Avagy rájöttem, hogy nem kell félni a hiperszonikus fegyverektől

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

Október 7-én Vlagyimir Putyin, Oroszország elnöke bejelentette, hogy az orosz hadsereg sikeres tesztet hajtott végre a Zircon távirányítású robotrepülőgéppel. Az 1000 kilométer hatótávolságú Zircon elvileg a hangsebesség kilencszeresével repülhet, de ezzel is csak sereghajtó lehet az orosz hiperszonikus arzenálban.

Az Avangard, a 2018 karácsonyán tesztelt, ballisztikus rakétával pályára állítható hiperszonikus siklórepülő (hypersonic glide vehicle, HGV) 6000 kilométert repült Szibéria fölött, mielőtt a Kamcsatkai-félszigetbe csapódott. Az Avangard csúcssebessége – állítják az oroszok – Mach 27 volt, azaz a hangsebesség huszonhétszerese. És – hogy ne legyenek illúzióink – az orosz védelmi minisztérium tavaly decemberben közölte, hogy a világon elsőként atomtöltetekkel felszerelt HGV-k hadrendbe állítását tervezik.

Putyin nem titkolja, hogy a hiperszonikus eszközök rendszeresítésével a hidegháború óta fennálló kölcsönös elrettentés megtörése a célja. A Mutually Assured Destruction (kölcsönösen biztosított megsemmisítés) rövidítéséből MAD-doktrínaként is ismert patthelyzet abból fakadt, hogy a szemben álló szuperhatalmak akkora nukleáris arzenált halmoztak föl, hogy egy atomháború kitörése a harcoló felek teljes megsemmisülésével járt volna, ezért mindkét fél ódzkodott a kezdeményezéstől.

A hiperszonikus fegyverek bevezetése viszont felborítaná a status quót. A gyorsaságuk miatt a mai rakétavédelmi rendszerek nem tudnák elhárítani őket, és a döntéshozóknak is kevesebb idejük lenne érdemben felkészülni és reagálni a támadásra.

Mindeközben Kína is bemutatta a saját hiperszonikus eszközeit. A sokáig a szovjet rakétatechnológiára támaszkodó kínai állam egyre többet költ hadiipari fejlesztésekre, és mint minden autoriter szuperhatalom, előszeretettel mutogatja őket a díszszemléken.

A DF-17 hiperszonikus csapásmérő rendszer egy kínai katonai parádénFotó: AFP

A tavaly októberi katonai parádén megvillantott, DF-17 ballisztikus rakétáról indítható, háromszög alakú DF-Z hiperszonikus siklórepülő elvileg a hangsebesség öt-tízszeresével repülhet. Egy másik kínai hiperszonikus eszköz, a 2018 augusztusában tesztelt Xing-Kong 2 (Csillagos Égbolt 2) kódnevű jármű nukleáris robbanófejet szállíthat a hangsebesség hatszorosával. Erre a DF-Z-t szállító ballisztikus rakéták is képesek, de a DF-Z alacsonyabb röppályán haladhat, így a radarok is nehezen észlelhetnék őket. A szakértők szerint a DF-17 közepes hatótávolságú rakéta, de hiperszonikus torlósugár-hajtóművekkel (scramjet) akár interkontinentális távolságokba is eljuthat.

Amerika? Visszainteget

A kínai és az orosz fegyverkezés által jelentett kockázatot a Pentagon sem veszi félvállról, de a reakciójukból két dologra lehet következtetni. Az egyik, hogy a világ legnagyobb nukleáris arzenálján ülő Egyesült Államok letolt gatyával és tátott szájjal bámulja, ahogy elhúz mellette a nemzetközi konkurencia. A másik, hogy az USA nem tartja komoly fenyegetésnek azt a lehetőséget, hogy a geopolitikai riválisai felborítják a sakktáblát, és hiperszonikus atomfegyverekkel indítanák el a harmadik világháborút.

Persze, ők is tesztelik a saját arzenáljukat, és erről rendszeresen be is számolnak; idén márciusban tesztelték a hadsereg és a haditengerészet közös fejlesztését, az általános célú hiperszonikus siklórepülőt (Common Hypersonic Glide Body, C-HGB).

Augusztus 20-án az amerikai légierő és a Lockheed Martin bejelentették, hogy elvégezték az AGM-183A levegőből indítható gyors reagálású fegyver (Air-Launched Rapid Response Weapon, ARRW) második sikeres tesztjét. Az AGM-183A-t egy B-52 Stratofortress bombázóról indították; a teszt célja az volt, hogy repülési, digitális, mechanikai és hőkezelési adatokat gyűjtsenek a jármű viselkedéséről. A légierő másik fejlesztése, a Hypersonic Attack Cruiste Missile ma a szervezet legfontosabb projektjének számít, de az ezzel kapcsolatos információkat hét lakat alatt őrzik.

Tény, hogy Washington nem a hiperszonikus arzenál bővítését tartja a legfontosabbnak. Noha 2017-ben a védelmi célú kutatás-fejlesztési projektek közül még a hiperszonikus eszközök tervezésére és gyártására fordították a legtöbb erőforrást, idén júniusban már csak bronzérmes lehetett a mikroelektronika és az 5G mögött. Az ezzel foglalkozó divíziók még így is tisztességes büdzséből, 3,5 milliárd dollárból gazdálkodhatnak, de a Pentagon nem villámgyors nukleáris fegyvereket, hanem precíziós csapásmérésre alkalmas hiperszonikus eszközöket akar hadrendbe állítani.

Az is tény, hogy az autoriter nagyhatalmak, mint Kína és Oroszország számára a hiperszonikus fegyverkezés nemcsak a hadiipar bővítéséről, hanem a presztízsről is szól. A sikeres teszteknek és az innovatív kutatási eredményeknek jó visszhangja van a nyilvánosságban; lám, mi is képesek vagyunk power projectionre, nem csak Amerika, a világ csendőre. De azt az amerikaiak is tudják, hogy bár a hiperszonikus fegyverek óriási kockázatot jelentenek, sem az eszközök műszaki fejlettsége, sem az üzemeltetők szándékai nem indokolják a hidegháborús paranoia újraélését.

Hőmérséklet, sebesség, precizitás

A hiperszonikus fegyverek a ballisztikus rakéták sebességét és a távvezérlésű robotrepülőgépek (civil nyelven: cirkálórakéták) manőverezhetőségét kombinálják. Ezek az eszközök a hangsebesség ötszörösével (Mach 5) repülhetnek, így a hagyományos rakétaelhárító rendszerek tehetetlenek velük szemben. A legnagyobb kockázatot nem is a sebesség, hanem a manőverezhetőség jelenti: mivel az ilyen eszközök nagy sebességgel változtathatnak a repülési irányukon, egyszerre használhatók támadásra és védelemre is.

A hiperszonikus járművek nukleáris robbanófejeket is szállíthatnak, így az őket birtokló nagyhatalmak perceken belül nukleáris csapást mérhetnek a világ tetszőleges pontjára. Egy tengeralattjáróról indítható ballisztikus rakéta utolsó fokozataként feljuttathatók a légkör felső részébe, ahol a speciális hajtóművek aktiválása után elmanőverezhetnek a célpontig, de a cirkálórakétákhoz hasonlóan indíthatják őket bombázókról is.

Mindez aggasztó, de nem jelent közvetlen veszélyt. Oroszország és Kína látszólagos előnye abból fakad, hogy ők látványosabban kommunikálják a hiperszonikus arzenál bővítését, de az Egyesült Államok is évtizedek óta tanulmányozza ezeket az eszközöket. Az első, a hangsebesség ötszörösét elérő repülő rakéta, a Project Bumper 1949-ben 6,7 Mach-val repült az új-mexikói sivatagban végzett teszt során. Az amerikai mérnökök már ekkor látták, hogy milyen nehézségek rejlenek a hiperszonikus projektekben.

  • Kezelni kell a hőhatást. Minél nagyobb sebességgel halad egy eszköz, annál nagyobb lesz a légköri súrlódás hatására fellépő hő. Amikor például egy amerikai űrsikló 25 Mach sebességgel belép a légkör felső részébe, a géptest élei a súrlódás hatására 1400 Celsius-fokosra forrósodnak föl. A tervezőmérnökök ezt úgy kompenzálták, hogy szénalapú kompozitokból álló hőpajzsokkal vonták be a legkényesebb részeket. A modern hiperszonikus gépek sárkányszerkezetének tervezésekor keskenyebb élekkel dolgoznak, mivel így a géptest akár 2000 Celsius-fokos súrlódási hőnek is ellenállhat.
  • Meg kell küzdeni a turbulenciával. A hiperszonikus sebességgel haladó járművek külső burkolata körül a sima légáramlás hirtelen kiszámíthatatlan örvénylésbe kezd, ami olyan hőmérsékleti csúcsokat okozhat a burkolaton, amit az már nem tud elviselni. A hőtűrés fokozása rengeteg munkát ad az anyagkutatásnak. Ma főleg rugalmas szuperötvözetekkel és ultramagas hőmérsékletet elviselő kerámiákkal javítják a hiperszonikus járművek hőszigetelését, de kísérleteznek újszerű hűtőfolyadékokkal is. Az Egyesült Államok haditengerészete például egy nátriumalapú folyékony rendszert fejleszt tett, ami folyamatos párologtatással és kondenzációval vezeti el a hőt a repülőgépek pereméről.
  • Megbízható hajtóművekre is szükség van. A torlósugár-hajtóművek (ramjet) általában cseppfolyósított hidrogénből és oxigénből álló üzemanyagot használnak. A hiperszonikus repülőgépek hasonló elven működő hajtóművének (scramjet) üzemanyagtartályába csak hidrogén kerül: az oxigént a hajtómű repülés közben vonja ki a levegőből. Az első scramjet-hajtóművel felszerelt járművet 2004-ben mutatták be: a NASA 230 millió dollárt költött az X-43a fejlesztésére. A járművet gyakorlatilag a beáramló levegő gyorsítja – pontosabban a sebesség hatására cseppfolyóssá váló, a hidrogénnel keveredő oxigén. Ha azonban túl gyorsan halad, a levegő csak ezredmásodpercekre tud megmaradni a hajtóműben, így az üzemanyag nem tud rendesen elkeveredni. A hajtómű egyenetlen égése viszont teljesítményingadozáshoz vezet.
A NASA X-43a kísérleti repülőgépe egy scramjet-hajtóművel elsőként érte el a hiperszonikus sebességet egy 2004-ben végrehajtott tesztenFotó: NASA

A különböző járműtípusoknak megvannak az előnyei és hátrányai is. Az imént bemutatott scramjet-hajtóművek hátránya, hogy rosszabb a manőverezhetőségük, mint a HGV-ké, és a hajtómű beindításához szuperszonikus sebességre kell gyorsítani őket egy szállító járművel, majd a 100 ezer láb repülési magasságot elérve aktiválják a scramjetet.

Az új generációs hajtóművek egyik fejlődési iránya lehet a ramjet és a scramjet kombinálása: a ramjet adná a jármű szuperszonikus alapsebességét, és a scramjet gyorsítaná hiperszonikus utazósebességre. A HGV-k működési elve viszont az anyagkutatókat izzasztja meg, mert a siklórepülő felgyorsításához hordozórakétára van szükség, a HGV-nél gyorsabban haladó rakétákhoz viszont kifinomult hőpajzsok és hőelvezető berendezések kellenek.

A hiperszonikus járművek fejlesztésében gyakorlatilag ez a két fő irányvonal: a légbeömlős modellek, illetve a rakétával felgyorsított modellek. Jeffrey Lewis fegyverkezési szakértő a Scientific Americannek adott interjúban arról beszélt, hogy mindkét technológiának elkötelezett evangélistái vannak, de alighanem mindkettőre szükség van. Ugyanakkor megjegyezte, hogy – a közhiedelemmel ellentétben – a HGV-k nem feltétlenül gyorsabbak az interkontinentális ballisztikus rakétáknál (ICBM): a HGV-k ugyanis a csúcssebességük elérése után kissé lelassítanak, így a rakétavédelmi rendszerek könnyebben befoghatják őket, mint az ICBM-eket.

A fejlesztés alatt álló orosz, amerikai és kínai hiperszonikus járművek sebessége és hatótávolsága.Illusztráció: Qubit.hu

Védekezni? Mivel?

Kérdéses, hogy mennyire megbízható a hiperszonikus járművek irányítása. A hidegháborúban ez másként működött. Egy Moszkvára irányított ICBM-et nem kellett manőverezni: ha beütött volna a DEFCON 1, az amerikaiak ballisztikus ívben pályára állítják a rakétát, ami többé-kevésbé a megadott helyen becsapódik. 

Egy hajók kilövésére tervezett hiperszonikus járművet azonban manőverezni kell. Moszkva mindig fixen ugyanott lesz, de a hajók mozgékonyabbak. A több ezer kilométeres távolságú csapásméréshez viszont nem elég egy földi indítóállomás: ehhez a GPS koordináták folyamatos frissítésére, a becsapódás előtti finom koordinációhoz pedig automata célkövető rendszerre van szükség.

Egy, a kínai hadiipari viszonyokat jól ismerő szakértő szerint a kínai CJ/DF-100 rakéták célkereső rendszeréhez terepfelismerő szenzorok, valamint helyi navigációs és műholdas célrásegítési eszközök is tartoznak. A szakértő úgy véli, hogy a CJ/DF-100 testén látható egységek valójában integrált zavaróeszközök, amik megtéveszthetik az ellenséges szenzorokat. Az eszköz felépítésén az látszik, hogy az ellentámadásokra is felkészítették. Láthatóan átgondolt konstrukcióról van szó: egyszerre zavarhatja össze az ellenfél észlelési képességeit és kerülheti meg a rakétavédelmi rendszerüket.

Kézenfekvő megoldásnak tűnhet lézerrel védekezni a rakéták ellen. Az amerikai hadiipar egyik rendszeres beszállítója, a Raytheon tavaly májusban mutatta be a hiperszonikus rakéták és járművek elhárítására tervezett harcászati lézerét. Amihez a légvédelmi rakéták nem elég gyorsak, azt majd megoldja a fénysebesség.

A hidegháborúban is előfordult, hogy olyan hadiipari eszköz ellen terveztek fegyereket, amik végül soha nem készültek el. A fenti videó láttán is ez juthat az eszünkbe: egy nem rendszeresített fegyvertípus ellen védekeznek egy nem létező eszközzel. Bár az amerikai haditengerészet már több kísérletet folytatott hadihajókra telepíthető lézerágyúkkal, a Defence blog szerint ma még nem léteznek olyan energiájú lézerek, amikkel ki lehetne lőni egy hiperszonikus rakétát; ahhoz jóval több energiára van szükség, mint amennyit a ma használt rendszerek kipréselhetnek magukból.

A lézer alapvetően a rivális hatalmak elkedvetlenítését célozhatja; ugyan miért költenének dollármilliárdokat hiperszonikus fegyverekre, ha a telepített lézeres védelem könnyűszerrel szétkapná őket? A Raytheon nem is titkolja, hogy ez a céljuk: Evan Hunt, a cég képviselője szerint nincs értelme támadást indítani, ha a támadás kimenetele eleve reménytelennek látszik.

Védekezni? Mikor?

A hiperszonikus eszközök ellen azért is nehéz védekezni, mert a rakétavédelmi rendszerek jóval később észlelhetik őket, mint a ballisztikus rakétákat. A rakétavédelmi rendszer alapjait a hidegháború idején fektették le; akkoriban egy ICBM nagyjából 30 perc alatt ért volna el az Egyesült Államokból a Szovjetunióba (vagy fordítva). Dr. Strangelove-nak és az ország vezetőinek ennél is kevesebb idejük lett volna rá, hogy megtervezzék a védekezést és megindítsák az ellencsapást.

Bár James Acton, aki a nukleáris fegyverek szakértője szerint a ma rendszerben álló THAAD (Terminal High-Altitude Area Defense) területvédelmi rakéta-elhárító rendszerek elég gyorsan reagálhatnak ahhoz, hogy kilőhessék a hiperszonikus járműveket, a THAAD-ok (az izraeli Vaskupolához hasonlóan) csak nagyon kis területet védhetnek meg. Még az Egyesült Államok is csődbe menne, ha ezekből állítaná össze az egész országot lefedő rakétavédelmi rendszert.

A nukleáris robbanófejjel felszerelt hiperszonikus járműveket csak néhány perccel a becsapódás előtt észlelhetjük; hogy lenne időnk a felelős döntéshozatalra, a védelmi stratégia kialakítására? Az alacsony pályán repülő hiperszonikus járműveket a ma rendszerben álló műholdak nehezen vagy sehogy sem észlelhetik; mit érünk azzal, ha becsapódás előtt öt perccel küld riasztást a radarállomás?

A ballisztikus rakéták és a hiperszonikus járművek röppályájának összehasonlítása. Mint látható, a hiperszonikus gépek riasztási ablaka jóval kisebb, így nehezebb reagálni a támadásra.Grafika: Az Egyesült Államok kongresszusa

Talán segítene, ha a rakétavédelmi rendszerek irányítását mesterséges intelligenciára bíznák; az gyorsabban dolgozhatna, mint a rendszert manuálisan működtető operátorok. Mindehhez azonban olyan jogi, etikai és műveleti beavatkozásra lenne szükség, hogy az több komplikációval járna, mint haszonnal. És onnantól fogva nem a Dr. Strangelove-ra asszociálnánk az atomháborúról, hanem a Terminator 2-re.

Védekezni? Minek?

A hiperszonikus fegyverek könnyen felboríthatják a ballisztikus rakéták és a modern rakétaelhárító rendszerek több évtizedes erőegyensúlyát. Ezzel minden nagyhatalom tisztában van; ha nem lennének, nem finanszíroznák a hiperszonikus arzenál bővítését.

Ami azonban most zajlik a nagyhatalmak között, azt nem lehet fegyverkezési versenynek tekinteni – legalábbis a szó hidegháborús értelemében nem. A támadó és elhárító rendszereknek egyaránt megvannak a tökéletlenségeik és a sebezhetőségeik; kiforratlan eszközök még ahhoz, hogy felperzseljék a világot. Vezető szuperhatalmak költenek dollármilliárdokat kísérleti fegyverekre, amiknek a rendszerbe állítására még évekig várhatunk. Nem holnap fog visszabombázni minket a kőkorszakba egy HGV.

Ha tetszik, amit csinálunk, ha te is fontosnak tartod, hogy magyar nyelven legyen egy okos és közérthető lap, ami nem a politikai barikádok csatazajáról tudósít, hanem a ránk váró – bátran mondjuk ki, ez az év is megmutatta, mennyire nem túlzás ez – civilizációs kihívásokkal foglalkozik, ami fel meri tenni a jövőnkkel kapcsolatos igazi kérdéseket, és meg is mutatja a modern tudomány válaszait mindezekre, nos ha ez szerinted is olyan égetően fontos, ahogy mi gondoljuk: heroikus munkát végző hat újságíróval, sok tucatnyi kutatóval és csak egy egészen kicsi kiadóval a hátunk mögött, akkor támogasd a munkánkat rendszeresen – számít a segítséged!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: