Крейсерская скорость современного пассажирского самолёта около 800 км/ч. Это быстро. Очень быстро. Но военные истребители могут летать ещё быстрее. Со сверхзвуковой скоростью. Из названия понятно, что это быстрее скорости, с которой распространяется звук. Иначе говоря, тогда когда вы услышите звук пролетающего истребителя, сам истребитель будет уже далеко.
Скорость звука в воздухе равна примерно 1235 км/ч. "Примерно", потому что она может меняться в зависимости от температуры, давления, влажности, химического состава. Эту величину часто называют «один Мах» — в честь австрийского физика Эрнста Маха. Сверхзвуковые пассажирские Конкорд и Ту-144 летали на скорости 2200-2300 км/ч. Современный истребитель пятого поколения Су-57 может лететь со скоростью 2600 км/ч., то есть примерно в 2 раза быстрее скорости звука. Впечатляюще, не так ли?
А теперь вообразите, что этот самолет летит не в два, а в пять-десять раз быстрее скорости звука. Это и есть гиперзвуковая скорость. Для самолётов она пока недостижима, но для некоторых ракет — да. Хотя по зубам такое инженерам лишь нескольких стран. В том числе и российским.
Гиперзвук начинается там, где заканчивается сверхзвук. Ученые договорились считать рубежом сверхзвука скорость в пять Махов, то есть примерно 6125 км/ч. Стало быть именно с этой отметки начинается гиперзвук. То есть, если что-то летит скоростью 6200 км/ч — эту уже гиперзвуковой летательный аппарат. Но это минимальная планка. На практике же гиперзвуковые штуковины могут разгоняться до 10-20 Махов (до 24 500 км/ч и более). Для сравнения: это в 8-10 раз быстрее, чем летит пуля из винтовки, и позволяет пересечь Атлантический океан, пролетев путь из Нью-Йорка до Лондона меньше чем за час.
Достичь такой скорости — невероятно сложная инженерная задача. Обычных реактивных двигателей, которые стоят на самолётах, для этого недостаточно. Есть два основных способа, которые сегодня применяются на практике.
Первый способ — это разгон с помощью мощных ракет. Аппарат выводится в верхние слои атмосферы, где практически нет воздуха, и там ракетные двигатели разгоняют его до гиперзвуковой скорости. Затем он может либо продолжить полет в космосе, либо направиться обратно к Земле. Так летают межконтинентальные баллистические ракеты на своём активном участке.
Второй, более современный способ — это гиперзвуковые планирующие летательные аппараты (ГЗЛА). Их сначала «подвозят» до нужной высоты на самолете-носителе или ракете, а затем они отделяются и летят самостоятельно. У них нет традиционных двигателей в привычном понимании. Они используют так называемый прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) или его более скоростную версию — гиперзвуковой ПВРД (ГПВРД).
Принцип работы одновременно прост и сложен. На гиперзвуковых скоростях воздух, врывающийся в воздухозаборник, настолько сильно сжимается, что в нём самопроизвольно воспламеняется топливо. Получается, что двигатель создает тягу только за счёт кинетической энергии набегающего потока. Другой вариант, как я уже сказал, — когда аппарат просто планирует с огромной высоты, набирая гигантскую скорость за счёт гравитации и аэродинамического управления.
В верхних слоях атмосферы всё понятно — там очень разреженный воздух, но когда такая гиперзвуковая штуковина снижается и попадает в плотные слои атмосферы на скорости 10 Махов, воздух просто не успевает расступиться и сжимается, раскаляясь до 2000–3000 градусов Цельсия — это температура поверхности некоторых звезд. В результате тело нагревается и сгорает. Благодаря этому, до поверхности Земли не долетают или долетаю только жалкие осколки метеоритов.
Так вот чтобы гиперзвуковые аппараты не сгорели и не взорвались раньше времени, их делают из особых композитных материалов, керамики и сплавов, способных выдерживать такое пекло.
И тут у кого-то может возникнуть вопрос, а зачем нужны аппараты, летящие с такой скоростью? В гражданской сфере они просто невыгодны, потому что слишком дороги. Но вот в военной...
И на этом месте у вас ест два варината: либо додумывать самим, либо дочитывать статью в моём Телеграме (ссылка ведёт прямо на продолжение), потому что в Дзене такое писать нельзя (статью ограничивают). А ниже ещё несколько интересных статей по теме: