Hipersonično oružje danas razvijaju mnoge zemlje, no jedino ih Rusija i, smatra se, Kina, imaju u operativnoj upotrebi, a SAD planiraju da ih u naoružanje uvedu do kraja 2023. godine. Rusija je razvila tri sistema hipersoničnog oružja.
Hipersonične letjelice i oružje
Pojam "hipersonična brzina" je široko definisan kao svaka brzina iznad 5 Macha, što znači pet puta veća od brzine zvuka, koja iznosi 1 Mach. Sama jedinica Mach je omjer brzine nekog tijela i brzine zvuka u istom sredstvu, koja je dobila ime po austrijskom fizičaru Ernstu Machu. Termin "hipersonično" se odnosi na letjelice i na oružje.
"Hipersonične letjelice su letjelice koje su sposobne da se kreću kroz atmosferu brzinama većim od 5 Mach i pri tome zadrže mogućnost manevrisanja, dok se hipersoničnim oružjem smatraju oni sistemi naoružanja koji iskorištavaju hipersonične letjelice radi dostavljanja izvršnog elementa oružja poput konvencionalne ili nuklearne bojeve glave, odnosno kinetičkog penetratora na metu", objašnjava Sead Vrana, šef odsjeka za uklanjanje eksplozivnih sredstava pri Federalnoj upravi civilne zaštite, inače ekspert za eksplozivna sredstva.
Međutim, ovo nisu novi koncepti. SAD su svojim programom eksperimentalnog raketoplana X-15 još 1962. godine godine postavile svjetski rekord za atmosferske letjelice sa ljudskom posadom od 7273 kmh, dok je kasniji bespilotni NASA-in X-41A 2004. godine postavio rekord brzine za letjelica sa mlaznim motorom do 10240 kmh.
"No, treba naglasiti da su ove brzine postignute u veoma kratkom vremenskom intervalu, X-15 je imao goriva za manje od 100 sekundi leta, dok je X-41A imao goriva za svega 11 sekundi rada motora. Kada govorimo o oružju, balistički projektili, kao što je njemački V-2 iz perioda Drugog svjetskog rata ili savremeni ruski Iskander, lete niskim hipersoničnim brzinama, međutim ne mogu manevrisati, te se kreću po balističkoj putanji zbog čega nisu smatrani hipersoničnim oružjem u današnjem značenju pojma", naglašava Vrana zašto se svi projektili koji mogu putovati brzinama većim od zvuka ne nazivaju ujedino i hipersoničnim oružjem.
Također, krstareći projektili koji imaju mogućnost izvođenja manevara u letu, uglavnom se kreću nižim brzinama koje su u supersoničnom rasponu, poput indijskog Brahmosa, ili subsoničnom poput čuvenog Tomahawka, dok projektili poput nekih verzija ruskog kalibra u terminalnoj fazi leta prelaze iz subsoničnog u supersonični režim leta.
Hipersonično oružje oduzima protivniku vrijeme za reakciju
"Hipersonično oružje predstavlja korak naprijed u razvoju vojne tehnike jer je dizajnirano kao odgovor na standardne mjere odbrane. Veoma visoka brzina leta čini da je period od lansiranja, tj. detekcije do udara skraćen što protivniku oduzima vrijeme za reakciju, a mogućnost manevra, s jedne strane, omogućava projektilu izbjegavanje presretanja, a s druge dejstvovanje protiv pokretnih ciljeva poput brodova", ističe Mr. Vrana.
Prema konstrukciji postoje dvije vrste hipersoničnih letjelica, hipersonična planirajuća vozila- Hypersonic Gliding Vehicle (HGV) i Hipersonična leteća vozila- Hypersonic Flying Vehicles (HFV) odnosno, hipersonični krstareći projektili kada se ove letjelice primjene u sistemu naoružanja. Hipersonična planirajuća vozila nemaju vlastiti pogon već nakon odvajanja od rakete nosača doslovno jedre prema cilju.
Raketa nosač, koja je principijelno ista kao kod interkontinentalnog balističkog projektila (ICBM), podiže HGV u balističkoj putanji do zadate visine na kojoj se HGV odvaja i planira ka površini brzinom koja može doseći 20-27 Mach. Mogućnost manevrisanja koju HGV imaju u atmosferi im omogućava let mnogo nižom putanjom od interkontinentalnih projektila.
"Zbog profila putanje znatno ih je teže otkriti postojećim sistemima detekcije, samo otkrivanje se dešava znatno kasnije u odnosu na ICBM što drastično skraćuje vrijeme odluke i odgovora, te pruža visoku stopu preživljavanja dejstva standardnih defanzivnih oružja namijenjenih protivbalističkoj odbrani", objašnjava Vrana osobine ovog oružja.
Za razliku od HGV, hipersonični krstareći projektili imaju vlastiti pogon koji može biti klasični raketni motor ili SCRamjet motor (vrsta mlaznog motora u kojem se kompresije zraka i sagorjevanje smješe zraka i goriva odvija u nadzvučnoj struji). Ovi projektili su sporiji, lete brzinama između 8 i 12 Mach i mnogo nižim putanjama od HGV-a, vrlo često polubalističkim.
Zbog toga ih smatraju i manevrišućim balističkim projektilima prije nego krstarećim projektilima iako su već razvijene hipersonične letjelice koje imaju sve osobine krstarećih projektila.
Opasna osobina: jonizacija zračne struje koja projektil čini nevidljivim za radare
No postoji još jedna osobina hipersoničnog oružja pored profila putanja, koja praktično anulira sisteme radarske kontrole i ovo oružje čini veoma opasnim. Naime, postoji jedna "nuspojava", koja zapravo nije poželjna, ali praktički ove projektile čini nevidljivim.
"Pri letu hipersoničnim brzinama karakteristična je i pojava jonizacije zračne struje na napadnim ivicama i uz površinu letjelice, tj. stvaranje plazme, kako zovemo naelektrisani gas visoke temperature što je zapravo posebno agregatno stanjem, te je to još jedan od problema na koje konstruktori moraju da odgovore u smislu zaštite letjelice, njenih sistema i izvršnog elementa u slučaju hipersoničnog oružja. No, uočena je i osobina ionizirane zračne struje da upija radarske zrake, te je zbog toga ova u biti nuspojava dobrodošla u konstrukciji hipersoničnih krstarećih projektila jer ih čini nevidljivim za radare i praktično obezvrjeđuje sisteme detekcije dugog dometa", objašnjava Vrana.
Tehnički izazovi stvaranja hipersoničnog oružja
Zbog brzina kojima se kreću, hipersonične letjelice su izložene ogromnim mehaničkim, termičkim i termohemijskim naprezanjima. Hipersonična letjelica najprije mora da izdrži ogromna naprezanja izazvana ubrzanjem, te sva naprezanja do kojih dovodi let i manevrisanje u hipersoničnom režimu leta.
"Kada kažem 'hipersonična letjelica', tu podrazumijevam sve elemente i sisteme letjelice, propulziju, vođenje, upravljanje, akviziciju cilja kod hipersoničnog oružja", ističe Vrana.
Potrebno je objasniti i termičko opterećenje na površini letjelice koje je izazvano trenjem o atmosferu. Svojevremno je temperatura spoljne oplate aviona SR-71 Blackbird Američkog ratnog vazduhoplovstva, koji je letio operativnom brzinom 3.3 Mach (što je još uvijek značajno ispod hipersoničnog režima), po slijetanju iznosila 315 stepeni Celzija, zbog čega je iz perspektive materijala i metalurgije ovaj avion bio veoma kompleksna mašina.
Savremene hipersonične letjelice će trpiti mnogo veća termička opterećenja, poput onih kakve je trpio Space Shutle pri povratku iz orbite i ulasku u atmosferu.
"Sve ovo znači da iz perspektive otpornosti materijala spoljnje obloge hipersonična brzina predstavljaju ogroman izazov kako u mehaničkom tako i u termodinamičkom pogledu, pa možemo reći da konstrukcija ovih letjelica izlazi iz okvira metalurgije i prelazi u okvire kompozitnih i keramičkih materijala visoke otpornosti", govori Vrana i dodaje kako aerodinamička rješenja ovih letjelica moraju biti izvedena da optimalno distribuiraju sile nastale letom u hipersoničnom režimu, pogotovo kada lete u nižim slojevima atmosfere gdje je zrak gušći, a otpori mnogo veći.
Upravljanje pri hipersoničnim brzinama znatno složenije nego pri subsoničnim ili nižim i srednjim supersoničnim kakvim lete današnji borbeni avioni.
"Hipersonične letjelice su samo elementi hipersoničnih sistema naoružanja namijenjeni dostavljanju izvršnih elemenata na cilj. Najkraće rečeno, izvršni element je sama bojeva glava sa upaljačko-inicijalnim sklopom, mada pogotovo u slučajevima hipersoničnog oružja, izvršni element može biti i kinetički penetrator koji uništava metu sirovom energijom udara, poput savremenih potkalibarnih zrna za tenkovske i neke (protiv)avionske topove", nastavlja Vrana.
Sistemi HGV, odnosno hipersonične planirajuće letjelice namijenjene su prvenstveno isporučivanju strateškog nuklearnog udara, u čemu treba da zamijene interkontinentalne balističke projektile. Jedna raketa nosač u MIRV konfiguraciji (Multiple Independently Targetable Reentry Vehicle) tj. višestruka nezavisno usmjerena letjelica za povratak (u atmosferu) može, preko okeana, u zavisnosti od tipa nositi od 3 do 16 HGV letjelica od kojih sve mogu isporučiti bojeve glave snage od 1 megatone i više, odnosno neke mogu isporučiti bojeve glave, a neke, u zavisnosti od konfiguracije, biti mamci ili nosioci kontramjera za protivraketnu odbranu.
Hipersonični krstareći projektili mogu nositi nuklearnu ili konvencionalnu bojevu glavu mase 300-500 kg i isporučiti je na udaljenosti od 500 do 2000 km.
Kinžal: hipersonični balistički projektil koji se lansira iz zraka
Prvi zvanično uveden u operativnu upotrebu je Kh-42M2 Kinžal, koji je dobio naziv po jednoj vrsti bodeža rasprostranjenog na Kavkazu je hipersonični upravljivi balistički projektil koji se lansira iz zraka. Ovaj projektil je modifikacija balističkog projektila kratkog dometa 9K720 Iskander, čija je upotreba zabilježena u Nagorno Karabahu 2020. godine i u Ukrajini ove godine, a lansira se sa aviona MiG-31K nakon čega ga raketni motor na čvrsto gorivo ubrzava do 10 do 12 Mach.
Može biti kompletiran nuklearnom ili konvencionalnom bojevom glavom mase do 500 kg, a namijenjen je prvenstveno napadu na brodove na udaljenostima do 2000+ km. Velika brzina koja mu daje mogućnost da izbjegne AEGIS sistem brodske protuzračne odbrane ali i rakete zemlja-zrak sistema MIM-104 Patriot i THAAD, te može biti korišten i za napad na kopnene ciljeve poput radarskih i osmatračkih stanica, jedinica protivazdušne odbrane i sl. Ovo oružje se nalazi u operativnoj upotrebi, a 2021. godine je MiG-31K stacioniran u bazi Khmeimim lansirao ovaj projektil protiv mete u Siriji.
Drugi sistem namijenjen borbi protiv brodova je 3M22 Zircon (Cirkon), hipersonični krstareći projektil brzine 8-9 Mach namijenjen lansiranju sa brodova ili podmornica. Ovaj projektil može nositi konvencionalnu bojevu glavu mase do 300 kg ili taktičku nuklearnu bojevu glavu snage 200 kT na udaljenost do 1000 km protiv brodova i kopnenih ciljeva. U prvoj fazi leta pogoni ga raketa na čvrsto gorivo do supersonične brzine kada se pali SCRAMJET motor i ubrzava projektil do brzine od 9 Mach. Tokom 2020. godine ovaj sistem je izveo nekoliko uspješnih testova, ali se još nalazi u eksperimentalnoj fazi i nije uveden u operativnu upotrebu.
Yu-71/Yu-74 Avangard je hipersonična planirajuća letjelica HGV namijenjena isporučivanju nuklearnih bombi snage 2 MT. Avangard ne posjeduje vlastiti pogon, već se lansira na standardnoj raketi nosaču interkontitnentalnih balističkih projektila poput Topol-M ili 8K67 u MIRV konfiguraciji. Ovo oružje se od decembra 2019. godne nalazi na operativnom dežurstvu u Ruskim strateškim snagama.
Od 2019. godine i Kina je u operativnu upotrebu uvela HGV oružje oznake DF-ZF. Ovo oružje je namijenjeno isporučivanju nuklearnih bojevih glava ali i "hirurški preciznim udarima" protiv borbenih grupa nosača aviona.
"SAD su ponešto u zaostatku, ali također razvijaju hipersonično oružje. Tokom 2021. godine započela je isporuka, a za 2023. godinu je planirano uvođenje u operativnu upotrebu prvih baterija LRHW- Long Range Hypersonic Weapon sistema. Radi se o hipersoničnim krstarećim projektilima maksimalne brzine do 17 Mach namijenjenih isporučivanju nuklearnih ili konvencionalnih bojevih glava na daljine do 2775 km", dodaje Vrana.
Međutim, razvoj i posjedovanje hipersoničnog oružja je skupa igra i trenutno čak ni zemlje koje ga posjeduju ne mogu priuštiti sebi veliki broj projektila ovakvog tipa.
Iako je trka u hipersoničnom naoružanju u zamahu posljednjih petnaestak godina također se razvila i trka u sistemima odbrane od ovog naoružanja koja podrazumijeva razvoj sistema detekcije, praćenja, nišanjenja te oružja dovoljno pouzdanog da izvrši presretanje i uništavanje. Čak se spekuliše i o energetskom oružju i usmjerenom zračenju poput lasera koji bi bili korak u odbrani od hipersoničnih sistema naoružanja.