Сверхзвуковые санки — плевок в лицо аэродинамике и всем, кто сомневался в доминировании Китая

В Китае опубликовали новые технические подробности о работе так называемых «электромагнитных саней» — крупной наземной пусковой установки, которая в 2023 году первой в мире разогнала испытательную платформу до сверхзвуковой скорости. В ходе тестов тележки массой около 1 тонны достигали скоростей выше Маха 1, то есть превышали скорость распространения звука. Экспериментальный комплекс уже более двух лет эксплуатируется в городе Цзинань на востоке страны.

Ключевая трудность для подобных установок — ударная волна, возникающая при движении на сверхзвуке у поверхности земли. При таких режимах формируется мощное акустическое воздействие, которое буквально разрушает измерительное оборудование. Для пусковых платформ это особенно опасно: кратковременная потеря информации о координатах и параметрах движения способна привести к утрате управления и аварийной ситуации.

На высотах ниже 100 метров при обычных температурах воздуха формируются нестабильные аэродинамические потоки, вызванные фронтами сжатия. Эти процессы создают сильные механические возмущения, которые выводят из строя системы навигации, нарушают работу линейных индукционных приводов и дестабилизируют контур управления движением.

В новой научной работе команда под руководством Сюй Фэя из Института электротехники Китайской академии наук предложила иной технический подход. Вместо уязвимых измерительных устройств исследователи реализовали «безсенсорную» схему оценки параметров разгона, при которой платформа вообще не использует внешние датчики, подверженные разрушению ударными нагрузками.

Принцип основан на анализе электрических процессов внутри самой системы. Тележка движется по рельсовой линии, вдоль которой поочередно активируются сегментированные силовые катушки. Специалисты выявили, что при работе в них возникают кратковременные колебания напряжения, и характер этих импульсов напрямую отражает темп перемещения платформы.

На основе этих данных был создан вычислительный алгоритм, который обрабатывает сигналы сразу с нескольких соседних секций, устраняет шумы от вибраций и ударных воздействий и в реальном времени определяет параметры движения. Программа формирует два независимых значения, полученных из разных электрических характеристик, после чего объединяет их для повышения стабильности и точности.

В испытаниях удалось достичь погрешности около 1,1% при скоростях до 370 м/с. Такой результат считается достаточным для устойчивого и безопасного управления установкой в сверхзвуковом режиме.

Ранее различные государства, включая США и СССР, предпринимали попытки создать надежные сверхзвуковые системы, однако каждый раз упирались в ту же проблему — измерительная техника не выдерживала экстремальных условий. Для сравнения, современная американская электромагнитная катапульта EMALS на авианосцах типа USS Gerald R. Ford разгоняет самолеты примерно до 78 м/с, что остается далеко ниже сверхзвукового диапазона.

При этом установка в Цзинане используется не только для экспериментов с разгонными платформами. На ее базе также ведутся исследования в области гиперзвуковых технологий, тестирования перспективных аэрокосмических материалов и разработки новых концепций космических пусковых систем.