BrahMos-II, uma decisão importante foi feita para manter os parâmetros físicos da versão anterior para que o novo foguete pudesse usar os lançadores já desenvolvidos e outra infraestrutura.
O alvo definido para a nova variante inclui alvos fortificados, como abrigos subterrâneos e depósitos de armas.
Um modelo em escala do foguete BrahMos-II foi mostrado na Aero India 2013, e o teste do protótipo deve começar em 2017. (Na exposição recentemente realizada Aero India 2017, um caça Su-30MKI com um foguete Brahmos em um poste sob as asas foi apresentado). Em 2015, em entrevista, o diretor executivo da Brahmos Aerospace, Kumar Mishra, disse que a configuração exata ainda precisa ser aprovada e que um protótipo completo é esperado não antes de 2022.
Um dos principais desafios é encontrar soluções de design para o BrahMos-II que permitiriam ao foguete suportar as temperaturas extremas e cargas de vôo hipersônico. Entre os problemas mais difíceis está a busca dos materiais mais adequados para a fabricação deste foguete.
Estima-se que o DRDO tenha investido aproximadamente US $ 250 milhões no desenvolvimento de um míssil hipersônico; no momento, testes de um VRM hipersônico foram realizados no laboratório de sistemas modernos em Hyderabad, onde, segundo relatos, foi alcançada em um túnel de vento uma velocidade de M = 5,26. O túnel de vento hipersônico desempenha um papel fundamental papel na simulação da velocidade necessária para testar vários elementos estruturais de um foguete.
É claro que o míssil hipersônico será fornecido apenas para a Índia e a Rússia e não estará disponível para venda a terceiros países.
Há um líder
Como a potência militar e econômica mais poderosa do mundo, os Estados Unidos estão impulsionando tendências de desenvolvimento hipersônicas, mas países como a Rússia e a Índia estão se contendo.
Em 2014, o Alto Comando da Força Aérea dos Estados Unidos anunciou que as capacidades hipersônicas apareceriam no topo das cinco principais prioridades de desenvolvimento para a próxima década. As armas hipersônicas serão difíceis de interceptar e fornecerão a capacidade de lançar ataques de longo alcance mais rápido do que a tecnologia de mísseis atual permite.
Além disso, esta tecnologia é vista por alguns como uma sucessora da tecnologia de estela, uma vez que armas se movendo em altas velocidades e em grandes altitudes terão melhor capacidade de sobrevivência do que sistemas lentos de baixo vôo, o que significa que serão capazes de engajar alvos em acesso limitado contestado espaço. Devido ao progresso no campo das tecnologias de defesa aérea e sua rápida proliferação, é vital encontrar novas formas de penetrar os "cordões inimigos".
Para esse fim, os legisladores americanos estão forçando o Pentágono a acelerar o avanço da tecnologia hipersônica. Muitos deles apontam desenvolvimentos na China, Rússia e até mesmo na Índia como justificativa para esforços mais agressivos dos EUA nessa direção. A Câmara dos Representantes, em sua versão do projeto de lei de gastos com defesa, disse que "eles estão cientes da ameaça em rápida evolução representada pelo desenvolvimento de armas hipersônicas no campo de adversários em potencial".
Eles mencionam que há "vários testes recentes de armas hipersônicas realizados na China, bem como desenvolvimentos nesta área na Rússia e na Índia" e recomendam "avançar vigorosamente". “A Câmara acredita que o rápido crescimento das capacidades pode representar uma ameaça à segurança nacional e às nossas forças ativas”, diz a lei. Em particular, também afirma que o Pentágono deve usar "sobras de tecnologia de testes hipersônicos anteriores" para continuar o desenvolvimento desta tecnologia.
Oficiais da Força Aérea dos Estados Unidos prevêem que aeronaves hipersônicas reutilizáveis podem entrar em serviço na década de 1940, e especialistas de laboratórios de pesquisa militares confirmam essas estimativas. Apresentar uma solução competitiva à frente dos adversários em potencial colocaria os Estados Unidos em uma posição vantajosa, especialmente no Pacífico, onde prevalecem as longas distâncias e altas velocidades em grandes altitudes.
Como a tecnologia, que deve "amadurecer" em um futuro próximo, pode ser aplicada no desenvolvimento de armas e aeronaves de reconhecimento, surge uma grande questão - em que direção o Pentágono se moverá primeiro. Ambos os projetos do Pentágono, o projeto de "aeronave arsenal" lançado pelo Secretário de Defesa Carter em fevereiro de 2016, e o novo bombardeiro de ataque de longo alcance (LRS-B) / B-21, são plataformas que podem transportar uma carga hipersônica útil, seja ser armas ou equipamento de reconhecimento e vigilância.
Para o resto do mundo, incluindo Rússia e Índia, o caminho a seguir é menos claro quando se trata de longos ciclos de desenvolvimento e futuras implantações de tecnologia hipersônica e plataformas hipersônicas.
