Impulsar el deslizamiento
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Fases de una reentrada con salto

Las trayectorias de impulso-planeo [1] [2] son una clase de trayectorias de reingreso y guía de naves espaciales que amplían el rango de aviones espaciales suborbitales y vehículos de reentrada mediante el empleo de sustentación aerodinámica en la atmósfera superior alta. En la mayoría de los ejemplos, el impulso-deslizamiento duplica aproximadamente el alcance sobre la trayectoria puramente balística. En otros, una serie de saltos permite ampliar aún más el alcance y conduce a los términos alternativos saltar-deslizar y saltar reingreso .

El concepto se estudió seriamente por primera vez como una forma de ampliar el alcance de los misiles balísticos , pero no se utilizó operativamente de esta forma cuando se introdujeron los misiles convencionales con alcance extendido. Los conceptos aerodinámicos subyacentes se han utilizado para producir vehículos de reentrada maniobrables , o MARV, para aumentar la precisión de algunos misiles como el Pershing II o para evitar la interceptación como en el caso del Avangard . Más recientemente, la extensión de alcance se ha utilizado como una forma de permitir vuelos a altitudes más bajas, lo que ayuda a evitar la detección de radar durante más tiempo en comparación con una trayectoria balística más alta.

El concepto también se ha utilizado para extender el tiempo de reentrada para los vehículos que regresan a la Tierra desde la Luna, que de otro modo tendrían que perder una gran cantidad de velocidad en poco tiempo y por lo tanto sufrirían tasas de calentamiento muy altas. El Módulo de Comando de Apolo utilizó lo que es esencialmente un reentrada de un salto (o salto parcial), al igual que el Zond soviético y el Chang'e 5-T1 chino . Se propone una reentrada de múltiples saltos más compleja para vehículos más nuevos como la nave espacial Orion .

Historia

Conceptos tempranos

Los oficiales de artillería alemanes notaron por primera vez la base conceptual del concepto de impulso-deslizamiento, que descubrieron que sus proyectiles de flecha Peenemünder Pfeilgeschosse viajaban mucho más lejos cuando se disparaban desde altitudes más altas. Esto no fue del todo inesperado debido a la geometría y el aire más delgado, pero cuando se tuvieron en cuenta estos factores, todavía no pudieron explicar los rangos mucho mayores que se ven. Las investigaciones en Peenemünde los llevaron a descubrir que las trayectorias más largas en el aire más delgado a gran altitud daban como resultado que el proyectil tuviera un ángulo de ataque que producía sustentación aerodinámica.a velocidades supersónicas. En ese momento, esto se consideró altamente indeseable porque hacía que la trayectoria fuera muy difícil de calcular, pero su posible aplicación para extender el rango no pasó desapercibida para los observadores. [3]

En junio de 1939, Kurt Patt de la oficina de diseño de Klaus Riedel en Peenemünde propuso alas para convertir la velocidad y altitud del cohete en sustentación y alcance aerodinámicos. [4] Calculó que esto duplicaría aproximadamente el alcance de los cohetes A-4 de 275 kilómetros (171 millas) a aproximadamente 550 kilómetros (340 millas). El desarrollo inicial se consideró bajo el nombre A-9, aunque durante los próximos años se llevaría a cabo poco trabajo aparte de los estudios del túnel de viento en la empresa Zeppelin-Staaken . La investigación de bajo nivel continuó hasta 1942 cuando fue cancelada. [5]

La primera propuesta conocida para el concepto de impulso-deslizamiento para un uso verdaderamente de largo alcance data del Silbervogel de 1941 , una propuesta de Eugen Sänger para un bombardero propulsado por cohetes capaz de atacar la ciudad de Nueva York desde bases en Alemania y luego volar para aterrizar en algún lugar del Océano Pacífico en poder del Imperio de Japón . La idea sería usar las alas del vehículo para generar sustentación y detenerse en una nueva trayectoria balística, saliendo de la atmósfera nuevamente y dando tiempo al vehículo para que se enfríe entre los volquetes. [6]Más tarde se demostró que la carga de calentamiento durante los saltos era mucho mayor de lo calculado inicialmente, y habría derretido la nave espacial. [7]

En 1943, se volvió a desempolvar la obra A-9, esta vez con el nombre A-4b . Se ha sugerido que esto se debía a que ahora se basaba en un A-4 sin modificaciones, [5] o porque el programa A-4 tenía "prioridad nacional" en ese momento, y se garantizaba la colocación del desarrollo bajo el nombre A-4. fondos. [8] El A-4b usó alas en flecha para extender el alcance del V2 lo suficiente como para permitir ataques a ciudades del Reino Unido en las Midlands o para llegar a Londres desde áreas más profundas dentro de Alemania. [3] El A-9 era originalmente similar, pero luego presentó largas alas ojivales en forma de delta.en lugar de los barridos más convencionales. Este diseño fue adaptado como un escenario superior tripulado para el misil intercontinental A-9 / A-10, que se deslizaría desde un punto sobre el Atlántico con el alcance suficiente para bombardear Nueva York antes de que el piloto saltara . [8] [a]

Desarrollo de posguerra

Hasta la fecha, el X-20 Dyna Soar es el proyecto que más se ha acercado a la construcción de un vehículo de propulsión-planeo con tripulación. Esta ilustración muestra el Dyna Soar durante el reingreso.

En la era inmediata de la posguerra, el ingeniero de cohetes soviético Aleksei Isaev encontró una copia de un informe actualizado de agosto de 1944 sobre el concepto Silbervogel . Hizo que se tradujera el documento al ruso, y finalmente llamó la atención de Joseph Stalin, quien estaba intensamente interesado en el concepto de un bombardero antípoda . En 1946, envió a su hijo Vasily Stalin y al científico Grigori Tokaty , que también había trabajado en cohetes alados antes de la guerra, a visitar a Sänger e Irene Bredt en París e intentar convencerlos de que se unieran a un nuevo esfuerzo en la Unión Soviética . Sänger y Bredt rechazaron la invitación. [10]

En noviembre de 1946, los soviéticos formaron la oficina de diseño NII-1 bajo la dirección de Mstislav Keldysh para desarrollar su propia versión sin Sänger y Bredt. [11] Su trabajo inicial los convenció de pasar de un concepto de salto-deslizamiento hipersónico propulsado por cohetes a un misil de crucero supersónico propulsado por ramjet , similar al Navaho que se estaba desarrollando en los Estados Unidos durante el mismo período. El desarrollo continuó durante un tiempo como el bombardero Keldysh , pero las mejoras en los misiles balísticos convencionales finalmente hicieron que el proyecto fuera innecesario. [10] [b]

En los Estados Unidos, muchos de los científicos alemanes que se trasladaron allí, principalmente Walter Dornberger y Krafft Ehricke de Bell Aircraft, defendieron el concepto de deslizamiento y salto . En 1952, Bell propuso un concepto de bombardero que era esencialmente una versión de lanzamiento vertical de Silbervogel conocida como Bomi. Esto llevó a una serie de conceptos de seguimiento durante la década de 1950, incluidos Robo, Hywards , Brass Bell y, en última instancia, el Boeing X-20 Dyna-Soar . [12] Los diseños anteriores eran generalmente bombarderos, mientras que los modelos posteriores tenían como objetivo el reconocimiento u otras funciones. Dornberger y Ehricke también colaboraron en una ciencia popular de 1955artículo que presenta la idea para el uso de aviones de pasajeros. [13] [14]

La introducción de misiles balísticos intercontinentales (ICBM) exitosos en el papel ofensivo terminó con cualquier interés en los conceptos de bombarderos de salto y planeo, al igual que el satélite de reconocimiento para los roles de avión espía. El caza espacial X-20 vio un interés continuo durante la década de 1960, pero finalmente fue víctima de recortes presupuestarios; después de otra revisión en marzo de 1963, Robert McNamara canceló el programa en diciembre, señalando que después de gastar 400 millones de dólares todavía no tenían ninguna misión que cumplir. [15]

Uso de misiles

Durante la década de 1960, el concepto skip-glide vio interés no como una forma de extender el alcance, que ya no era una preocupación con los misiles modernos, sino como la base para vehículos de reentrada maniobrables para misiles balísticos intercontinentales. El objetivo principal era que el RV cambiara su ruta durante la reentrada para que los misiles antibalísticos (ABM) no pudieran rastrear sus movimientos lo suficientemente rápido para una interceptación exitosa. El primer ejemplo conocido fueron las pruebas Alpha Draco de 1959, seguidas de la serie de pruebas del vehículo de reentrada Boost Glide (BGRV), ASSET [16] y PRIME . [17]

Esta investigación finalmente se utilizó en el vehículo de reentrada MARV de Pershing II . En este caso, no hay una fase de planeo extendida; la ojiva usa la sustentación solo por períodos cortos para ajustar su trayectoria. Esto se usa al final del proceso de reentrada, combinando datos de un sistema de navegación inercial Singer Kearfott con un radar activo Goodyear Aerospace . [18] Se han desarrollado conceptos similares para la mayoría de los misiles balísticos de teatro de naciones con armas nucleares .

La Unión Soviética también había invertido algún esfuerzo en el desarrollo de MARV para evitar los ABM estadounidenses, pero el cierre de las defensas estadounidenses en la década de 1970 significó que no había razón para continuar con este programa. Las cosas cambiaron en la década de 2000 con la introducción de la Defensa de mitad de curso basada en tierra de los EE. UU. , Lo que llevó a Rusia a reanimar este trabajo. Se informó en octubre de 2016 que el vehículo, denominado Objeto 4202 en la era soviética, había tenido una prueba exitosa. [19] El sistema se reveló públicamente el 1 de marzo de 2018 como el vehículo de planeo hipersónico (HGV) Avangard ( ruso : Авангард ; inglés: Vanguard), que entró oficialmente en servicio activo como carga útil de misiles balísticos intercontinentales el 27 de diciembre de 2019. [20] Vladimir Putin anunció que Avangard había entrado en producción en serie, afirmando que su maniobrabilidad lo hace invulnerable a todas las defensas antimisiles actuales. [21]

China también ha desarrollado una ojiva propulsora-deslizante, la DF-ZF (conocida por la inteligencia estadounidense como "WU-14"). [22] En contraste con los diseños MARV de Estados Unidos y Rusia, el objetivo principal del DF-ZF es usar impulso-deslizamiento para extender el alcance mientras se vuela a altitudes más bajas que las que se usarían para alcanzar el mismo objetivo usando una trayectoria puramente balística. Esto tiene la intención de mantenerlo fuera de la vista de los radares del Sistema de Combate Aegis de la Marina de los EE. UU . El mayor tiempo posible y, por lo tanto, disminuir el tiempo que el sistema tiene para responder a un ataque. DF-ZF se dio a conocer oficialmente el 1 de octubre de 2019. Esfuerzos similares de Rusia llevaron al Kholod y al GLL-8 Iglaproyectos de prueba hipersónicos y, más recientemente, el vehículo de deslizamiento hipersónico Yu-71 que puede ser transportado por RS-28 Sarmat . [23] [24]

Boost-glide se convirtió en el tema de cierto interés como una posible solución al requisito de Prompt Global Strike (PGS) de EE. UU. , Que busca un arma que pueda alcanzar un objetivo en cualquier lugar de la Tierra dentro de una hora de lanzamiento desde los Estados Unidos . PGS no define el modo de funcionamiento, y los estudios actuales incluyen avanzada Hypersonic Weapon impulso-glide ojiva , Falcon HTV-2 aviones hipersónicos , y los misiles lanzados desde submarinos. [25] Lockheed Martin está desarrollando este concepto como el hipersónico AGM-183A ARRW . [26]

Contramedidas

Las armas de propulsión y deslizamiento generalmente están diseñadas para evitar los sistemas de defensa antimisiles existentes, ya sea maniobrando continuamente o volando a altitudes más bajas para reducir el tiempo de advertencia. Esto generalmente hace que tales armas sean más fáciles de interceptar utilizando sistemas defensivos destinados a objetivos de "nivel bajo" de menor altitud. Volar a velocidades más bajas que las ojivas de misiles balísticos de corto alcance las hace más fáciles de atacar. [27] Aquellos que se acercan con perfiles de ataque terminal muy bajos incluso están sujetos a ataques por cañones de riel y cañones de hipervelocidad modernos . [28]

Sin embargo, fuentes rusas afirman que su Avangard HGV viaja a Mach 27 y "cambia constantemente su rumbo y altitud mientras vuela a través de la atmósfera, zigzagueando caóticamente en su camino hacia su objetivo, lo que hace imposible predecir la ubicación del arma", lo que hace que sea supuestamente "invulnerable a la interceptación". [29]

Uso del vehículo de reentrada

La técnica fue utilizada por la serie soviética Zond de naves espaciales circunlunares, que usaban un salto antes de aterrizar. En este caso, se requirió un salto real para permitir que la nave espacial alcanzara las áreas de aterrizaje de mayor latitud. Zond 6 , Zond 7 y Zond 8 lograron omitir entradas con éxito, aunque Zond 5 no lo hizo. [30] [31] El Chang'e 5-T1 , que voló con perfiles de misión similares a Zond, también utilizó esta técnica.

El Módulo de Comando Apollo utilizó un concepto similar a un salto para reducir las cargas de calentamiento en el vehículo al extender el tiempo de reingreso, pero la nave espacial no abandonó la atmósfera nuevamente y ha habido un debate considerable sobre si esto lo convierte en un verdadero perfil de salto. La NASA se refirió a ella simplemente como "entrada de elevación". Se consideró un verdadero perfil de salto múltiple como parte del concepto Apollo Skip Guidance, pero no se utilizó en ningún vuelo con tripulación. [32] El concepto sigue apareciendo en vehículos más modernos como la nave espacial Orion , utilizando computadoras a bordo. [33] [34] [35]

Mecánica de vuelo

Usando ecuaciones de movimiento simplificadas y asumiendo que durante el vuelo atmosférico tanto las fuerzas de arrastre como las de sustentación serán mucho mayores que la fuerza de gravedad que actúa sobre el vehículo, se pueden derivar las siguientes relaciones analíticas para un vuelo de reentrada y salto: [36]

Donde gamma es el ángulo de la trayectoria de vuelo con respecto a la horizontal local, el subíndice E indica las condiciones al comienzo de la entrada y el subíndice F indica las condiciones al final del vuelo de entrada.

La velocidad V antes y después de la entrada puede derivarse para relacionarse de la siguiente manera:

Donde L / D es igual a la relación elevación-arrastre del vehículo.

Existente o en desarrollo

  • Vehículo de deslizamiento hipersónico ruso Avangard desarrollado e implementado
  • Vehículo de deslizamiento hipersónico chino DF-ZF desarrollado e implementado
  • Vehículo de deslizamiento hipersónico HTV-2 de EE. UU. En desarrollo
  • Vehículo de deslizamiento hipersónico indio HGV-202F
  • Proyectil de deslizamiento de hipervelocidad del vehículo de deslizamiento hipersónico japonés (HVGP) [37]
  • Vehículo de deslizamiento hipersónico brasileño 14-X en desarrollo
  • Vehículo de deslizamiento hipersónico francés VMAX en desarrollo [38]

Ver también

  • Arma de ataque de alta velocidad (HSSW) (EE. UU.)
  • Rappt Global Strike (PGS) (EE. UU.)
  • Alpha Draco (Estados Unidos)
  • ArcLight (misil) (EE. UU.)
  • Proyecto DARPA Falcon (EE. UU.)
  • Boeing X-51 Waverider (Estados Unidos)
  • Norteamérica X-15 (EE. UU.)
  • Tupolev Tu-130 (Rusia)
  • BrahMos-II (India / Rusia)
  • Vehículo de demostración de tecnología hipersónica (India)
  • Vehículo de reentrada con varios objetivos independientes

Notas

  1. ↑ La cronología de Yengst de las armas de la serie A difiere considerablemente de la mayoría de los relatos. Por ejemplo, sugiere que el A-9 y el A-10 eran dos desarrollos completamente separados, a diferencia de las etapas superior e inferior de un solo diseño de misiles balísticos intercontinentales. También afirma que el A-4b fue el desarrollo SLBM, a diferencia del A-4 alado. [9]
  2. ↑ Navaho corrió la misma suerte en 1958, cuando fue cancelado a favor del misil Atlas .

Referencias

Citas

  1. ^ "De Sänger a Avangard - las armas hipersónicas alcanzan la mayoría de edad, De Sänger a Avangard - las armas hipersónicas alcanzan la mayoría de edad - Royal Aeronautical Society" .
  2. ^ http://www.thedrive.com/the-war-zone/11177/heres-how-hypersonic-weapons-could-completely-change-the-face-of-warfare
  3. ↑ a b Yengst , 2010 , p. 29.
  4. ^ Neufeld 1995 , p. 92.
  5. ↑ a b Neufeld , 1995 , p. 93.
  6. ^ Duffy, James (2004). Objetivo: Estados Unidos: el plan de Hitler para atacar a los Estados Unidos . Praeger. pag. 124 . ISBN 0-275-96684-4.
  7. ^ Reuter, Claus (2000). El V2 y el programa de cohetes alemán, ruso y estadounidense . Museo Alemán-Canadiense de Historia Aplicada. pag. 99. ISBN 9781894643054.
  8. ↑ a b Yengst , 2010 , págs. 30–31.
  9. ^ Yengst 2010 , p. 31.
  10. ↑ a b Westman, Juhani (2006). "Rebote global" . PP.HTV.fi . Archivado desde el original el 9 de octubre de 2007 . Consultado el 17 de enero de 2008 .
  11. ^ Wade, Mark. "Keldysh" . Enciclopedia Astronautica .
  12. ^ Godwin, Robert (2003). Dyna-Soar: Sistema de armas estratégicas hipersónicas . Libros Apogee. pag. 42. ISBN 1-896522-95-5.
  13. ^ "Rocket Liner bordearía el espacio para acelerar los viajes aéreos". Ciencia popular : 160-161. Febrero de 1955.
  14. ^ Dornberger, Walter (1956). El avión comercial propulsado por cohetes (informe técnico). Instituto de Tecnología de la Universidad de Minnesota.
  15. ^ Teitel, Amy Shira (12 de junio de 2015). "El avión espacial que no fue" . Ciencia popular .
  16. ^ Wade, Mark. "ACTIVO" . Enciclopedia Astronautica .
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  18. ^ Wade, Mark. "Pershing" . Enciclopedia Astronautica .
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  20. ^ "Первый ракетный полк" Авангарда "заступил на боевое дежурство" . TASS (en ruso). 27 de diciembre de 2019 . Consultado el 27 de diciembre de 2019 .
  21. ^ "Rusia comienza la producción en serie de un nuevo vehículo de deslizamiento de vanguardia" . TASS .
  22. ^ "Los chinos desarrollan" Arma de matar "para destruir los portaaviones estadounidenses" . Instituto Naval de Estados Unidos . 21 de marzo de 2009.
  23. ^ http://www.express.co.uk/news/world/680167/Russia-tests-Yu74-hypersonic-nuclear-glider-capable-carrying-24-atomic-warheads
  24. ^ Gertz, Bill (13 de enero de 2014). "Carrera armamentista hipersónica: China prueba misiles de alta velocidad para vencer las defensas estadounidenses" . La baliza libre de Washington .
  25. ^ Woolf, Amy (6 de febrero de 2015). Ataque global rápido convencional y misiles balísticos de largo alcance: antecedentes y problemas (PDF) (informe técnico). Servicio de Investigación del Congreso.
  26. ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 16 de diciembre de 2018 . Consultado el 16 de diciembre de 2018 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
  27. ^ "Presentación de la nave de defensa de misiles balísticos" . Semana de la aviación . 11 de abril de 2014 . Consultado el 29 de diciembre de 2019 . La desventaja es que cuando la ojiva [HGV] se acerca a su objetivo, tiene menos velocidad y altitud y, por lo tanto, es más fácil de interceptar por interceptores de bajo nivel, incluidos posibles cañones de riel.
  28. ^ Tadjdeh, Yasmin (26 de enero de 2018). "Oficina secreta del Pentágono comparte detalles sobre arma de defensa de misiles de hipervelocidad" . Defensa Nacional .
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  30. ^ http://www.astronautix.com/l/lunarl1.html
  31. ^ La carrera espacial soviética con Apolo, Asif Siddiqi, páginas 655 y 656
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  35. ↑ Rea, Jeremy R .; Putnam, Zachary R. (20 a 23 de agosto de 2007). Una comparación de dos algoritmos de guía de entrada por omisión de Orion . Conferencia y exhibición AIAA de Orientación, Navegación y Control. Hilton Head, Carolina del Sur. doi : 10.2514 / 6.2007-6424 .
  36. ↑ Mooij, E (2014). Notas de la conferencia sobre sistemas de reentrada . Delft TU.
  37. ^ https://news.yahoo.com/amphtml/japan-unveils-hypersonic-weapons-plans-160623712.html
  38. ^ http://www.opex360.com/2019/09/15/outre-planeur-vmax-la-france-cherche-a-developper-un-aeronef-combat-hypersonique/

Bibliografía

  • Neufeld, Michael (1995). El cohete y el Reich: Peenemünde y la llegada de la era de los misiles balísticos . Simon y Schuster. ISBN 9780029228951.
  • Yengst, William (abril de 2010). Rayos: Primeros vehículos de reentrada de maniobra . Tate Publishing. ISBN 9781615665471.
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