Helikiirus on helilaine liikumise kiirus keskkonnas, kuid see pole kindel suurus ning sõltub nii materjalist, milles helilaine liigub, kui selle materjali temperatuurist.
Enamikul juhtudel mõistetakse helikiiruse all ikka heli liikumise kiirust õhus. 20°C juures merepinna kõrgusel on helikiiruseks, mida kirjeldatakse ka Machi arvuna (Mach 1) 343,2 m/s ehk 1236 km/h. 0°C juures aga langeb see 331 m/s-le ehk siis 1192 km/h-ni. Suurematel kõrgustel jahedas ja hõredas õhus kukub see veelgi – näiteks -48°C juures 29 km kõrgusel on see 301 m/s ehk 1083 km/h.
Mida tihedam on keskkond, seda suurem on helikiirus selles. Näiteks vees on see 4,3 korda suurem kui õhus – 1481 m/s, rauas 15 korda suurem – 5120 m/s ning suurim on helikiirus teemandis – 12 000 m/s.
Lendame helist kiiremini
Ülehelikiirusega lennukeid hakati kavandama kohe peale II maailmasõda ning esimese mehitatud ülehelikiirusega lennuga sai hakkama Charles „Chuck“ Yeager 14. oktoobril 1947. aastal USA õhujõudude testlennukil Bell X-1 #46-062, millele piloot andis oma kaasa auks hüüdnime Glamorous Glennis.
Ülehelikiirusega õhusõidukeid prooviti ka tsiviillennunduses, kuid neid loodi vaid kaks: Venemaal Tupolev Tu-144 (esmalend 31. detsembril 1968) ja Suurbritannia-Prantsuse ühisprojektina Concorde (esmalend 2. märtsil 1969). Kuid toonane tehnika polnud veel eriti kindel – katastroofe juhtus mõlema lennukiga – ja hind ning ekspluateerimiskulud olid liiga kõrged. Nii loobuti ülehelikiirusest üsna pea, kuid kaasajal on olukord muutumas ja mitmed firmad selles valdkonnas oma uusi projekte arendamas (vt TM 9/2021).
Enamus ülehelikiirusega lennukitest ongi militaarses kasutuses – seda nii pommitajatena kui hävitajatena. Ülehelikiirusega strateegilisi pommitajaid toodavad kolm riiki – USA, Venemaa ja Prantsusmaa, omad hävitajad on aga koguni 19 maailma riigil.
Lennukite vallas kuulub ametlik kiirusrekord E. W. Joerszi ja G. T. Morgani piloteeritud Lockheed SR-71 Blackbirdile, mis saavutas 28. juulil 1976 kiiruse 3529,6 km/h.
Raketid sõjardite teenistuses
Modernsed raketisüsteemid pärinevad juba aastast 1926, kui Clarki ülikooli professor Robert Goddard ühendas ülehelikiirusliku düüsi kõrgsurve põlemiskambriga. See trikk võimaldas tõsta rakettmootori efektiivsuse 2% pealt lausa 64% peale.
1943. aastal alustas Saksamaa juhitavate ülehelikiiruslike rakettide V-2 tootmist, mida sõja lõpuks tulistati välja üle 3000. V-2 sai ka esimeseks inimese poolt kosmosesse saadetud objektiks, kui vertikaalselt startinud mudel MW 18014 ületas 20. juunil 1944 Karmani liini (100 km maapinnast). V-2 maksimaalseks kiiruseks oli 5760 km/h ning vertikaalstardil maksimaalseks lennulaeks 206 km.
Projekti juhtinud Werhner von Braun koos enam kui 100 kaastöötajaga andsid end vangi USA vägedele ning nad alustasid tööd Redstone Arsenal uurimiskeskuses. Von Braunist sai USA keskmaa ballistiliste rakettide looja ning tema kanderakett viis 1958. aastal kosmosesse USA esimese satelliidi Explorer 1. 1960. aastal asus ta juhtima NASA Marshall Space Flight Center´it ning oli üliraske Saturn V kanderaketi peaarhitektiks, mis viis ka esimese Apollo missiooni Kuu pinnale.
Kõige võimsamaks rakettrelvaks on hetkel kontinentidevaheline ballistiline rakett (ICBM, Intercontinental Ballistic Missile), mille lennukauguseks on vähemalt 5500 km ning mis mõeldud peamiselt tuuma- ja termotuumalõhkepeade kandmiseks.
Suureks lükkeks sai termotuumapommi loomine. 1953. aastal alustas Sergei Koroljovi tiim tööd selle relva kandmiseks mõeldud raketi loomiseks. Sündis R-7, mille esimene katsetus 1957. aasta mais ebaõnnestus ja alles augustis suudeti tabada üle 6000 km kaugusel olevat sihtmärki ning R-7 sai maailma esimeseks ICBM-iks.
Ka maailma esimese mehitatud kosmoselennu taga on R-7, täpsemalt selle modifikatsioon Vostok. Suuresti modifitseeritud R-7 disain on aluseks ka Sojuz kanderakettidele, tehes selle raketi disainist enam kui 60 aastase ajalooga lennuvahendi.
Kuigi ka USA alustas ICBM-i alaseid arendusi juba aastal 1946 projektiga RTV-A-2 Hiroc, ei võtnud armee juhtkond seda tõsiselt. Kuid olukord muutus drastiliselt peale NSV Liidu termotuumakatsetusi. Siis anti aastal 1954 Atlase missile-programmile prioriteet.
Esimene Atlas A lend toimus aastal 1957. Korralikult töövalmis sai Atlas alles aastal 1959 ja siis võeti see ka relvastusse. Võidurelvastumine peatus peale külma sõja lõppu, kui aastal 1991 sõlmiti USA ja NSV Liidu vahel START I lepe.
Praegu on ICBM relvastuses USA-l šahtides baseeruvatel rakettidel ning Venemaal ja Hiinal nii šahtides rakettide kui mobiilsete süsteemide näol – Hiinal DF-31, Venemaal RT-2PM2 Topol-M. Selle klubiga on liitunud Iisrael oma mobiilse Jericho II süsteemiga ning India, kes katsetas 2012. aastal edukalt oma 5000 km lennuulatusega Agni V-süsteemi.
Ka Põhja-Korea katsetas juba aastal 2012 oma ICBM-süsteemi, viies raketiga Unha-3 kosmosesse satelliidi. USA väitel oli tegu tegelikult ICBM-i katsetusega ning 2017. aastal teataski paariariik, et tal on valmidus termotuumarelva kandevõimekusega ICBM-süsteemiks.
2014. aastal teatas Hiina oma uusimast ICBM-ist – Dongfeng-41 (DF-41), mille lennukaugus on koguni 12 000 km ja mis on suuteline tabama suvalist objekti USA territooriumil.
Uusimaks arenduseks ICBM-i vallas on venelaste RS-28 Sarmat (NATO koodiga SATAN 2), mida aretatakse aastast 2009 Makejevi raketidisaini büroos ja mis peaks asendama varasema R-36 süsteemi ja mis suudab kanda 10 rasket lõhkepead, 15 kergemat või 24 ülehelikiirusega Yu-74 tiivulist juhitavat ründepead.
Lisaks šahtides pesitsevatele ja mobiilsetele tuumarakettidele on oluline osa ka allveelaevadel baseeruvatel rakettidel. Neid on hetkel USA-l (Trident I ja Trident II), Venemaal (Sineva, Layner, Bulava), Suurbritannial (Trident II), Prantsusmaal (M45 ja M51), Hiinal (JL-2 ja JL-3) Indial K-5 ja K-6) ning Lõuna-Koreal (Hyunmoo IV-4).
Väiksema tegevusraadiusega rakettrelvad
Kuna suured ICBM-id on massihävitusrelvad ja seega tavalahingutesse ebasobilikud, asuti arendama väiksema tegevusraadiusega ja väiksema purustusjõuga, ent täpsemaid rakettrelvi. USA-l sai selleks 1954. aastal loodud MGM-1 Matador, mida paigutati kriisiaegadel ka Lääne-Saksamaa territooriumile. 1957-1961 arendati välja Supersonic Low Altitude Missile (SLAM) – rakettrelvad, mis suudavad saavutada kiiruse üle Mach 3 ja mis on suutelised kandma ka termotuumarelva.
Järgnes võidujooks hüperhelikiirusega (meenutagem: suurem kui Mach 5) rakettrelvade, mida tavalised õhukaitseüksused avastada ja sellele reageerida ei jõua, loomisele. Kuigi enamasti räägitakse USA ja Venemaa omadest, on sellised raketisüsteemid juba olemas või loomisel paljudel riikidel: USA (AGM-183 ARRW, lennukaugus 1600+ km; Hyfly-2, LRHW alates 2023, SCIFIRE koostöös Austraaliaga, HAWC, Hypersonic Air-breathing Weapon Concept), Venemaa (3M22 Zirkon, lennukaugus 1000-1500 km, BrahMos-II, lennukaugus 800-1000 km, Kh-47M2 Kinžall, Kh-90, lennukaugus 3000-4000 km), India (BrahMos-II koostöös Venemaaga, HGV-202F, HTDV), Hiina (DF-ZF, Kh-90 koostöös Venemaaga), Ühendkuningriik/Prantsusmaa (CVS401 Perseus), Brasiilia (14-X) ja Põhja-Korea (Hwasong-8).
Lisaks ülehelikiirusega rakettidele on kasutuses pikk nimekiri alahelikiiruslikke (subsonic) relvi, mis jagunevad pikamaa-, keskmaa- ja lühimaarakettideks. Pikk maa tähendab siin distantse üle 1000 kilomeetri, keskmaa on 500-1000 km ning lühimaa alla 500 km.
Pikamaarakette on USA, Venemaa, Prantsusmaa, Hiina, Iisraeli, Pakistani, India, Iraani ning Lõuna- ja Põhja-Korea relvastuses. Tuntuimateks siin vallas on USA BGM-109 Tomahawk lennukaugusega kuni 1700 km ning Venemaa Iskander-K lennukaugusega vähemalt 3500 km, milliseid on kasutatud ohtralt ka Ukraina vastastes rünnakutes.
Tiibrakett Tomahawk on ise teed valiv kaval rakett, mille suurimad versioonid lendavad kuni 2500 km kaugusele ja seda vaid 30 – 50 m kõrgusel maapinnast, mis teeb nende avastamise tavaliste radarsüsteemidega pea võimatuks. Ka on ta hind suhteliselt normaalne – alla 2 miljoni dollari. Lühimaarakettide seast sai kuulsaks Ukraina enda toodetud laevavastane rakett Neptun, mis andis 13. aprillil purustava löögi Venemaa Musta mere laevastiku parimale ristlejale Moskva.
Uusimad arengud hüperhelikiirusega rakettide vallas.
Palju kõmu tekitasid pressis ilmunud teated, et Venemaa on väidetavalt kasutanud sellist raketti – täpsemalt Kh-47M2 Kinžall – Ukraina vastu. Kinžall suudab väidetavalt saavutada kuni kümnekordse helikiiruse (ca 12 500 km/h) ning lennata kuni 2000 km kaugusele. Kohe on saabumas ka odavam ja väiksem rakett 3K22 Zirkon kiirusega Mach 4,5 kuni Mach 6 ja lennukaugusega kuni 1000 km.
USA sõjaväe eksperdid imestasidki, miks pidi Venemaa kasutama Kinžalli Ukraina laskemoonalao vastu – see on nagu kahuriga varblaste küttimine!
Mullu septembris katsetas ka USA esimest korda vaikselt oma uusimat raketisüsteemi HAWC (Hypersonic Air-breathing Weapon Concept) ning teste jätkati selle aasta märtsis, millest USA teatas avalikult aprilli alguses. HAWC valmis USA kaitseuuringute keskuse DARPA ja Northrop Grummani koostöös. Tegemist on lennuki alt välja lennutatava scramjet-tüüpi vabalthingava relvaga, mis saab kütuse põletamiseks vajaliku hapniku atmosfäärist. See lubab oksüdeerija arvelt raketi kaalus kokku hoida.
Hetkel pole sellel relval lõhkeainega lõhkepead ning ta töötab puhtalt suure kineetilise energia arvelt. Märtsikuisel katsetusel lasti rakett välja Boeing B-52 tiiva alt ning ta lendas kiirusega üle Mach 5 20 km kõrgusel 500 km kaugusele. HAWC edasisse arendamisse kaasab USA ka Suurbritannia ja Austraalia.
Tänu nii suurele kiirusele on need raketid tavaliste õhuseire ja -tõrje vahendiga raskesti avastatavad. Eriti seetõttu, et suurel kiirusel liikuva raketi ümber tekib ülikuum plasmakiht, mis segab radarvaatlusi. Samuti napib aega püüdurrakettide välja tulistamiseks.
Üheks potentsiaalseks vastuabinõuks on laserrelvade kasutuselevõtt. Juba eelmisel aastakümnel loodi 100 kW võimsusega süsteem ja nüüd kohe peaks kasutuses olema 150 kW võimsusega laser.
Sellised lasersüsteemid paiknevad laevadel. Plaanis on kasvatada võimsust kuni megavatini, kuid see nõuab uudset akusüsteemi. Spetsialistide väitel on iga väljundvati jaoks vaja umbes kolm korda nii palju toitevõimsust ja hetkel aretatakse selleks võimsaid Li-Ion akumooduleid (praegu kuni 465 kW).
