Исследования в США перспективных направлений развития авиационно-космической техники

Профессор В. Филиппов

Военно-политическое руководство США, несмотря на неоднократные заявления о стремлении к снижению уровня военного противостояния, сохраняет приверженность наиболее дорогостоящим программам, обеспечивающим быстрое наращивание военного потенциала страны. Проводимая министерством обороны научно-техническая политика направлена на создание качественно новых систем оружия и военной техники. К числу наиболее важных НИОКР относится проект «Форкаст-2», разработанный в 1985 году. Основные его цели заключаются в выявлении наиболее перспективных в военном отношении областей науки и техники, сосредоточении исследований на этих направлениях, разработке новейших технологий и создании на данной основе авиационно-космической техники и вооружения, обладающих высокой эффективностью при ведении боевых действий.

Ранее подобные же задачи ставились и в предыдущем проекте - «Форкаст-1» (1963). Методологической основой исследований по нему явились экспертные оценки высококвалифицированных специалистов и ученых в области техники ВВС, военного дела и международной политики. Эти работы отличались высокой степенью организации. К ним привлекались специалисты 144 учреждений, в том числе 27 организаций министерства обороны, 10 государственных учреждений, 27 университетов и колледжей, 10 консультативных фирм («Рэнд», «Аэроспейс» и других), более 70 промышленных фирм и корпораций. Представители указанных организаций были распределены по четырем комитетам: военно-политическому, оценки военных возможностей, технологическому, анализа и синтеза. В отчете по данному проекту на основе результатов исследований была дана прогнозная оценка развития в США ряда важнейших областей техники и технологии, которые и определяли главные направления разработок перспективных видов авиационной техники ВВС в 70-е годы. Были установлены приоритеты в создании систем оружия и обеспечивающих систем, а также очередность в их разработке.

Исследования по проекту «Форкаст-1» дали толчок к разработке и созданию стратегического перспективного самолета AMSA, воплотившегося в дальнейшем в стратегический сверхзвуковой бомбардировщик В-1В с крылом изменяемой геометрии. Были внедрены технологии, обеспечивающие разработку тяжелых военно-транспортных (ВТС) и пассажирских самолетов, что позволило в короткие сроки построить ВТС С-5 и авиалайнеры Боинг 747 и DC-10. Исследования в области композиционных материалов открыли путь к созданию самолетов с применением технологии «стелт», обладающих малой заметностью в радиочастотном диапазоне волн. Этот перечень можно продолжить, включив в него разработку, постройку и практическое применение многоразового транспортного космического корабля «Шаттл», развертывание работ по созданию системы противоракетной обороны (ПРО) с элементами космического базирования (в рамках программы СОИ) и по ряду других перспективных военных систем.

Исследования по проекту «Форкаст-2» проводились с участием 175 опытнейших военных и гражданских специалистов. Было создано три комиссии, включавшие

18 целевых групп для рассмотрения более 2000 различных проблем, предложенных промышленными фирмами, научными организациями и институтами. Схема организации исследований по данному проекту представлена на рис. 1. Они велись в течение шести месяцев. Основное внимание уделялось степени влияния перспективной авиационно-космической техники на успешное решение военно-политических задач, ее техническую новизну и возможность реализации в приемлемые сроки, степень технического риска.

Исследования проводились в четыре этапа. На первом путем экспертного опроса было отобрано 1068 исходных технических концепций, из которых на втором этапе было выделено 265 потенциально перспективных технологий и 120 перспективных систем. На третьем этапе в результате всестороннего их обсуждения для дальнейшего анализа было рекомендовано 48 технологий и 49 проектов, систем. Четвертый этап стал заключительным для всех экспертных исследований. На нем были окончательно определены технологии и системы, наиболее перспективные для дальнейшего развития боевой техники ВВС США, которые можно реализовать в конце XX - начале XXI века. Всего в рамках проекта «Форкаст-2» были выбраны 39 перспективных технологий и 31 концепция новых систем. Их практическое претворение в жизнь должно обеспечить радикальное повышение боевой эффективности и гарантировать ВВС США военное превосходство над любым вероятным противником.

Разработки в области фундаментальных наук, новейших технологий и концепций систем, содержащиеся в указанном перечне, официально утверждены в качестве перспективных «инициатив», то есть они являются задачами, решение которых обязательно для командования разработки систем вооружения (КРСВ) и должно поддерживаться всеми оперативными командованиями ВВС США. Анализируя этот перечень, зарубежные специалисты отмечают, что, несмотря на призывы к экономии средств и желание политического руководства страны сократить затраты на разработку и закупку военной техники за счет создания простых и более дешевых систем оружия, ВВС США будут продолжать разработку новых технологий и образцов боевой техники, требующих значительных капиталовложений. Успех решения всех или большей части задач, поставленных в проекте «Форкаст-2», и сроки их выполнения будут зависеть от степени финансирования проводимых исследований, необходимого их объема, который определяется КРСВ ВВС, а также своевременности формулирования основных требований оперативных командований к разрабатываемым системам. Особое • внимание в этих НИОКР должно быть уделено созданию оружия с высокой степенью надежности, ремонтопригодности и удобства обслуживания при снижении эксплуатационных расходов.

Проектом «Форкаст-2» в качестве наиболее перспективных определены следующие авиационно-космические технологии: летательные аппараты и силовые установки; источники энергии и материалы; вооружение и средства защиты; электронное и оптическое оборудование; средства обработки информации и управления; процессы приобретения и обеспечения.

Кроме того, проектом предусматривается разработка перспективных авиационно-космических систем по следующим основным направлениям: новые авиационные и космические летательные аппараты (ЛА); перспективные системы управления и связи.

Далее дается краткое описание главных проблем, которые необходимо решить для успешной реализации проекта «Форкаст-2».

Рис. 1. Схема организации исследований по проекту «Форкаст-2»

Летательные аппараты, силовые установки. Источники энергии и материалы. В области разработки перспективных технологий проектом предусмотрено создание демонстрационных образцов большого гиперзвукового и воздушно-космического (ВКС) самолетов. Последний является новым видом ЛА, способного взлетать с обычного аэродрома, набирать большую высоту и скорость (М>25), выходить на околоземную орбиту, совершать орбитальный полет и возвращаться на Землю, производя горизонтальную посадку на аэродром. Для реализации указанных свойств ВКС должен быть изготовлен в основном из новых легких материалов, способных выдерживать повторные циклические нагрузки, изменения температуры и давления в широком диапазоне. Американцы надеются, что ВКС будет обладать высокой надежностью и экономичностью, а удельная стоимость полезной нагрузки, выводимой им на околоземную орбиту, якобы будет в 10 раз ниже, чем при применении системы «Шаттл». На рис. 2 показаны траектории полета гиперзвукового самолета и ВЕС.

В рамках проекта «Форкаст-2» рекомендуется также разработка еще одного вида ЛА, имеющего большую продолжительность полета (не менее недели) для выполнения задач разведки и связи. Такой ЛА может быть как пилотируемым, так а беспилотным с дистанционным управлением., На нем предполагается применить легкие материалы в конструкции планера, специальную двигательную установку, работающую от солнечных батарей, и средства обеспечения снижения заметности (по технологии «стелт»).

В связи с этим особое внимание уделяется разработке сверхлегких и сверхпрочных конструктивных материалов. Предусматривается расширение исследований по улучшению характеристик легких алюминиевых и титановых сплавов, композиционных материалов различных классов, керамических жаропрочных материалов и т. п. Внедрение новых материалов в конструкцию перспективных ЛА и силовых установок должно стать основой для реализации концепции их создания. В стадии исследований находятся еще более совершенные материалы, структура которых преобразуется на молекулярном уровне для достижения особых заданных свойств.

Значительное внимание в данном проекте уделяется разработке новых источников энергии для авиационных и космических ЛА, а также различных видов химического высокоэнергетического ракетного топлива. Изучается концепция применения в топливе антипротонов (антивещества) для космических полетов на большие расстояния. В настоящее время антипротоны (отрицательно заряженные ядра водорода) получают в нескольких исследовательских центрах мира. В случае достижения результатов в разработке способов и средств хранения антивещества (например, в магнитных баллонах) оно может соединяться в специальных силовых установках с положительно заряженными ядрами водорода - протонами, в результате чего возникает реакция аннигиляции с выделением огромного количества энергии.

Использование силовых установок на антипротонах позволит повысить скорость полета космического ЛА, благодаря чему длительность полета к Марсу сократится с двух-трех лет до двух-трех месяцев.

Одновременно предполагается продолжать исследования по созданию новых силовых установок для авиационно-космических систем, в том числе двигателя с кап-сулированным ядерным топливом. В реакторе такого двигателя через керамические сферические капсулы с ядерным топливом пропускается водород, выполняющий роль замедлителя и рабочего тела. Нагретый водород через сопло выбрасывается в окружающее пространство, создавая тягу с высоким КПД (двигатель объемом 159 л обеспечивает тягу 222 кН).

Планируется расширить исследования в области разработки гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД), связанные, в частности, с созданием для них новых легких и жаростойких материалов и применением суперкомпьютеров, которые дадут возможность рассчитывать параметры газового потока на гиперзвуковых скоростях. Это сделает возможным появление уже в XX веке гиперзвуковых ВРД, необходимых для оснащения воздушно-космического самолета.

Вооружение. Электронное оборудование. Обработка информации и средства управления. В проекте «Форкаст-2» выдвинуты задачи создания качественно новых высокоточных автономных систем наведения авиационных ракет различных классов. Ракеты, оснащенные ими, смогут без участия оператора осуществлять поиск, обнаружение и поражение воздушных или наземных целей в любых условиях, даже при отсутствии связи с самолетом-носителем после пуска. Основой для разработки таких систем должны стать совершенствование технологии датчиков, работающих в различных участках спектра электромагнитного излучения (в том числе в инфракрасном и миллиметровом диапазонах волн), а также последние достижения в областях статистической обработки данных, распознавания образов и акустической техники. Наряду с работами по созданию оружия направленной энергии, в том числе высокоэнергетического лазерного оружия и оружия СВЧ диапазона, планируется продолжить исследования с целью разработки сверхскоростных высотных противоракет большой дальности.

Рис. 2. Траектории полета гиперзвукового самолета (а) и ВКС (б)

Рис. 3. Возможный вид военно-транспортного самолета В/КВП (фирмы «Макдоннелл Дуглас»)

Рис. 4. Возможный вид сверхзвукового истребителя В/КВП (фирмы «Локхид»)

Кинетическое оружие и оружие направленной энергии предназначаются для противоракетной обороны в космическом пространстве в рамках программы «звездных войн». Предполагается, что спутники - перехватчики космических целей, вооруженные системами оружия направленной энергии или оружием высокой кинетической энергии, будут сопровождать и защищать спутниковые системы.

В области электронного оборудования ЛА проектом «Форкаст-2» предусматриваются широкомасштабные исследования с целью значительного расширения боевых возможностей и повышения эффективности боевого применения всех видов авиационно-космического вооружения - от многочисленных объектов техники, входящей в комплекс СОИ, до беспилотных ЛА и роботов.

Одновременно решается проблема повышения отказоустойчивости систем. Предусматривается применять устройства «искусственного интеллекта» для обеспечения принятия решений операторами в центрах управления и экипажами ЛА. Осуществляется перераспределение потоков информации между элементами оборудования и средствами программного обеспечения в целях повышения живучести и упрощения обслуживания оборудования летательных аппаратов.

Рекомендуется постепенная замена электронных устройств фотонными для ускорения информационного обмена и предотвращения выхода из строя оборудования ЛА под воздействием электромагнитного импульса при ядерном взрыве, радиации и средств РЭБ. Это потребует разработки качественной волоконной оптики, оптических датчиков и других материалов и устройств в системах оптической обработки данных. Кроме того, замена электронных компонентов фотонными в оборудовании ЛА и системах управления обеспечит высокую надежность их работы, повысит устойчивость и гарантирует почти абсолютную скрытность обмена информацией. Ожидается, что одновременно скорость передачи данных возрастет не менее чем на четыре порядка, количество случаев исчезновения сигнала во время передачи данных уменьшится на два порядка, а частота появления ошибок - на один. Таким образом предполагается решить одну из крупнейших задач в программе СОИ - создание системы разведки и связи космического базирования с высокой степенью живучести.

Повышению живучести системы будут способствовать также работы по снижению ее уязвимости при воздействии боевых средств противника. Для этого компоненты фазированной антенной решетки многоцелевых спутников могут не соединяться конструктивно, а быть распределенными в пространстве. Поражение либо повреждение одного или даже нескольких спутников не приведет к существенному ухудшению параметров системы. Размещение в космическом пространстве крупных фазированных антенных решеток на больших расстояниях друг от друга (распределенные группы спутников) обеспечит выполнение задач радиолокационных станций, навигационных систем, систем связи и синхронизированных панелей, которые могут самонастраиваться и иметь высокую живучесть.

В проекте поставлена также задача разработать активные и пассивные ИК датчики с распределенной структурой. Рассматривается возможность создания радиолокационной системы, состоящей из распределенной сети спутников, и системы разведки космического базирования на средних орбитах, оснащенной длинноволновыми ИК датчиками (или оптическими для работы в видимой части спектра). Они будут способны с высокой надежностью обеспечивать обнаружение, опознавание, сопровождение и регистрацию космических объектов.

Планируется существенно расширить технические возможности бортовых датчиков путем внедрения элементов нелинейной оптики. Так, предполагается встроить в обшивку ЛА (концепция «умной» обшивки) волоконно-оптический кабель с магниточувствительным покрытием. Какое-либо изменение магнитного поля вызывает соответствующее изменение длины пути светового пучка, проходящего по кабелю. Таким образом, возможно точное и пассивное обнаружение металлических объектов на большой дальности, поскольку последние искажают магнитное поле Земли.

Кроме того, разрабатываются оптические ЭВМ, быстродействие которых на три порядка выше, чем у электронных процессоров. Это позволит решить одну из основных проблем современной космической разведки - обработку данных от спутниковых РЛС с синтезированной апертурой. Оптические вычислительные устройства могут вести эту обработку почти в реальном масштабе времени, а электронным нужны многие часы и при этом требуются дополнительные средства записи и хранения информации.

Задачей проекта «Форкаст-2» в области совершенствования методов обработки информации является разработка вычислительной техники с «искусственным интеллектом», способной обрабатывать большой объем данных в реальном масштабе времени. Такая необходимость возникает при автоматизации управления боевыми действиями, работе экипажей ЛА, быстродействующих производственных процессах и т. п. Другим важным направлением работ является повышение живучести и обеспечение самоорганизации перспективных баз данных для их гарантированного сохранения (например, для систем стратегического оповещения и управления нанесением ударов). Это достигается автоматическим переносом функций крупной распределенной вычислительной сети из одной ее части в другую в случае повреждения одного или нескольких блоков системы.

Исследуется возможность создания новых индикаторов в кабинах ЛА с целью повышения удобства работы экипажей. Такие индикаторы синтезируют всю информацию, полученную от различных датчиков, и в преобразованном виде, облегчающем принятие решений, представляют ее членам экипажа.

Особое значение данные системы имеют при разработке кабины самолетов-истребителей. Предлагается концепция «суперкабины», в которой вместо обычных средств отображения информации на приборной доске и лобовом стекле все параметры визуальной обстановки передаются непосредственно в нашлемное устройство и фиксируются глазами летчика. При этом летчик сможет осуществлять наведение, применять оружие и выполнять другие функции с помощью движения глаз или речевых команд, что облегчает и ускоряет весь процесс управления.
Кроме того, ставится цель усовершенствовать взаимодействие человека и машины за счет использования роботов с визуальной и тактильной обратной связью с летчиком. Это позволит оператору выполнять свои функции в условиях применения химического и бактериологического оружия, повышенной радиации и в космосе.

В рамках проекта разрабатывается оборудование, способное обеспечить уменьшение нагрузки на летчиков перспективных тактических истребителей ATF.

Концепции перспективных технических систем. Процессы приобретения и обеспечения. Целями проекта «Форкаст-2» в области реализации новых концепций технических систем является создание перспективных боевых ЛА, оборудования, вооружения и средств управления, обладающих качествами, значительно повышающими их боевую эффективность.

В частности, планируется разработка сверхзвукового тактического истребителя и среднего военно-транспортного самолета с вертикальным или коротким взлетом и посадкой (В/КВП). Самолеты такого класса с указанными свойствами еще не строились. Возможность вертикального или короткого взлета и посадки у военно-транспортных самолетов коренным образом может изменить характер воздушно-десантных операций и перевозок, так как будет сведена к минимуму, а то и совсем исключена необходимость десантирования парашютным способом. Это снимет все ограничения, связанные с применением парашютов, что значительно повысит эффективность всей десантной операции. На рис. 3 показана одна из концептуальных схем ВТС В/KBП, разрабатываемая фирмой «Макдоннелл Дуглас».

Не создавались до настоящего времени также и сверхзвуковые тактические истребители с вертикальным или коротким взлетом и посадкой (английский самолет «Харриер» и американский AV-8B, оба дозвуковые). Разработка таких машин позволит осуществлять широкое рассредоточенное базирование, что резко повысит их живучесть на земле и интенсивность боевых вылетов при сохранении в полете всех качеств сверхзвуковых самолетов. На рис. 4 показан возможный вид сверхзвукового истребителя В/КВП, НИОЕР по которому проводит фирма «Локхид».

Ставится задача создания таких видов боевой авиационной техники, которые обладают гиперзвуковой скоростью полета (истребитель-перехватчик, новый боевой самолет, перспективное ракетное оружие). Боевые ЛА, имеющие гиперзвуковую скорость, разрабатываются впервые. Их боевая эффективность значительно превысит возможность находящихся на вооружении ЛА за счет сокращения времени сближения с целью и захвата инициативы в воздушных боях.

Считается целесообразной и разработка беспилотных ЛА с высокими летно-техническими характеристиками, а также воздушных мишеней. Эти новые виды авиационной техники смогут эффективно применяться для поражения наземных целей, постановки помех, разведки, наблюдения и ретрансляции, тренировки летчиков.

Кроме того, намечается создать систему управления, связи, разведки и РЭБ (C3I - Command, Control, Communication and Intelligence) на ТВД на базе последних достижений вычислительной техники и автоматики, а также системы обработки и отображения данных управления боевыми действиями.

Новые космические системы могут дополнить имеющиеся на вооружении и уже применявшиеся. К ним относятся: перспективный космический носитель тяжелого класса, пилотируемая космическая станция, разведывательная система космического базирования, ряд образцов противокосмического оружия.

К числу важных проблем относятся снижение стоимости приобретения систем и повышение боевой готовности войск. Статистические данные показывают, что около трети отказов и неисправностей электронного оборудования являются ложными или временными. Как правило, такие «отказы» невозможно воспроизвести, но при попытках их устранения неоправданно затрачивается время и расходуется значительная часть весьма ограниченного резерва блоков этого оборудования. Решить данную проблему предполагается путем использования систем на сверхскоростных интегральных схемах (ССИС), оснащенных датчиками внешней обстановки для регистрации данных в момент отказа. Такая система будет сама выдавать информацию об условиях возникновения отказа, чтобы в дальнейшем распознавать достоверность информации о неисправностях.

Снижения стоимости авиационной техники (ожидается, что экономия будет выражаться в миллиардах долларов) планируется достичь за счет усовершенствования комплексирования систем автоматизированного проектирования конструкции, процессов производства и материально-технического обеспечения. Это позволит тщательно оценивать все компромиссные решения до их принятия. Предусматривается также устранить трудоемкие операции при подготовке технической документации и отчетности (расходы на это в настоящее время составляют почти 50 проц. стоимости нового изделия).

Финансирование исследований по проекту «Форкаст-2». Первоначальная стадия исследований по ряду концепций проекта показала, что многие из них могут быть реализованы сравнительно быстро, если в ближайшие годы будет создана достаточная финансовая база.
С учетом указанного обстоятельства и возрастающего приоритетного значения исследований по данной программе ВВС США в настоящее время уже выделяют на эти разработки 10 проц. всех средств, отпускаемых на научно-технические исследования, а в последующие пять лет они ежегодно будут выделять дополнительные ассигнования, чтобы к концу указанного периода на работы по проекту отпускалось до 40 проц. всех средств, направляемых на НИОКР.

ВВС намерены поддерживать выдвигаемые фирмами идеи, связанные с исследованием новых концепций систем. По наиболее перспективным из них будут направляться конкретные запросы и предложения, а также заключаться контракты, финансирование которых должно осуществляться из фондов, выделяемых ВВС на разработку перспективных систем.

Одновременно фирмы, участвующие в исследованиях по проекту «Форкаст-2», уже самостоятельно вкладывают значительные средства в разработку перспективных технологий, предусмотренных им. Так, в 1987 финансовом году из общих капиталовложений 24 ведущих авиационно-космических фирм в реализацию основных программ, составляющих 2 млрд. долларов, около 44 проц. (886 млн.) пошло на НИОКР по данному проекту. При этом большая часть средств была направлена на работы по созданию ЛА с вертикальным или коротким взлетом и посадкой (150 млн. долларов), а также гиперзвуковых самолетов (воздушно-космических, 113 млн.). Кроме того, 55 млн. долларов выделялось на разработку «суперкабины» экипажа, 51 млн. - на создание перспективной системы С31 и 30 млн. - на исследования в области фотоники.

Чтобы снизить объем собственных расходов, связанных со всем комплексом научно-технических разработок перспективных технологий и систем, предусмотренных проектом «Форкаст-2», США стремятся привлечь к участию в нем своих союзников по НАТО, рассчитывая тем самым преодолеть возможные бюджетные трудности и использовать средства, выделяемые конгрессом США на осуществление военных программ совместно со странами - членами блока.

В частности, проявила интерес к такому сотрудничеству Франция, давшая согласие на участие в разработке более чем 30 концепций и технологий, предусмотренных проектом. Специалисты этой страны намерены приступить к совместным исследованиям с целью создания новых силовых установок, материалов, средств связи, точных систем навигации, фотоники и средств электронного оборудования. К настоящему времени Франция и США уже подписали свыше 15 соглашений о взаимном обмене информацией в различных областях военной техники, в том числе конструкции ЛА и их систем, средств радиоэлектронной борьбы и т. д.

К работам по данному проекту могут присоединиться также Канада, Великобритания и Греция, которые уже выслали или предполагают в скором времени выслать конкретные предложения.

В результате реализации проекта «Форкаст-2» США рассчитывают обеспечить себе в начале XXI века военно-техническое превосходство над любым вероятным противником.

Зарубежное военное обозрение №6 1990 С. 31-38