В 1950 году Главное авиационно-техническое управление ВМС США провело конкурс на проект самолета-истребителя, способного действовать с таких неприспособленных кораблей, как грузовые суда, танкеры, эскадренные миноносцы и крейсеры. В финал вышли две компании – Convair с XFY-1 Pogo и Lockheed с XFV-1 Salmon. Оба самолета были построены на базе турбовинтовых двигателей YT-40-A-14  фирмы Allison мощностью 5500 л. с. с двумя соосными трехлопастными винтами противоположного вращения. XFV-1 Salmon оборудовали временным  четырех опорным шасси, благодаря которому самолет мог взлетать и садиться горизонтально. Однако за 22 полета пилоту ни разу не удалось ни взлететь вертикально, ни тем более сесть. 

Convair XFY-1 Pogo

А вот XFY-1 Pogo 4 июня 1954 года это сумел – правда, он взлетал и садился, будучи подвешен на тросе к крану, который его страховал. 1 августа самолет уже вертикально двигался самостоятельно, но высота  полета составила всего 12 м. В ноябре XFY-1 Pogo совершил первый полет с переходом в горизонтальное положение и потом вертикально  приземлился.

Lockheed XFV-1 Salmon

А в апреле следующего года вертикально  взлетел и сел еще один американский самолет – Ryan X-13 Vertijet. Он напоминал толстенькую бочку с небольшими треугольными  крыльями, но оснащался уже турбореактивным двигателем Rolls-Royce с тягой 4540 кг  (вес самого самолета составлял 3630 кг). В вертикальном режиме самолет управлялся  отклонением вектора тяги основного двигателя специальными заслонками, им помогали сопла на концах крыльев, куда подавался сжатый воздух от компрессора двигателя.  Испытания продолжались до 1959 года, и X-13 показал полное превосходство над винтовыми конкурентами: он лучше управлялся, был проще и безопаснее. Однако не настолько проще, чтобы на нем могли летать рядовые пилоты, к тому же при вертикальном  взлете реактивная струя быстро выводила из строя даже бетонную взлетную площадку. В 1959  году проект также было решено закрыть.

Ryan X-13 Vertijet

Примерно в это же время аналогичные идеи собирались реализовать и в ФРГ, там за дело взялось довольно много компаний: Bolkow с проектом P-110.0, Focke-Wulf с Fw-860,  Messerschmitt с Me X1-21 и Heinkel с He-231. Каждый из них был оригинален и по-своему  интересен, но до летных испытаний не дошел никто – сказывалось отсутствие кадров:  многие специалисты после вoйны уехали работать за океан. 

В 1959 году в отдел перспективных проектов ОКБ-51 под руководством Павла Сухого  пришел выпускник Московского авиационного института Роллан Мартиросов. Три года  спустя он собрал вокруг себя инициативную группу из десяти таких же молодых инженеров, тоже выпускников МАИ, и приступил к разработке невиданного в СССР самолета –  вертикально взлетающего бомбардировщика. Проект получил поддержку Павла Сухого, и было создано общественное КБ: ребятам разрешалось трудиться над проектом в нерабочее время – по вечерам и в выходные. Новый самолет получил название «Шквал-1А», что подчеркивало его неофициальный статус: по традиции экспериментальные реактивные самолеты КБ Сухого имели индексы «С» для изделий со стреловидным крылом и «Т» – с треугольным. Сразу решили отказаться от использования вспомогательных двигателей  (это вело к неоправданному росту общей массы самолета) и взлетать вертикально. В качестве силовой установки планировались два турбореактивных двигателя КБ Туманского. Для самолета была выбрана необычная схема с Х-образным крылом и передним горизонтальным цельноповоротным оперением,  как на аэродинамической схеме «утка». На концах крыльев расположили сигарообразные топливные баки с посадочными амортизаторами. Для вертикальной стабилизации использовалась аналогичная Ryan X-13  схема отклонения вектора тяги основного  двигателя специальными струйными рулями с автоматической системой управления и газовые рули на концах крыльев. И если в немецком проекте 1958 года Focke-Wulf Fw-860 для удобства пилота при взлете/посадке предусматривалась поворотная кабина, которая всегда оставалась в горизонтальном положении, то команда Мартиросова решила ограничиться поворотным креслом пилота. Впервые в отечественном авиастроении было принято решение отказаться от традиционного штурвала, заменив его на ручки управления по бортам кабины. 

Шквал-1А

Работа велась серьезно, конструкторы даже сделали несколько масштабных моделей и продули их в аэродинамической трубе ЦАГИ. Однако открывать полноценный проект в своем КБ Павел Сухой не спешил. Помощь пришла откуда не ждали: КБ посетил первый секретарь ЦК ВЛКСМ, и, поскольку  все энтузиасты были комсомольцами, им выделили деньги на создание полномасштабного макета самолета. Упорство молодых  инженеров было невероятным, а проект  –  фантастическим, и ребятам помогали почти везде: в ЦАГИ, ЦИАМ, МАИ и смежных институтах. В августе 1963 года группа Роллана Мартиросова успешно защитила проект на научно-техническом совете Министерства  авиационной промышленности. Но так как за ними не стояло авторитетного КБ и Павел  Сухой разработку не поддержал, правительство ограничилось вручением грамот всем  участникам. 

Труд не пропал даром: несколько десятков изобретений, сделанных по ходу работы,  позже использовались при создании других самолетов и ракет. Многие члены команды  впоследствии стали ведущими специалистами в области авиастроения. Некоторые из них живы до сих пор, однако рассказывать о том невероятном, опередившем время  проекте «Популярной механике» отказались наотрез.

Как известно, талантливый художник, писатель или конструктор редко бывает полностью доволен своим творением. Несмотря на то, что И-15 был одним из лучших истребителей-бипланов своего времени, Николай Поликарпов постоянно изыскивал возможности для его улучшения. Так появился И-15бис, а 13 октября 1937 года руководству военно-воздушных сил  был отправлен проект ещё более совершенного истребителя – И-153, впоследствии получивший собственное имя «Чайка». Поликарпов улучшил аэродинамику за счет убирающихся шасси, усилил вооружение за счет двух сверхскорострельных пулеметов, летчика защитил бронеспинкой, а бензобак сделал протектируемым.

После всех согласований военные в целом одобрили все нововведения, и осенью 1938 года правительство СССР постановило организовать на московском заводе №1 единое конструкторское бюро. Последнему была поставлена задача: запустить в 1939 году И-153 «Чайка» в серийное производство. Стоит отметить, что первые опытные И-153, собранные по «обходным технологиям», были выпущены в августе-октябре 1938 года и налетали несколько сотен часов. По результатам этих полетов в конструкцию истребителя были внесены множество доработок, которые, тем не менее, до конца не устроили военных, и самолет совершенствовался от серии к серии. Однако самого главного Поликарпов добился – И-153 «Чайка» был лучше, чем И-15бис, не говоря уж про «обычный» И-15.

Именно это обстоятельство сыграло злую шутку с японскими летчиками, когда в начале июля 1939 года И-153 приняли участие в воздушных боях на Халхин-Голе. Впервые встретившись с этими истребителями 7 июля, японцы приняли их за привычные им И-15, которые они за серьезного противника не считали. За эту ошибку пришлось дорого заплатить – «Чайки» проявили все свои лучшие качества, включая прекрасную маневренность, гораздо большую, чем у И-15 скорость, и сбили четыре японских истребителя И-97.

По меркам конца тридцатых годов, И-153 выглядел откровенно устаревшим самолетом. И касалось это не только его внешнего вида «летающей этажерки», но и характеристик. Максимальная скорость не превышала 430 км/ч, тысячесильный мотор М-62 может и неплохо выглядел году в 1936, но не в 1941, не говоря уж про 1943-й. Истребитель был вооружен четырьмя пулеметами ШКАС «винтовочного» калибра 7,62 мм. Это означало, что некоторые современные бомбардировщики он не мог догнать, а если и догнал бы, то ему пришлось бы изрядно потрудиться, чтобы их сбить. При этом он не мог избежать боя с современными истребителями, которые превосходили его в максимальной скорости и «Чайка» попросту не могла от них сбежать. Единственным плюсом самолета была его хорошая маневренность, благодаря которой опытные пилоты могли сражаться и побеждать более скоростные и лучше вооруженные истребители. 

На начальном этапе Великой Отечественной неожиданно обнаружился ещё один плюс поликарповского истребителя – «Чайка» очень неплохо зарекомендовала себя в роли штурмовика. Когда немецкие части рвались к Киеву, Ленинграду и Москве, советское командование нередко бросало на штурм войск противника именно И-153. И в качестве легких штурмовиков они показали себя в некоторых эпизодах просто прекрасно: могли нести до 200 килограммов бомб, а также восемь реактивных снарядов РС-82. Отличная управляемость самолета и небольшая скорость позволяла ему более точно выходить на цель, а в случае появления истребителей противника «Чайка» могла за себя постоять. Во время боев на Кавказе в 1942 году И-153 также проявил себя очень хорошо в качестве штурмовика, прекрасно выполняя полеты в условиях горной местности и успешно поражая точечные цели, такие как: зенитные орудия, прожекторы, отдельные огневые точки, транспорт. 

Нашлась И-153 и совсем экзотическая работа: самолетом сопровождения ночных бомбардировщиков У-2. Эти тихоходные бипланы работали в темное время суток, изрядно досаждая немцам, которые начали применять против них ночные истребители. Советская сторона оперативно нашла ответ, отправляя работать У-2 под прикрытием И-153. В темноте оба биплана были плохо отличимы друг от друга и немецкие истребители не раз платили за свои ошибки: выйдя в атаку, как им казалось, на безобидную «швейную машинку» У-2, получали в ответ четыре пулеметные очереди от «Чайки». Так два самолета Поликарпова, созданные для разных целей, неожиданно дополнили друг друга.

Как истребитель И-153 устарел ещё до вoйны, а к её середине он стал окончательным анахронизмом. Скорость и вооружение «мессершмитов» и «фокке-вульфов» не оставляли «Чайкам» практически никаких шансов и, начиная с 1943 года, они все больше применялись для патрулирования и разведки, а в воздушных боях их не задействовали. Однако свой вклад в Победу они несомненно внесли, хоть и не стали такими культовыми самолетами как Ла-5, Як-3 или Ил-2.

За время производства с 1939 по 1941 год было выпущено 3437 экземпляров И-153, большая часть которых была потеряна в первые два года вoйны, а до Победы дожили лишь считанные десятки истребителей. В вoйне с Японией «Чайки» не участвовали и в том же 1945 году были сняты с вооружения. До наших дней в мире не сохранилось ни одного оригинального истребителя этого типа, если не считать нескольких созданных энтузиастами в нулевые годы «новодельных» самолетов. В их конструкции хоть и использован ряд деталей от И-153, но историческую ценность они имеют небольшую, так как являются обыкновенными «репликами», а не оригиналами.

Камень, брошенный рукой или посланный из рогатки, движется по баллистической траектории. Ее «рисуют» две силы: основную кривую формирует гравитационная сила, а подправляет ее сила аэродинамического сопротивления воздуха. Без воздуха траектория окажется симметричной перевернутой параболой.

Сопротивление воздуха постоянно снижает скорость, делая кривую несимметричной, с более крутой нисходящей частью. Так летит пуля: к верхней точке траектории она поднимается более полого, а после нее падает все отвеснее, что сокращает дальность полета. Подобно пуле летит и баллистическая ракета.

Однако действие воздуха может как уменьшить, так и, наоборот, значительно увеличить путь. Для этого ракета должна создать аэродинамическую подъемную силу. Каким образом? Ракета – оперенное заостренное сверхзвуковое «бревно». Ее хвостовые воздушные рули могут поворачиваться, становясь в потоке под углом атаки. Тогда сверхзвуковой поток сжимается на них, повышая давление и создавая управляющую силу, которая поворачивает корпус ракеты на угол атаки во встречном потоке.

Идеальным носителем для аэробаллистической ракеты оказался высотный перехватчик МиГ-31. Правда, под новое оружие его пришлось доработать.

Возникает газодинамическое сверхзвуковое сжатие на стороне ракеты, повернутой к потоку. Ее обтягивает зона повышенного давления, складывающегося в подъемную силу, – это поддерживает снаряд, замедляя снижение. Подъемную силу можно наклонить на любой угол, тогда она изогнет траекторию влево или вправо. Управляя величиной и направлением подъемной силы, выполняют маневры.

Можно использовать подъемную силу для максимального увеличения расстояния полета ракеты. В этом случае траектория растянется в направлении движения. Она останется баллистической, сохранив основную кривую с восходящим и нисходящим участками, но с большим вкладом аэродинамической подъемной силы.

Траекторию можно сделать и горизонтальной на заданной высоте – например, 10-12 км. Здесь подъемная сила в точности равна весу ракеты и не дает ей снижаться. Для этого необходим больший угол атаки, чем в полубаллистическом варианте, что вызовет увеличение аэродинамического сопротивления и уменьшение энергии движения ракеты. Полет пройдет в воздушных слоях средней плотности, не затрагивая разреженные высоты, – это снизит скорость ракеты и прилично уменьшит ее дальность, зато повысит точность попадания по сравнению с полубаллистическим вариантом.

Наконец, можно пустить ракету по маловысотному профилю полета, с огибанием выступов рельефа. Такой вариант потребует постоянного интенсивного маневрирования с набором высоты в «горках» для прохода возвышенностей. Полет будет коротким, втрое меньше полубаллистического, но зато скрытным и потому, возможно, более эффективным.

Подытожим: полет аэробаллистической ракеты сочетает в себе элементы баллистической траектории и аэродинамического маневрирования. Такие сочетания способны обеспечить высокую скорость снаряда, точность попадания и защиту от ПРО противника.

Внешне аэробаллистические ракеты похожи на реактивный боеприпас «Катюши» – длинный оперенный снаряд с пороховым двигателем и боевой частью. На этом, правда, сходство заканчивается. Ракета – сложное техническое устройство, с множеством систем и подсистем.

Сверхзвуковые скорости полета (М = 3 и выше), заходящие в гиперзвуковые значения (М > 5), нагревают сжимаемый поток до 1000 °С. Для защиты от нагрева корпус имеет толстый, не менее 2 см, слой теплозащитного покрытия, который заодно выполняет функцию радиопоглощения, снижая радиолокационную заметность ракеты. Аэродинамические рули делают из стали или титана, а их передние кромки – из жаропрочного сплава вольфрама и кобальта. Жаропрочными сделаны и газодинамические рули, вставленные в реактивную струю двигателя.

Твердотопливный двигатель иногда имеет две топливные секции, каждая со своей системой воспламенения, зажигаемые по очереди. Первая секция с обширной поверхностью горения действует мощно и недолго, с большой тягой и ускорением разгоняя ракету до рабочих скоростей. Вторая может запускаться после участка полета без тяги и выгорает медленнее, поддерживая крейсерскую скорость ракеты.

Cистема управления полетом содержит инерциальный навигационный блок, который знает пространственную скорость, ее величину и направление, а также текущие координаты ракеты.

Система управления сравнивает измеренные и программные данные для каждой секунды, определяя величину расхождений. И командует рулям, как довернуть ракету в потоке, как сместить ее в пространстве, чтобы привести положение к расчетному. Навигационная информация поступает и по другим каналам – от радиовысотомера, систем ГЛОНАСС и GPS, радиолокационной или оптической головки самонаведения.

Наконец, боевая часть с системой управления подрывом – компактное термоядерное устройство весом 200-400 кг. Экипаж самолета-носителя перед пуском может выбрать уровень мощности и задействовать только ядерную часть тактической мощностью 17-20 кт или термоядерную ступень заряда стратегической мощностью 150-300 кт. Система управления подрывом сопряжена с системой управления полетом и взорвет заряд в нужный момент близко к целевой точке в пространстве.

​

Преимущества аэробаллистической ракеты наиболее очевидны при большой стартовой скорости и высоте носителя, поэтому здесь нужен высотный и скоростной самолет. Лучший кандидат на сегодня – истребитель МиГ-31. Его максимальная высота полета составляет 20-21 км при скорости порядка 2500 км/ч, или 700 м/с (М = 2,35). Грузоподъемность МиГ-31 достигает нескольких тонн, что позволяет взять ракету на борт.

Ракеты, летящие по аэробаллистическим траекториям, запускают и с земли, – например, 9М723 тактического комплекса «Искандер». МиГ-31 поднять ее тоже способен: длина ракеты составляет 7,3 м, диаметр – 0,92 м, масса – 3,8 т.

При пуске с самоходной пусковой установки скорость ракеты в конце разгонного участка равна 2100 м/с, увеличиваясь в дальнейшем падении до 2600 м/с и снижаясь у цели до 700-800 м/с. В баллистическом варианте полета траектория может подниматься выше 100 км; в аэробаллистическом большая ее часть проходит на высоте около 50 км, при этом активно используется аэродинамика разреженной атмосферы.

"Кинжал": возможная схема

За счет подъемной силы аэробаллистическая ракета не только увеличивает свою дальность. Снаряд использует ее также для противоракетного маневрирования. Чем энергичнее маневрирование и выше его перегрузки, тем сложнее перехват, требующий от противоракеты в разы больших перегрузок. Для аэробаллистической ракеты рост создаваемых перегрузок означает увеличение аэродинамических потерь и снижение скорости, для поддержания которой нужна тяга двигателя либо расход высоты. Поэтому маневрирование строится как баланс между противоракетной эффективностью и потерей энергии движения.

Для создания авиационного ракетного комплекса пришлось адаптировать и самолет, и ракету. При переоборудовании для подвески столь тяжелой ракеты МиГ-31 лишился другого вооружения и получил новое обозначение – МиГ-31К. У ракеты же изменили хвостовой отсек, снабдив обтекателем и дополнительными стабилизаторами, доработали геометрию передней части корпуса. Авиационному варианту ракеты присвоили обозначение 9-С-7760 (согласно другим источникам – Х47М2). А авиационный ракетный комплекс в целом назвали «Кинжал».

Стратосферный пуск ракеты экономит две части энергии ее полета: снижает гравитационные потери, возникающие при подъеме на эту высоту, и аэродинамические потери на прохождение плотных слоев атмосферы. Эти две неизрасходованные части реализуются в прибавку скорости после выключения двигателя. Из-за большого веса ракеты ее запускают не с максимальной высоты полета истребителя, а ниже, примерно с 15 км. Откуда она, отделившись и отойдя вниз от самолета-носителя, начинает набор высоты и разгон в направлении цели.

Важна и добавка скорости самолета. Итоговая скорость ракеты после выключения двигателя оказывается намного выше, чем при пуске с земли; авиационный ракетный комплекс серьезно увеличивает возможности ракеты. «Кинжал» превращается в меч дальнобойностью в тысячи километров.

Преобладающую часть пути ракета проходит со скоростями М > 5, активно используя аэродинамическую подъемную силу для формирования траектории и маневрирования. Эти два момента позволяют называть ее гиперзвуковой, хотя гиперзвукового прямоточного двигателя у ракеты нет. Она разгоняется примерно до 3 км/с (порядка М = 10).

Точность ракеты при поражении точечных целей может достигать нескольких метров. Для этого применяют оптическую головку самонаведения и корреляционно-экстремальный метод. В ракету загружаются фотографии местности вокруг цели, сделанные со спутника или беспилотника. Головка самонаведения распознает местность, и ракета переходит в режим самонаведения. Система управления сравнивает эталонное изображение местности с наблюдаемым – степень совпадения этих двух изображений называется корреляцией.

По мере приближения к цели компьютер вычисляет, какие коррекции полета увеличат корреляцию до максимума, и система управления дает соответствующие команды рулям.

Переход на самонаведение ценен также работой по цели, сместившейся за время полета ракеты. Именно поэтому «Кинжал» способен атаковать не только стационарные цели, но и движущиеся, например идущие корабли. При оснащении термоядерной боевой частью ракета в состоянии уничтожить авианосец или линкор, не говоря уже о кораблях поменьше.