Підполковник Андреас Шмідт, ВПС Німеччини
Згідно з багатьма публікаціями у відкритих джерелах, знайденими в Інтернеті і підкресленими президентом Росії Владіміром Путіним 4 січня 2023 року, гіперзвукові можливості є силою, з якою слід рахуватись, або навіть "змінюють правила гри", коли йдеться про стабільність загальної ситуації з міжнародною безпекою. Хоча гіперзвук не є новим, а відповідні технології досліджувались ще з 1930-х років, пройшло майже століття від перших випробувань в аеродинамічній трубі німецького проекту "Зільберфогель" до створення гіперзвукової системи озброєнь на кшталт російського "Авангарду" (взятого на озброєння в грудні 2019 року). В НАТО гіперзвукові можливості вважаються новою і проривною технологією, що підкреслює еволюційний характер гіперзвуку. Це призвело до створення Об'єднаного центру військово-повітряних сил (JAPCC), першого і найбільшого центру передового досвіду НАТО, оскільки місія команди багатонаціональних експертів полягає в тому, щоб надавати ключовим особам, які приймають рішення, ефективні рішення щодо викликів, пов'язаних з повітряними і космічними силовими можливостями. JAPCC бачить себе каталізатором НАТО з удосконалення і трансформації спільних повітряно-космічних сил і засобів, пропонуючи практичні рішення на основі незалежного мислення і аналізу. Фахівці JAPCC очолюють і доповнюють дослідження НАТО і національні дослідні центри щодо гіперзвукових сил і засобів. JAPCC підтримує перехід від гіперзвуку як майже магічної "срібної кулі" до загрози, яку можна проаналізувати за допомогою підрахунку загрози/ризику. Це не означає, що гіперзвук не змінює правила гри, але це означає, що ми можемо почати грати в цю гру. Наступна дискусія висвітлює шлях до розуміння гіперзвуку і представляє можливий шлях вперед з оборонної і наступальної точок зору.
Що таке гіперзвукові загрози?
За своєю номенклатурою, кожна загроза, яка рухається швидше за гіперзвукову швидкість десь на своєму шляху, може розглядатися як гіперзвукова загроза, в тому числі більшість балістичних ракет на середній стадії польоту. Джон Д. Андерсон, нині куратор аеродинаміки в Національному музеї авіації і космонавтики, визначив п'ять характерних ознак гіперзвукового польоту: тонкі ударні шари, ентропійні шари, в'язко-нев'язкі взаємодії, високотемпературні ефекти і екстремальна теплопередача, а також течії низької густини. Якщо два або більше з цих критеріїв мають місце одночасно, ми вважаємо, що це гіперзвуковий політ, який, як правило, відбувається на швидкостях понад 5 Махів в атмосфері. Отже, 5 Махів не є довільним порогом між "надзвуковим" і "гіперзвуковим", а ґрунтується на фізичних явищах, які висувають до літаючого об'єкта вимоги, що достатньою мірою відрізняють його від повільніших загроз. У 2020 році Група спеціалістів 008 (ST008) Науково-технічної організації НАТО з прикладних транспортних технологій (AVT) визначила гіперзвуковий літальний апарат як такий, що "летить в атмосфері протягом більшої частини своєї не балістичної траєкторії, досягаючи швидкості, щонайменше в п'ять разів більшої за швидкість звуку". Тут гіперзвукові літальні апарати були поділені на добре відомі гіперзвуковий планер (HGV) і гіперзвукову крилату ракету (HCM). Крім того, третя група гібридних загроз, яку також називають аеробалістичними ракетами, була визначена як зброя, що представляє собою щось середнє між балістичною ракетою і HGV, з характеристиками обох. Незалежно від того, чи описуються гіперзвукові загрози з фізичної точки зору, чи з точки зору потенціалу, з військової точки зору, як правило, мають значення лише три аспекти:
- Наскільки живучим є бойова частина?
- Як швидко може бути досягнутий ефект?
- Який тип впливу може бути досягнутий?
Чим краще ми розуміємо гіперзвукові можливості, тим легше буде розробити реалістичні розрахунки ризиків. Вивчення гіперзвукових загроз за останні п'ять років показало один важливий факт: ми розвинули наше розуміння і визначили численні критерії, які все ще потребують великої уваги, тому цей шлях потрібно продовжувати. Насамкінець слід зазначити, що розмір наявних запасів гіперзвукових засобів також має важливе значення для того, як і коли може бути застосована гіперзвукова зброя, але в цій статті це питання не аналізуватиметься.
Які переваги від наявності гіперзвукової зброї?
В умовах значних бюджетних обмежень жодна країна не буде розробляти і закуповувати нові системи, якщо військова вигода не виправдовує загальних витрат. Отже, гіперзвукові ракети - це або заміна застарілого потенціалу, або спеціальна розробка для досягнення раніше недоступних можливостей. У перші роки розвитку ракетних технологій нові системи обіцяли вражати досі недосяжні цілі без особливого попередження і не наражаючи на небезпеку екіпажі, які в іншому випадку були б необхідні. Класичними прикладами є балістичні ракети (БР) і крилаті ракети (КР). Як випливає з назви, перші БР мали просту балістичну траєкторію польоту, де основними доступними змінними були час вигорання і кут запуску. Крім того, гіроскопічні системи наведення і керування забезпечували незначну корекцію траєкторії польоту. Наприклад, точність німецької V2 була дуже обмеженою з ймовірною круговою помилкою (визначеною як радіус, в який потрапляє 50 відсотків пострілів) 4,5 км, що не підходить для жодної іншої задачі, окрім як для терору. В середині 1980-х років балістична ракета середньої дальності "Першинг II" стала першою балістичною ракетою з маневреною головною частиною (MaRV). Тут не балістична траєкторія польоту після входу в атмосферу мала дві переваги. Вона давала внутрішнім датчикам наведення більше часу для захоплення цілі і підвищувала живучість проти систем захисту. Як наслідок, можна було підвищити точність і влучність (ймовірна кругова помилка Першинга II становила 30 м), досягаючи бажаного ефекту з меншим корисним навантаженням. Менша ймовірна кругова помилка також дозволила використовувати балістичні ракети як засіб стримування. Сучасні балістичні ракети з активними головками наведення обіцяють мати певні можливості з ураження рухомих цілей. За наявності достатньо актуальних розвідувальних даних балістичні ракети можуть бути використані навіть проти цілей, “чутливих до часу”. Першою крилатою ракетою була німецька V1, створена в 1939 році. Наприкінці Другої світової війни обидві німецькі системи (V1 і V2) мали порівнянну ймовірність кругової помилки, але V1 вважалася більш успішною зброєю. Швидкість доставки бойової частини була відносно неважливою для V1 з імпульсно-реактивним двигуном. Але навіть з набагато нижчим рівнем живучості, близько 80 відсотків проти 100 відсотків у V2, вона вважалася більш ефективною зброєю, виходячи з вартості і простоти виробництва. Сучасні крилаті ракети швидші і мають дуже малу ймовірність кругової помилки, що робить їх чудовим вибором для цілеспрямованого планування, стримування і ураження чутливих до часу цілей. Гіперзвукова зброя обіцяє поєднати переваги швидкого досягнення ефекту і високої живучості проти сучасних систем протиповітряної і протиракетної оборони. У минулому Путін оголосив про три "непереможні" системи озброєння, які підпадають під визначену нами категорію гіперзвукової зброї. Російські відеоролики демонстрували ці передові технології в анімаційних роликах і створили багато галасу. З того часу ми дізнались достатньо, щоб відокремити факти від вигадок, тому що навіть нові загрози повинні відповідати законам фізики.
Живучість, швидкість і дальність дії гіперзвукових загроз
Військові планувальники хочуть мати у своєму арсеналі засоби ураження, які мають підвищені шанси на виживання і досягнення ефекту. Це зменшує кількість систем, необхідних для досягнення бажаного ефекту, порівняно з більш вразливими застарілими системами. Для цього гіперзвукові ракети повинні мінімізувати час знаходження в зоні ураження ворожих оборонних систем, а потім мінімізувати ефективність оборонної систем. Дивлячись на всі наявні нині системи ПРО, гіперзвукові загрози намагаються досягти цього. Гіперзвуковий глайдер і гіперзвукова крилата ракета мають фазу глісади/крейсерського польоту на висотах між 20 км і 60 км, що ставить їх на верхні межі досяжності більшості існуючих систем ПРО. Це робить існуючі перехоплювачі чутливими до маневрів засобів нападу, особливо за наявності великої різниці швидкості між гіперзвуковим апаратом і перехоплювачем.
Гіперзвукові загрози не мають (поза фазою прискорення гіперзвукових ракет) перетину з зоною роботи позаатмосферних системам ПРО, що робить їх непридатними для збиття гіперзвукових засобів нападу. Проте, через невелику кількість дружніх гіперзвукових ракетних систем (або адекватних їх представництв), існуючі системи ПРО ще не пройшли випробування і перевірку можливостей. Станом на травень 2023 року українські сили повідомили, що перехопили кілька російських ракет "Кинджал" за допомогою американських систем ПРО Patriot. Це може бути першим свідченням таких можливостей проти реальної гіперзвукової загрози. Однак, "Кинжал" - це аеробалістична ракета з гіперзвуковими характеристиками, але не повністю справжня гіперзвукова система. Таким чином, оборонні можливості Patriot можуть бути подібними до вже відомої російської ракетної системи "Іскандер-М", яка має схожість з "Кинжалом". Подальший аналіз покаже наслідки цього перехоплення. Загалом, наразі більш імовірно, що гіперзвукові загрози можуть бути перехоплені на кінцевій стадії, коли системи ПРО мають наявні можливості проти балістичних ракет. Цікаво, що гіперзвукові ракети можуть мати два типи траєкторій польоту. Як випливає з назви, планерний апарат може або планувати у верхніх шарах атмосфери, або використовувати фугоїдальну траєкторію, рухаючись по хвилеподібній траєкторії. Останній варіант ускладнює розрахунок початку термінальної фази і підвищує ймовірність марних втрат перехоплювачів.
Маневреність є одним з чинників, що підвищує живучість для всіх трьох категорій гіперзвукової зброї. Проте кожен маневр має свою ціну в дальності, швидкості або висоті. Маневр зменшує загальну дальність і потенційно збільшує ризик перехоплення на решті траєкторії польоту. Наразі незрозуміло, чи можуть гіперзвукові загрози активно маневрувати, що вимагатиме наявності бортових датчиків і, можливо, зовнішніх засобів зв'язку. Заздалегідь сплановані маневри вимагають набагато менше енергії і, отже, мають менш згубний вплив на політ. Активні маневри потребують подальшого аналізу того, наскільки завчасно необхідно розпочинати маневр ухилення, щоб він був ефективним і, за можливості, не перешкоджав виконанню місії. Якість активних маневрів визначатиме і вимоги до спостереження в реальному часі. Що стосується часу досягнення цілі, то ми повинні визначити швидкість на всій траєкторії польоту. Швидший час досягнення цілі прискорює ланцюг ураження і робить деякі раніше недосяжні цілі життєздатними. Гіперзвукові планери мають пригнічену балістичну фазу прискорення і фазу планування (або фугоїдальну траєкторію) після входу в атмосферу, яка може сягати міжконтинентальних дальностей, залежно від прискорювача і здатності до планування, зі швидкістю до 20 Махів. Для забезпечення достатньої точності, апарат, ймовірно, сповільниться нижче 5 Махів на кінцевій фазі. Кінцева фаза і планера і крилатої ракети буде десь між поступовим зниженням, що дозволить краще захопити ціль, але збільшить час роботи для перехоплювачів, і відносно різким крутим зниженням, яке технічно набагато складніше, але яке дуже важко перехопити. Для гіперзвукової крилатої ракети ракета підіймається на висоту від 20 км до 40 км, коли двигун (наприклад, Ramjet, Scramjet або Sodramjet) працює на крейсерському режимі і починає кінцеву фазу. Під час фази активного руху швидкість залежить від фактичного двигуна. Двигуни Ramjet можуть розганяти ракету до швидкості, що не перевищує 6 Махів. Двигуни типу Scramjet були випробувані на швидкості до 10 Махів, але очікується, що вони зможуть розвивати швидкість до 15 Махів. Китай оголосив про успішне випробування двигуна Sodramjet зі швидкістю 16,9 Маха. Один з результатів дослідження AVT-359 показав, що гіперзвукові двигуни схильні до руйнування під час сильних маневрів. Отже, хоча ракета може маневрувати, вона повинна бути в межах можливостей двигуна. Це додає до проблеми, виявленої в ST008, що фізична структура гіперзвукових загроз може не дозволяти маневрувати далеко за межами 10 G, що призводить до радіусів розвороту 120 км при швидкості 10 Мах і 480 км при швидкості 20 Мах. Отже, можна не очікувати різких маневрів. На кінцевій стадії гіперзвукова крилата ракета, ймовірно, сповільняться до швидкостей нижче 5 Махів через опір, а також через те, що гіперзвукові двигуни, ймовірно, перестануть працювати в більш щільній атмосфері.
Гібридні загрози рухаються квазібалістичною (або аеробалістичною) траєкторією, подовженою за рахунок створеної підйомної сили. Їх максимальна швидкість визначається тим, скільки вони зможуть розвинути до вигорання ракетного двигуна. Це не нова концепція. Як писалося вище, Першинг II був першою ракетою що мала деякі властивості гіперзвукових загроз, але за останні три десятиліття в середовищі фахівців з ПРО це питання відійшло з фокусу уваги. Проте, можна знайти численні сучасні системи, що використовують БРДМ, в тому числі російський "Іскандер-М", іранський "Солеймані", північнокорейський KN-23, китайський Dong Feng 21/26 і американську гіперзвукову зброю великої дальності.
У цій групі виділяються російський "Кинжал" і китайський CM-401. Обидві системи є балістичними ракетами повітряного базування, де фактична точка запуску ракети є набагато гнучкішою, ніж у наземних систем. Крім того, балістичні ракети повітряного базування мають початкову висоту і швидкість, що позитивно впливає на дальність і загальну швидкість. Цікаво, що навіть після кількох років міжнародних досліджень, "Кинжал", маючи схожі розміри і характеристики з наземним "Іскандером-М" і запускаючись з МіГ-31, має дальність 2000 км, тоді як дальність "Іскандера" становить приблизно 500 км. Іноді в тих же статтях вказується, що "Кинжал" має дальність 3 000 км при запуску з бомбардувальника ТУ-22М3, який повільніший і має меншу максимальну висоту польоту, ніж МіГ-31. Логічним поясненням є те, що дальність польоту "Кинжала" включає робочу дальність пуску ракети-носія, що підтверджується розрахунками, зробленими в дослідженні AVT-359, згідно з якими збільшення дальності польоту варіанту "Іскандера" повітряного базування за ідеальних умов не перевищить 150 відсотків порівняно з варіантом наземного базування. До цього часу (на основі досліджень з відкритих джерел) аеробалістичні ракети були єдиними загрозами з гіперзвуковими властивостями, які спостерігалися в оперативному використанні, і їх загальна кількість, здається, постійно зростає (наприклад, російська "Кинжал", іранська "Солеймані", корейська KN23, американська LRHW і т.д.). Така перевага аеробалістичних ракет, ймовірно, базується на наявному розумінні балістичних ракет і наявності передових технологій в цій області у порівнянні з новими технологічними гіперзвуковими областями. Крім того, оскільки вони набагато дешевші у виробництві, ніж гіперзвуковий глайдер і крилаті ракети, аеробалістичні ракети можуть бути доступні в набагато більшій кількості та з набагато швидшими темпами виробництва. Таким чином, потенційна недостатня живучість порівняно з гіперзвуком може бути компенсована статистикою більшої кількості, подібно до аналогії з V1 і V2.
Досягнення ефекту
Для розуміння того, який уражаючий ефект може створювати швидка і надійна гіперзвукова зброя кінетична енергія, вже є досить важливим фактором, але для оперативних цілей ще важливіше знати, які саме ефекти можуть бути створені. Інакше ці нові дорогі інструменти не можна буде розумно використовувати для планування. Дослідження ST008 підрахувало, що ланери стратегічної дальності (наприклад, російський "Авангард") і гіперзвукові крилаті ракети (дальність дії 1000 км) можуть містити бойові частини вагою до 500 кілограмів. Ці боєголовки можуть бути як звичайними, так і ядерними. Звичайні боєголовки часто використовуються для чутливого до часу або точного ураження. Фугасна боєголовка вагою 500 кг має дуже обмежений поверхневий ефект (наземний вибух) з розмірами кратера менше 20 м в діаметрі і менше 5 м в глибину (не враховуючи пошкодження від осколків або ударної хвилі). Спочатку вважалося, що гіперзвукові апарати матимуть достатню кінетичну енергію при зіткненні, щоб знищити будь-яку ціль. На папері це виглядає правдоподібно, оскільки ракета вагою 2,5 тонни при зіткненні зі швидкістю 20 Махів може виділити таку ж кількість енергії, як і перша ядерна бомба, скинута
у 1945 році. Однак ракета сповільниться через опір в атмосфері. Моделювання для дослідження AVT-359 показало, що ракета може мати швидкість близько 7 Махів. Це все одно залишило б кінетичну енергію, порівнянну з приблизно 1,5 кт тротилу при зіткненні, але з дискусійною точністю. ST008 оцінило, що гіперзвукова зброя повинна сповільнюватись нижче 5 Махів для забезпечення достатньої точності, залишаючи еквівалент лише 800 кг тротилу, що менше, ніж бомба вагою 2 000 фунтів. Наскільки глибоко вона може проникати? Чи обмежуються такі бойові частини лише поверхневими ефектами? Згідно з наближенням Ньютона для глибини удару, максимальна глибина проникнення дорівнює довжині ударного елементу, помноженій на частку від ділення густини ударного елементу на густину матеріалу цілі. Навіть спеціально розроблені "бункерні бомби", такі як бомба Діснея часів Другої світової війни або більш сучасна GBU-28, мають глибину проникнення в залізобетон лише близько 5 м. Ці бомби, однак, мають допоміжні засоби проникнення високої щільності, які дозволяють це зробити. Корпус GBU-28 важить близько 1,8 т, що приблизно в чотири рази більше, ніж передбачуване корисне навантаження HGV/HCM в 500 кг. Отже, можна вважати, що можливості проникнення гіперзвукової бойової частини значно менші, ніж у спеціальних проти бункерних боєприпасів. Проте, деякі можливості проникнення будуть доступні і, можливо, посилені завдяки сучасним механізмам тандемного заряду, як у деяких крилатих ракет (наприклад, у американських "Томагавків" Block Vb). Дискусії з експертами в рамках дослідження AVT-359 показали, що зіткнення з гіперзвуковою швидкістю і підрив в певний момент часу є технічно дуже складним і може зіткнутися з обмеженнями. Аеробалістичні ракети не поступаються відомим системам балістичних ракет. Історично склалося так, що вони переважно використовуються для наземного ураження з відносно низькою проникаючою здатністю. Проте, ці знання допомагають планувати такі удари, оскільки вони добре вивчені з точки зору ураження і точності.
Стримування та захист
Для підтримки наступних аргументів необхідне спільне розуміння певних понять, таких як загроза, витрати, ризик і стримування. Загроза - це поєднання потенціалу і наміру його застосувати. Витрати - це негативний вплив таких сил і засобів на наші стратегічні цілі. Вона може мати багато вимірів, таких як грошові витрати, втрачені людські життя або навіть вплив на політичну/суспільну волю продовжувати конфронтацію. Ризик - це ймовірність того, що загроза призведе до таких втрат. Мета полягає в тому, щоб звести нанівець або принаймні мінімізувати загальний ризик для своєї країни або альянсу. Це може бути зроблено або шляхом стримування, або шляхом застосування військових інструментів. Стримування визначається як примушення конкурента утриматися від певної дії на основі прогнозованої вартості цієї дії за певних обставин. Стримування відбувається як у передконфліктний період, так і під час конфлікту; відновлення стримування має вирішальне значення для запобігання ескалації конфлікту. Основна мета стримування - запобігти конфлікту, вказавши на його безперспективність. Але стримування відіграє важливу роль і в тому випадку, якщо воно спочатку не спрацювало, підкреслюючи безперспективність продовження конфлікту. Стримування спирається на стратегічні повідомлення про загрози/прогнозовані результати і може допомогти завершити конфлікт на більш ранній стадії. Крім того, необхідно визначити терміни "перемога" і "поразка". Перемога відбувається тоді, коли одна сторона може підтримувати достатні стратегічні цілі для продовження конфлікту, а конкурент не може. Програш - це протилежна ситуація, коли одна сторона змушена припинити протистояння через катастрофічний вплив на її стратегічні цілі. Однак перехід між цими двома станами відбувається поступово, і абсолютизація малоймовірна. У нашому випадку першим кроком є заперечення самого факту володіння гіперзвуковими можливостями шляхом утримання конкурента від розробки чи закупівлі. Договори нерозповсюдження, такі як режим контролю над ракетними технологіями, вже існують для звичайних ракет та інших безпілотних систем (на які, втім начхати всім крім “деєскалаторів” прим. ред.). Має бути можливим поширити такі конструкції на гіперзвукові можливості. Однак навіть режим контролю над ракетними технологіями не є юридично зобов'язуючим договором, а лише неформальною політичною домовленістю між державами щодо обмеження такого розповсюдження. Ситуація ще більше ускладнюється тим, що багато сучасних військових технологій мають подвійне застосування в цивільній сфері. Таким чином, держави можуть бути менш схильні обмежувати свій вплив на світову економіку, особливо у випадку розвитку таких технологій, як гіперзвук, які мають вирішальне значення для збереження конкурентоспроможності будь-якого серйозного національного дослідницького середовища в промисловості або освіті. Припускаючи, що технічна доступність гіперзвукових засобів з часом навряд чи можна буде запобігти, необхідно реалізувати інші цілі стримування. Зосереджуючись на військових інструментах сили, ми повинні розрізняти засоби заперечення і покарання. Тут стримування шляхом заперечення або заперечує застосування цієї зброї до її запуску, або зводить нанівець усі її наслідки після за допомогою засобів активної чи пасивної оборони. Необхідно знайти оптимальне поєднання наступальних і оборонних засобів, щоб максимізувати ефективність стримування запереченням. Однак, оскільки повне заперечення є малоймовірним, ризик таких загроз, що залишився, має бути стриманий за допомогою покарання. Гіперзвукова зброя також може відігравати важливу роль у виконанні обох складових стримування (заперечення і покарання), що робить володіння нею бажаним. Для слабшої нації в невійськовому протистоянні гіперзвукова зброя може бути використана як засіб заперечення, щоб запобігти перемозі супротивника в певний часовий проміжок, або як інструмент для масового покарання в крайньому випадку. Сильніша країна в такому змаганні підтримує враження про швидку перемогу, що сприяє стримуванню. Під час конфлікту гіперзвукова зброя допомагає звести нанівець несприятливі можливості оборони і стримування, а отже, швидше завершити конфлікт. У протистоянні великих держав гіперзвукова зброя, швидше за все, діятиме в оперативному або тактичному плані як допоміжний засіб або мультиплікатор місії, виводячи з ладу ключові ворожі військові елементи. Хоча цього також можна досягти шляхом насичення менш потужними засобами, психологічний ефект "вундерваффе" (чудо-зброї) для стримування і дружніх запевнень слід сприймати серйозно. Тому бажання мати гіперзвукову зброю є у всіх конкурентів. Що можна зробити для захисту від гіперзвукової зброї? Ми повинні розглянути прогалини в циклі спостереження, орієнтування, прийняття рішень і дій, щоб дати можливість оборонній структурі перехоплювати гіперзвукові ракети. Тут ми зосереджуємось на спостереженні і діях, але значні зміни в процесі командування і управління між ними також потребують уваги.
