Начались разработки сверхскоростного гиперзвукового самолета I Plane

Гиперзвуковой пассажирский лайнер будет летать на водороде и развивать рекордную скорость

Первый в мире гиперзвуковой пассажирский самолет будет летать на водороде и развивать рекордную для своего класса скорость.

Экспериментальная летно-испытательная модель HEXAFLY-INT (EFTV) будет запущена бразильской ракетой-зондом. Об этом сообщило Европейское космическое агентство. Стоит учесть, что численное моделирование ламинарно-турбулентного перехода является очень сложной задачей даже для современного уровня развития компьютерных технологий и численных методов.

При длине 3,29 м и ширине 1,24 м модель EFTV немного меньше компактного автомобиля с плоским кончиком носа и крыльями. Детальное исследование его аэродинамических характеристик было недавно проведено итальянским Centro Italiano Ricerche Aerospaziali.

На российское ЦАГИ была возложена задача изготовления модели для этого полёта. В ходе эксперимента будет исследоваться бездвигательный вариант компоновки — так называемый «глайдер», вес которого — 400 килограммов. Для создания лётной модели потребовалось 10 тонн титана.

Над проектом HEXAFLY-INT (High-Speed EXperimental FLY Vehicles — INTernational, «Высокоскоростной экспериментальный летательный аппарат») работают специалисты из России, Германии, Нидерландов, Франции, Италии, Бельгии, Великобритании и Австралии. Координация возложена на голландскую компанию ESA — ESTEC.

Полёт планируется проводить по сложной траектории с использованием твёрдотопливной ракеты, которая поднимет модель на суборбитальную траекторию с максимальной высотой около 90 километров. Далее, после отделения от носителя, модель будет разгоняться за счёт приобретенной потенциальной энергии и достигнет интересующего нас диапазона скоростей, соответствующих числам Маха 7–8, на высоте около 30 километров.

Высокоскоростной экспериментальный летательный аппарат High Speed Experimental Fly Vehicles – International

Сегодня гиперзвуковая пассажирская авиация — одно из актуальных направлений научной и инженерной мысли. Над концепциями суперскоростных самолётов, способных перенести пассажиров на дальние расстояния за короткое время, трудятся многие учёные разных стран мира. Но проект HEXAFLY-INT уникален тем, что в нём объединили усилия специалисты разных стран. Аналогичной исследовательской кооперации по данной тематике не существует. Постоянный обмен опытом и наработками очень важен для создания этого, без преувеличения, фантастического летательного аппарата.

Главная особенность будущего лайнера проекта HEXAFLY-INT заключается в том, что при крейсерском режиме его скорость достигнет значений, соответствующих числам Маха 7-8.

У HEXAFLY-INT будет особая компоновка, сводящая силу сопротивления воздуха до минимума, и интегрированный в общую форму воздухозаборник. Это увеличит подъемную силу и аэродинамические качества на гиперзвуковых режимах. Его длина составит 90 метров, вес — почти 400 тонн.

При этом рекордная скорость лайнера создает для разработчиков определенные сложности. На таких скоростях полета отдельные части летательного аппарата могут разогреться до двух тысяч градусов. Специалистам предстоит разработать особые термоустойчивые материалы для обшивки.

Высокая скорость полета не позволяет эффективно управлять самолетом только силами экипажа, из-за чего ему необходимы автоматические средства контроля. Их следует использовать для слежения за состоянием бортовых систем, навигации и т.д.

Для получения требуемой топливной эффективности в сочетании с желаемыми параметрами тяги и экологической безопасности самолет оснастят перспективными реактивными двигателями, использующими сжиженный водород.

Для разгона летного образца планируется использовать специальную ракету. Она должна будет стартовать с наземного полигона, выйти на требуемую траекторию и разогнаться до нужной скорости. Затем произойдет сброс опытного HEXAFLY-INT. Полет по заданной траектории будет выполняться в соответствии с заранее загруженной программой.

Часть полета будет производиться при помощи системы ESM, после чего произойдет ее сброс. Затем, потеряв кинетическую энергию, опытный образец должен будет приводниться в заранее определенном районе мирового океана, на сравнительно большом расстоянии от точки старта. На протяжении всего полета его планируется отслеживать при помощи наземных, корабельных или авиационных радиолокационных станций.

Сверхзвуковые пассажирские самолёты второго поколения: Boom набирает обороты, а Aerion «влетел в трубу»

Эпоха сверхзвуковых коммерческих полётов подошла к концу, когда Concorde совершил свой последний рейс 26-ноября 2003 года: G-BOAF (последний построенный самолёт) вылетел из Хитроу, пролетел над Бискайским заливом, совершил проход над Бристолем и приземлился в аэропорту Филтон.

«Конкорд» был неплохо отработан технологически, получил приемлемую систему базирования, прижился на трансатлантических трассах, однако, как говорится, «рыночек порешал». В итоге он сдался дешёвым и массовым дозвуковым трудягам, оставшись эксклюзивной роскошью, которую при случае за большие деньги можно арендовать под специальный чартер (который тоже не позволял окупаться).

А коммерческая карьера советского сверхзвукового лайнера Ту-144 была недолгой. 01-июня 1978 года, всего через семь месяцев после начала коммерческой эксплуатации, «Аэрофлот» прекратил сверхзвуковые пассажирские рейсы. Непосредственным поводом для прекращения пассажирских полётов послужила катастрофа опытного экземпляра Ту-144Д, произошедшая 23-мая 1978 года в Воскресенском районе Московской области (погибли два члена экипажа). Более основательной причиной отказа от пассажирской эксплуатации называется нерентабельность.

Но очарование сверхбыстрых авиаперелётов так и не исчезло. Самолёты сегодня летают со скоростью не больше 900 км/ч. А расчеты специалистов показывают: сверхзвуковой бизнес-джет может преодолевать за час 1900 км. И даже больше.

Однако просто поднять скорость в 2-2,5 раза это половина проблемы: новый сверхзвуковой пассажирский самолёт должен быть тихим. Задача довольно амбициозная, над которой ломают головы авиаконструкторы всего мира. Первые и пока единственные в мире пассажирские сверхзвуковые самолёты XXI века разрабатываются в США. И у американцев готовы демонстраторы, и ясно, что они будут запускать гиперзвуковые самолёты.

В связи с этим, есть две новости: хорошая и плохая. Давайте начнём с хорошей.

Настоящий бум

03-июня United Airlines заявила, что заказывает 15 самолётов, которые могут летать со скоростью, превышающей скорость звука в воздухе (полёт с числом Маха M = 1,2—5), у денверского стартапа Boom Supersonic. Авиакомпания сообщила, что у неё есть возможность увеличить свой заказ до 35 самолётов.

Boom Supersonic, которая привлекла 270 миллионов долларов от венчурных компаний, планирует представить самолёт в 2025 году и начать лётные испытания в 2026 году. Ожидается, что самолёт, который он называет Overture будет приблизительно на четверть меньше «Конкорда». Новый сверхзвуковой лайнер рассчитан не на 100, как «Конкорд», а максимум на 75 пассажиров, его длина — 51,8 метра вместо 62 метров, размах крыльев составит 18,2 метра против 25,5 метров.

Создатели Overture надеются, что более компактный самолёт позволить минимизировать громкость звукового удара, неизбежно возникающего, когда преодолевается скорость звука, и это существенно расширит возможности применения нового лайнера. Ведь «Конкорду» разрешали развивать сверхзвуковую скорость только над океанами. Но даже если брать только маршруты над океанами — Overture мог бы обслуживать порядка 500 направлений. Так, при двойной скорости звука полёт из Лондона в Нью-Йорк занимал бы всего 3 часа 15 минут вместо 7 часов, а из Сан-Франциско можно было бы добраться до Токио за 5 с половиной часов вместо нынешних 11.

Помимо экономии времени, Boom Supersonic хочет сделать полёты более доступными. Первоначально цель состоит в том, чтобы позволить авиакомпаниям устанавливать тариф, аналогичный тарифам бизнес-класса, то есть полёт в любую точку мира за четыре часа стоимостью 100 долларов. По словам разработчиков, Overture ничем не будет напоминать сверхзвуковой Concorde, который летал с 1969 по 2003 год, цена билета на который достигала 20 000 долларов.

«Пора изменить взгляд на сверхзвуковую авиацию как на что-то связанное с повышенным экологическим загрязнением, — заявил основатель и генеральный директор Boom Technology Блейк Шолль. – Новые композитные материалы, компьютерное моделирование, использование, помимо авиакеросина, альтернативных видов топлива, а главное – изменение самой концепции полёта, который станет намного менее продолжительным по времени, позволят говорить о сверхзвуковой авиации как об экологически чистом виде транспорта».

Что же касается цены, то она, на первых порах, тоже не порадует: цена за билет из Нью-Йорка в Лондон будет достигать 5000 долларов. Но это только на первых порах, пока такие рейсы будут экзотикой. Но в дальнейшем, когда возникнет сеть сверхзвуковых линий, цены, как и в обычной авиации, будут падать лавинообразно. И вполне можно будет представить себе трансконтинентальный полёт по цене 100 долларов за билет.

Читайте также:  Создан робот, выявляющий коронавирус

По подсчётам Блейка Шолля, производство СЗС— потенциальный рынок для 1000–2000 самолётов Boom в течение десяти лет с предполагаемой даты запуска в 2023 году. Цена самолёта от стартапа — около $200 млн (для сравнения: на август 2020 года Boeing 737-700 стоил $89,1 млн, а модель 787-8 Dreamliner — уже $248,3 млн). Шолль считает: если удастся убедить регуляторов в США и других странах отменить ограничения на сверхзвуковые полёты, объём рынка может быть ещё в два-три раза больше. United взяла на себя обязательство покупать самолёты, если Boom удастся их произвести, получить разрешения регулирующих органов и достичь других целей, таких как соблюдение требований устойчивого развития.

Проект активно поддерживает японская авиакомпания Japan Airlines (JAL), которая уже заказала 20 самолётов и внесла предоплату. Опцию на 10 лайнеров приобрела и авиакомпания Virgin Atlantic Airways британского миллиардера Ричарда Брэнсона, причем в случае провала проекта она не может претендовать на возврат уплаченных миллионов долларов, а сумма двузначная.

Но планы стартапа уже по крайней мере однажды срывались, и ему придется преодолеть множество препятствий, в том числе получить одобрение Федерального управления гражданской авиации и регулирующих органов других стран. Даже авторитетные производители спотыкались, представляя новые или модернизированные самолёты. Например, Boeing 737 Max был остановлен почти на два года после двух аварий.

Громче «умных колонок» на руках подростков

Что неясно, так это то решил ли Boom проблемы, которые заставили British Airways и Air France прекратить использование Concorde на трансатлантических рейсах — высокие затраты, проблемы с безопасностью и низкий спрос. А также звуковой удар и расход горючего. Есть и еще кое-что — оглушительный шум на взлёте и посадке. Свист от самолётов первого поколения буквально разрывал воздух.
Громкость двигателей можно снизить, увеличив диаметр, но вместе с габаритами вырастет сопротивление воздуха — самолёт будет потреблять больше топлива или вообще окажется не в состоянии преодолеть звуковой барьер.
«Конкорды» и Ту-144 издавали мучительный свист, но тогда это не противоречило международным нормам. Чтобы новые самолёты соответствовали нынешним правилам, они должны быть тише СЗС первого поколения более чем в 16 раз. Для этого инженеры ищут новые технические решения, например, пытаются упрятать двигатели в конструкции самолёта, чтобы звук экранировался корпусом и не распространялся вниз к земле, но при этом не нарушать звукоизоляцию салона.

Исследование, проведённое в 1964 году Федеральным управлением гражданской авиации США (FAA) в штате Оклахома, показало, что большинство опрошенных жителей готово мириться с уровнем шума от таких полётов, но 27% респондентов не были готовы слышать такие звуки постоянно. К концу эксперимента в адрес FAA поступило около 10 тысяч жалоб на повреждение зданий. Более того, жители подали коллективный иск против Правительства США, который оно проиграло. Из-за этого и других факторов США отменили программу сверхзвукового транспорта. В 1973 году FAA запретило гражданские сверхзвуковые полёты над территорией страны. Для Concorde и Ту-144 сделали исключение, но лишь для полётов с пунктом назначения на восточном побережье США (со стороны Нью-Йорка), чтобы минимизировать шум над населёнными пунктами.

Звуковой удар рассматривается как импульсный шум, громкость которого можно измерить в децибелах. В крупном городе типа Москвы, Токио, Парижа фоновый шум днём соответствует уровню 65–67 дБ. Логично предположить, что этот порог и есть допустимый уровень шума, ведь пролетающий самолёт никто просто не заметит. Шум захлопывающейся двери автомобиля тоже импульсный и примерно соответствует 60–65 дБ. Многие эксперты считают, что днём звуковой удар с эквивалентной громкостью 65 дБ приемлем. Безусловно, ночью требования должны быть жёстче.

Но даже если самолёт с такими характеристиками удастся создать, этого может быть недостаточно. Технические данные показывают, что при разгоне уровень звукового удара окажется сопоставим с тем, что был у «Конкорда» на крейсерской скорости. Такой уровень шума привел к запрету полётов на сверхзвуковых скоростях над населённой местностью. И даже уменьшенный звуковой удар в крейсерском полёте может доставлять людям неудобства.

«Конкордам» над сушей приходилось сбрасывать скорость. Но сделать самолёт, который эффективен и на дозвуке, и на сверхзвуке, просто невозможно с точки зрения физики. На дозвуке для хорошей аэродинамики требуется длинное крыло, но с таким крылом самолёт невозможно разогнать до сверхзвуковой скорости — возникнет огромное сопротивление, и самолёт словно упрется в «стену». Для преодоления звукового барьера нужно короткое крыло с большим углом стреловидности, но на дозвуке такой самолёт неэффективен из-за высокого расхода топлива. СЗС второго поколения должен быть оптимально настроен для длительного, протяженного крейсерского полёта со сверхзвуковой скоростью, и чтобы такие самолёты получили путевку в жизнь, необходимо принять нормы по низкому звуковому удару.

Наряду с Boom Supersonic над созданием гражданского сверхзвукового самолёта работает еще одна американская компания — Aerion Supersonic. И вторая новость связана с ней.

Aerion прилетел, не взлетая

Компания Aerion разрабатывала бизнес-джеты AS2 с 2014 года, а его первый полёт был запланирован на 2024 год. Первый заказ на самолёты Aerion получила в 2015 году: от Flexjet на 20 самолётов общей стоимостью $2,4 млрд. Каждый самолёт компания оценивала в $120 млн. В общей сложности разработчик успел собрать заказы на сумму $11,2 млрд.

Генеральный директор Aerion Том Вайс заявил на конференции UBS в январе 2020 года, что, по его ожиданиям, разработка AS2 обойдется компании примерно в $4 млрд, причем к тому моменту компания потратила уже $1 млрд на разработку двигателя. Инвесторами компании выступали среди прочих Boeing, General Electric и Berkshire Hathaway.

12-местный самолёт Aerion AS2 был рассчитан летать со скоростью 1,6 Маха с минимальной дальностью полёта 8800 км. Ожидалось, что разработка будет стоить 4 миллиарда долларов для 300 самолётов за 10 лет стоимостью по 120 миллионов долларов каждый.

В мае 2014 года Aerion заключила партнерское соглашение с Airbus, инвестировала более 100 миллионов долларов в технологическое развитие и начала модернизировать свой предыдущий Aerion SBJ с большей кабиной, большей дальностью полёта и тремя двигателями. Модернизация была направлена ​​на запуск прототипа в конце 2018 — начале 2019 года и сертификацию самого самолёта в 2021 году. Aerion намеревалась профинансировать 3 миллиарда долларов на разработку, снизив риски для партнеров по отрасли.

В декабре 2017 года Aerion и Lockheed Martin объявили, что планируют совместную разработку без Airbus. Первый полёт был запланирован на 2023 год для трансатлантического перелёта из Нью-Йорка в Лондон в ноябре месяце, к 20-летию последнего рейса Конкорда. Сертификация была нацелена на конец 2025 года и ввод в эксплуатацию в начале 2026 года. Производство планировалось увеличить с 12 в 2026 году до 23 в 2027 году и стабилизировать на уровне 36 в год с 2028 года, хотя эта цифра могла увеличиться до четырех в месяц.

Партнерский контракт с Lockheed Martin истек 1 февраля 2019 года. 5 февраля Boeing объявил о своих инвестициях в Aerion, предоставляя ресурсы для проектирования, производства и лётных испытаний, чтобы обеспечить AS2 на пути к первому полёту в 2023 году.

Затем Aerion объявила, что построит Aerion Park, исследовательский, проектный и производственный кампус во Флориде, используя аэрокосмический опыт Космического побережья Флориды. AS2 должен будет производиться на новом предприятии, начиная с 2023 года, с целью построить пять испытательных самолётов AS2 с 2023 по 2025 год. Объект должен был включать завод стоимостью 300 миллионов долларов, кампус площадью 110,6 акров (44,8 га) и производственные предприятия, способные производить 48 самолётов AS2 в год. Aerion Park также должен был сосредоточиться на «зеленых» технологиях, таких как солнечная энергия и 100% рециркуляция воды, чтобы снизить воздействие на окружающую среду.

В апреле 2020 года Aerion представила обновленную конструкцию реактивного самолёта.

Читайте также:  В России будут функционировать «умные» остановки

Общие характеристики AS2

Экипаж: 2
Вместимость: 8–11 пассажиров
Длина: 44,2 м
Размах крыльев: 24 м
Высота: 8,8 м
Площадь крыла: 140,4 м2
Максимальный взлётный вес: 68 тонн
Запас топлива: 26,8 тонн
Интерьер: 9,1 × 1,95 × 2,16 м
Силовая установка: 3 турвентиляторных двигателя по 80 кН каждая

В июне 2020 года Boeing и Spirit AeroSystems распустили свои инженерные группы AS2 из-за воздействия пандемии COVID-19 на авиацию, и Aerion пришлось перенести дату первого полёта с 2024 на 2025 год.

Пример испытаний на аэродинамической трубе

В сентябре 2020 года Aerion начала испытания аэродинамической трубы в Онере. Испытания в аэродинамической трубе достигли скорости 3 Маха, что обеспечило оценку характеристик на высоких скоростях, нагрузки, измерения устойчивости и контроль околозвуковых и сверхзвуковых скоростей для завершения предварительного анализа проекта. Использование ИИ и цифровое моделирование должны были сократить время разработки AS2 и устранить необходимость в демонстрационном самолёте. В то время как Aerion инвестировала более 500 миллионов долларов, стоимость общей разработки выросла до 5 миллиардов долларов, что на 25% больше, чем прогнозировалось на 2018 год.

В ноябре 2015 года компания Flexjet заявила, что они заказали 20 самолётов Aerion AS2 стоимостью 2,4 миллиарда долларов, поставки которых должны были начаться в 2023 году. В марте 2021 года другая компания NetJets тоже объявила о приобретении прав на покупку 20 AS2, в результате чего объем невыполненных заказов Aerion превысил 10 миллиардов долларов.

Разработка остановилась, когда Aerion прекратила свою деятельность в мае 2021 года.

Что взлетая, оставляет земле лишь тень.

Только когда сверхзвуковые самолёты второго поколения будут построены и начнут летать, станет понятно, на что они способны и нужны ли они. Когда проектировали Ту-144, тоже мечтали о Дальнем Востоке, но коммерческий рейс до Хабаровска так и не появился.

Дозаправки, пересадки, волокита в аэропорту — регистрация на рейс, оформление багажа, рамки с металлоискателями, таможенный контроль — и дорога до аэропорта отнимают уйму времени. Сверхзвуковые самолёты не исправят эти утомительные процедуры, поэтому люди не станут путешествовать вдвое быстрее.
Впрочем, время в пути на дальних направлениях все-таки сократится. Но в наши дни цена этого достижения многим покажется чересчур высокой.

Ну что же, дубль два, господа! Возвращение сверхзвуковых самолётов, судя по всему, неизбежно, и возможно путешествия все-таки снова изменятся на наших глазах.

На правах рекламы

VDSina предлагает VDS с посуточной оплатой. Возможно установить любую операционную систему, в том числе из своего образа. Каждый сервер подключён к интернет-каналу в 500 Мегабит и бесплатно защищён от DDoS-атак!

Как идет работа над сверхзвуковым пассажирским самолетом

Создание нового коммерчески эффективного сверхзвукового пассажирского самолета – самый большой вызов для современной мировой гражданской авиации. На онлайн‑заседании Научного совета Научного центра мирового уровня (НЦМУ) “Сверхзвук”, которое состоялось в Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ “Институт имени Н.Е. Жуковского”) подведены результаты работы входящих в НЦМУ лабораторий в 2020 году.

Генеральный директор ЦАГИ, член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало напомнил о целях и научных задачах НЦМУ “Сверхзвук”. Формировании отечественной базы фундаментальных знаний, необходимых для развития ключевых технологий сверхзвукового пассажирского самолета.

О деятельности лаборатории “Аэродинамика и концептуальное проектирование сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС) с низким звуковым ударом” рассказал возглавляющий ее научный руководитель ЦАГИ, академик РАН Сергей Чернышев. В прошлом году исследования лаборатории шли по двум основным направлениям: разработка методов аэродинамического анализа и проектирования СПС, а также исследования в области звукового удара (методы расчета, распространение, области воздействия). Для тестовой компоновки СПС были сформулированы основные технические требования в части крейсерской скорости и дальности полета, длины сбалансированной взлетно-посадочной полосы и безопасной скорости захода на посадку.

Представлены также результаты по лабораториям “Аэроакустика и вибрации”, “Прочность и интеллектуальные конструкции”, “Газовая динамика и силовая установка”, “Искусственный интеллект и безопасность полетов”.

Сверхзвуковая авиация второго поколения будет намного эффективней по экономике и аэродинамическому совершенству. И, главное, будет обладать высокими экологическими качествами: низким шумом и звуковым ударом, низким уровнем вредных выбросов.

Кирилл Иванович, из-за пандемии коронавируса мировая авиация переживает настоящий коллапс. До сверхзвуковых ли самолетов сегодня?

Кирилл Сыпало: Да, авиакомпании несут огромные убытки. Но, как ни странно, именно пандемия акцентировала внимание на развитии авиации малой вместимости. Бизнес-авиация в сверхзвуковом исполнении очень интересна как раз с точки зрения экономической, социальной перспективы. Про большие самолеты мы пока не говорим. Там слишком много нерешенных проблем. Хотя всем очевидно: создание нового коммерчески эффективного сверхзвукового пассажирского самолета – самый большой вызов для современной мировой гражданской авиации.

А сверхзвуковой бизнес-джет – на сколько пассажиров?

Кирилл Сыпало: По разным оценкам, от четырех до 18. В зависимости от ряда решенных научно-технических проблем и существующих технологий.

После Ту-144 и “Конкорда” попытки создать небольшой пассажирский сверхзвуковик не оставляют в разных странах. Чем наш самолет будет отличаться от западных аналогов?

Кирилл Сыпало: К маю будущего года мы должны представить примерные облики таких летательных аппаратов. Это предусмотрено планом научно-исследовательской работы “Комплексный научно-технологический проект разработки научно-технического задела в обеспечение создания сверхзвукового гражданского самолета”, к которой в текущем году приступил НИЦ “Институт им. Н.Е. Жуковского”.

В рамках заключенного с минпромторгом госконтракта формируется соответствующий набор критических технологий. Именно они будут отличать наш вариант самолета. Это уникальные воздухозаборники для двигателей, расположенных сверху на фюзеляже. Это уникальная аэродинамическая форма. Это уникальные сопловые аппараты реактивного двигателя в хвостовой части самолета. Все основные компоненты направлены на снижение уровня как шума, так и уровня звукового удара.

ИКАО до сих пор не приняла международные нормы уровня звукового удара. Хотя говорится об этом уже давно. Почему все затянулось?

Кирилл Сыпало: Это очень серьезный момент. Свой взгляд на развитие сверхзвуковой авиации есть у Европы. Свой взгляд у США, Австралии, Японии, которые летают над океаном. Свой взгляд у нашей страны с ее огромными пространствами. В силу разности территориально-экономических, социальных подходов и нет пока единой позиции у ИКАО как международной организации гражданской авиации.

Формирование норм является первоочередной задачей, в том числе и национальной. Чтобы утвердить приоритет наших исследований, технологий и разработок для данного класса техники. Сейчас превалирует подход: тот, кто успел полетать на демонстраторах или на опытных экземплярах, кто получил уровни шума и звукового удара, тот их и внес в нормы. Вот так выглядит картина.

А кто-то уже полетал на демонстраторах?

Кирилл Сыпало: Пока никто. Американцы со своими двумя проектами говорили о планах на конец 2020 – начало 2021 года. Но из-за пандемии сроки будут, конечно, смещены.

Говорят, с хорошим двигателем и ворота полетят. Какой мотор нужен для пассажирского сверхзвуковика?

Кирилл Сыпало: Пока в мире оптимальных и рациональных двигателей для сверхзвукового пассажирского самолета нет нигде. Ни в Европе, ни в Штатах, ни у нас. Двигатель, так же как и аэродинамическая форма самолета, должен соответствовать компромиссу: с одной стороны, иметь хорошую экономику, то есть низкий расход топлива, с другой – пониженный уровень шума. Причем на всех этапах полета, начиная со взлета и заканчивая посадкой. В данном случае – не звукового удара, а именно шума. И это довольно противоречивое требование с точки зрения конструкции.

А наш новейший двигатель ПД-14 для дозвукового самолета не может быть здесь кандидатом?

Кирилл Сыпало: Не исключено. Это современнейший двигатель, который не уступает новейшим западным образцам. Создан исключительно российской школой конструкторов. Но для сверхзвуковой машины его надо будет дорабатывать.

Сейчас в рамках нашего Центра мирового уровня “Сверхзвук” поставлена задача – отработать фундаментальные принципы построения таких двигателей. Определить облик двигателя для демонстратора делового самолета, который был бы хотя бы приближен к идеальному компромиссу. Отработкой конструктивных решений занят ЦИАМ им. Баранова, НИЦ им. Жуковского совместно с предприятиями Объединенной двигателестроительной корпорации.

Читайте также:  Ученые выявили, что электротранспорт способен создать хаос на дорогах

На какие инновационные материалы делают основную ставку ученые и конструкторы?

Кирилл Сыпало: Ставка даже не на материалы, а на синергию материалов, технологий и конструкций, которые обеспечат заданные качества. Прежде всего мы говорим о металлокомпозитных конструкциях. Это отдельная новелла в области авиационных материалов. Потому что надо одновременно научиться работать и со свойствами металлов, и со свойствами композитов, объединенных воедино, в том числе в нетрадиционных конструктивно-силовых схемах. Например, пробионического дизайна.

Форма нового сверхзвукового самолета предполагает достаточно вытянутый нос, который с учетом современных требований обеспечения прочности, жесткости конструкции тоже очень сложно сделать в традиционных решениях. Допустим, в том же металле. С другой стороны, на сверхзвуке конструкция начинает нагреваться. Происходит ее удлинение. Для алюминиевых конструкций при скорости свыше двух Махов оно может достигать 30 сантиметров. Это тоже необходимо учитывать. Поэтому проблема комплексная. Она связана с применением оптимальных материалов, оптимальных конструкций и таких же оптимальных технологий.

Вы упомянули пробионические конструкции. Хотя бы в двух словах: что это такое?

Кирилл Сыпало: Традиционная конструктивная схема самолета имеет продольно-поперечный силовой набор. Остов самолета в виде балочных схем, на которые прикрепляется обшивка. Она обеспечивает прочность, жесткость, упругость конструкции, но при этом во многих случаях не оптимальна для веса. А вес для сверхзвукового самолета так же важен, как и для космического корабля. На 1 кг веса приходится 5-6 кг тяги! Вес – это самое важное.

Если посмотрим на скелет птицы, то увидим неравномерную структуру: она работает в разных местах под разными нагрузками. Там, где сильные нагрузки, скелет прочнее, где меньше – послабее. Этот принцип получил название бионический, или природоподобный. В самолетостроении такие конструкции раньше широко не применялись. Только небольшие элементы.

А что имеется в виду, когда говорят о стеклянном фюзеляже? Звучит как фантастика.

Кирилл Сыпало: Насчет стеклянного фюзеляжа – это действительно из области выдумок. Есть другое понятие “темная кабина”. Скажем, форма носовой части не предполагает остекление кабины пилотов. Их почти невозможно там разместить. Но если даже это и сделать, то искажения в оптической системе будут настолько велики, что летчики все равно будут ориентироваться на приборы. То есть речь идет о том, чтобы заменить прямую визуализацию искусственной, синтезированной. Поэтому говорят о “темной кабине”, где картинка перед пилотами будет создаваться при помощи систем искусственного зрения. Или дополненной реальности. Очень много вопросов, связанных именно с интеллектуализацией кабины пилотов. Сверхзвуковой самолет должен быть оснащен техническим оборудованием, которое может видеть лучше, чем человек. Информационное поле кабины – одна из важнейших критических технологий.

Искусственный интеллект может заменить пилота?

Кирилл Сыпало: Естественно, об этом речь пока не идет. Мы говорим об интеллектуальных системах помощи летчикам, автоматизации некоторых пилотажных функций. Наверное, в перспективе, при достижении требуемого уровня безопасности, пилот сможет осуществлять только функцию контролирующего оператора. Но это будет даже не завтра.

Говорили, что летные испытания российского демонстратора сверхзвукового пассажирского самолета начнутся уже в 2023 году.

Кирилл Сыпало: Мы рассчитывали на это. Но, к сожалению, подводит финансирование. Кстати, наш демонстратор будет тоже серьезно отличаться от того же американского X-59 QueSST. И формой, и уникальным соплом. Что мы уже отработали. Мы сразу проектируем под существующий самолет-донор. Это важно.

Итак, по всем прогнозам, сначала появится сверхзвуковой самолет на 12-18 человек. А что дальше? Как может развиваться сверхзвуковая пассажирская авиация?

Кирилл Сыпало: Вообще создать такой самолет не проблема. Летают сверхзвуковые истребители, бомбардировщики. Другое дело – создать серийный гражданский сверхзвуковой самолет, востребованный на рынке. Вот это очень серьезная научно-техническая задача. По числу пассажиров рассматриваются различные варианты. В принципе тот же Ту-144 и “Конкорд” показали возможность загрузки до 100 мест. Это вполне реально. Все будет зависеть от стоимости билетов. Такой самолет сможет брать на борт и до 150 пассажиров. Но это очень оптимистично.

Научный центр мирового уровня “Сверхзвук” создан в форме консорциума, в состав которого вошли ЦАГИ, ЦИАМ, ГосНИИАС, ГкНИПАС, ЛИИ им. М.М. Громова, Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова, МАИ, Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН и другие.

Главная цель – формирование отечественной базы фундаментальных знаний, необходимых для развития ключевых технологий сверхзвукового гражданского самолета. Создание Научного центра мирового уровня осуществлено в рамках национального проекта “Наука”.

Кому по зубам крепкий орешек

– Пассажирская сверхзвуковая авиация – это перспектива на ближайшие десять-пятнадцать лет, – говорит заместитель генерального директора по координации международного сотрудничества и взаимодействию с международными организациями НИЦ “Институт им. Н.Е. Жуковского”, научный руководитель ЦАГИ, академик РАН Сергей Чернышев. – За горизонтом 2030 года, чуть раньше или позже, перелеты быстрее скорости звука войдут в нашу жизнь. Сверхзвуковая авиация второго поколения будет намного эффективней по экономике и аэродинамическому совершенству. И, главное, будет обладать высокими экологическими качествами: низким шумом и звуковым ударом, низким уровнем вредных выбросов.

Пока речь идет о создании небольшого по размерам самолета, для которого проще решаются технологические проблемы. Это разумный старт на новом витке освоения мирного сверхзвука.

Российский проект в своей основе опирается на мощный отечественный научно-технологический задел, накопленный за последние 15-20 лет. Помогает нам и опыт создания первого в мире сверхзвукового лайнера Ту-144. Наша научная и конструкторская мысль развивается самостоятельно без оглядки на Запад, хотя мы держим в поле зрения своих конкурентов. И в конструктивном исполнении летательного аппарата, и в новых концептуальных подходах нам удается быть первыми. Примеры тому – наработки по техническому зрению, или искусственному интеллекту, который на борту возьмет на себя значительную часть функций управления самолетом.

Новый самолет будет оригинальной разработкой российского авиапрома, это будет наше слово. Жизнь показывает, что мы долго созреваем, но если уж сделаем, то удивим мир своей оригинальностью.

Сергей Леонидович, а договорились ли в ИКАО, как измерять звуковой удар: по скачку давления, по спектру звуковых частот или еще как-то?

Сергей Чернышев: Сегодня рассматривается и то, и другое. В эпоху Ту-144 и “Конкорда” звуковой удар измеряли по перепаду давления в ударной волне. Но этот показатель не является всеобъемлющим. Ведь человек воспринимает резкий скачок давления как отдаленный раскат грома, что больше характерно для импульсного шума со своей спектральной картиной. А это уже можно характеризовать как обычный авиационный шум – в децибеллах. Шумовой сигнал раскладывается на гармоники и по ним выводится значение громкости звукового удара в виде одного числа.

Однако единой методики, как считать громкость от пролетающего самолета, все-таки нет. Существует, как минимум, пять основных подходов или, как говорят специалисты, – метрик. Одни в большей степени учитывают низкочастотные гармоники, вызывающие вибрацию зданий и сооружений, другие – гармоники в слуховом диапазоне частот. Для всесторонней оценки уровня воздействия ударной волны на все живое сегодня приходится использовать комбинацию сразу нескольких показателей. Исследования в этой области еще продолжаются.

До какого минимума можно снизить звуковой удар?

Сергей Чернышев: Наши исследования показывают: скачок давления не должен быть больше 15 паскалей. Для сравнения: у Ту-144 и “Конкорда” уровень звукового удара был примерно в диапазоне 100-140 паскалей. А если использовать для оценки звукового удара громкость, то ее приемлемый уровень для населения в городах может составить около 65 децибелл. Такой уровень сравним с шумом большого города, и люди, живущие и работающие в городах, даже не заметят, что пролетел сверхзвуковой самолет. Приведенные мной значения – кандидаты на новые нормы звукового удара, которых сегодня пока нет. Американцы хотят быть первыми со сверхзвуковым самолетом, но и для них эти нормы являются крепким орешком.

Читайте также:  Компания Nissan представила новый электромобиль

Сила звукового удара зависит от многих факторов: от веса и формы самолета, высоты и скорости полета, от состояния атмосферы и рельефа местности. При полете могут образовываться области фокусировки ударных волн с местным усилением избыточного давления. Наша задача – снизить не только прямое воздействие звуковой волны, но и избежать фокусировки в зонах, прилегающих к трассе полета.

А в какой стадии находятся работы по гиперзвуку?

Сергей Чернышев: Гиперзвук – это огромный пласт работы всего научно-технологического комплекса России, включая и наш институт, в интересах обороны и гражданского общества. Мы рассматриваем варианты создания перспективного гиперзвукового пассажирского самолета, который будет использовать жидкий водород и летать на расстояния более 8 тысяч километров со скоростью более двух тысяч километров в час.

Перечень нерешенных здесь задач впечатляет своим разнообразием и степенью технологических вызовов. Отвечать на эти вызовы будут нынешнее и следующие поколения ученых, инженеров-конструкторов, технологов. Гиперзвуковой пассажирский самолет может появиться за горизонтом 2050 года. Тема интересная, но это уже совсем другая история.

Гиперзвук в мире гражданской и военной авиации. Часть 4

Возможно, пассажирский самолет, способный преодолеть маршрут любой протяженности менее чем за три часа, станет реальностью уже к 2030 году, пришел к выводу корреспондент BBC Future.
«
Это волшебный самолет… от полета на нем получаешь почти физическое удовольствие», — так когда-то высказалась стюардесса авиакомпании Air France Джоэль Корне-Темпле о британо-французском Concorde — одном из первых в мире сверхзвуковых авиалайнеров, который находился в эксплуатации с 1976 по 2003 гг. и стал символом стильного путешествия…

Concorde преодолевал расстояние между Лондоном и Сиднеем за 17 часов, три минуты и 45 секунд — для сравнения, полет на Boeing 747 по тому же маршруту занимал около 22 часов.
Менее известный в мире сверхзвуковой пассажирский самолет, советский Ту-144 , находился в эксплуатации до 1999 г. После окончания холодной войны один из вариантов Ту-144 использовался в интересах американского космического агентства НАСА, а также в качестве летной лаборатории в рамках совместной российско-американской исследовательской программы по созданию нового поколения сверхзвуковых летательных аппаратов гражданского назначения…

С выводом из эксплуатации обоих рынок сверхзвуковых пассажирских перевозок опустел. Теперь же, спустя 12 лет после прекращения регулярных полетов Concorde, сразу несколько конструкторских бюро работают над созданием еще более скоростных самолетов:

«Ту-360» — перспективный гиперзвуковой бомбардировщик

Разработка гиперзвукового бомбардировщика «Ту-360» началась в СССР в 1980-х годах. Он предназначался для уничтожения американских авианосных групп и других стратегических объектов…

При взлётной массе в 350 тонн он мог взять на борт до 10 тонн боевой нагрузки. Такое на первый взгляд не самое выдающееся соотношение нивелировалось фантастическими лётными характеристиками «Ту-360». Двухместный самолёт обладал длиной в 100 м и размахом крыльев свыше 40 метров; фюзеляж имел диаметр около 8 метров. «Ту-360» был способен к полёту на расстояния до 8 тысяч километров при скорости в 7500 км/ч (что в 6 раз превосходит звуковую); высота полёта достигала 30 километров…

Поскольку жидкий водород имеет втрое большую удельную теплоту сгорания, нежели керосин, но при одинаковом объёме весит почти в 12 раз меньше, то для выделения равного количества теплоты нужно по объёму в 4 раза больше водорода (Q=qm). Кроме этого, температура закипания криогенного топлива -253° C — для его хранения нужны специальные баки с теплоизоляцией. Вместе с этим, сохранялась проблема с его получением и взрывоопасностью, вследствие чего параллельно разрабатывался вариант самолёта на жидком метане.

Силовая установка выглядела как коробчатая конструкция, внутри которой размещалось шесть комбинированных двигателей — турбореактивные агрегаты, работающие на керосине, и гиперзвуковые прямоточные, функционирующие на жидком водороде. Они могли размещаться по двум схемам: на одной оси (при этом турбореактивный помещается «внутрь» прямоточного) или «друг над другом» (переключение воздушного потока происходит механической заслонкой). В полёте «Ту-360» должен быть непрерывно связан со спутниками, которые будут сообщать всю необходимую информацию о цели. В качестве вооружения на фюзеляже бомбардировщика планировалось размещать гиперзвуковую крылатую ракету «Х-90». К сожалению, из-за высокой стоимости и ряда сложностей, крайне перспективный проект был закрыт.

Европейские проекты

Один из проектов — европейский Lapcat II , в рамках которого планируется создать сразу два сверхзвуковых лайнера.

Причем один из них должен развивать крейсерскую скорость в 8500 км/ч, то есть в 8 раз выше скорости звука, что позволит ему перевозить пассажиров между Брюсселем и Сиднеем за 2 часа 55 минут…

Команда разработчиков Lapcat II представила доклад на июльской конференции, посвященной суборбитальным летательным аппаратам и гиперзвуковым системам и технологиям, проводившейся Американским институтом воздухоплавания и космонавтики в шотландском Глазго. По их словам, результаты серии предварительных испытаний указывают на то, что эта разработка будет более экологичной, чем существующие пассажирские самолеты, не менее безопасной и не намного более затратной в эксплуатации, чем нынешние дальнемагистральные лайнеры…

Какое топливо выбрать?

Координирует программу Lapcat II сотрудник Европейского космического агентства (ЕКА) Йохан Стилант.
В рамках Lapcat II параллельно разрабатываются два проекта:

Один из них — Lapcat A2, способный развивать скорость, соответствующую числу Маха 5 (М=5). Он будет оборудован гибридным воздушно-реактивным/ракетным двигателем с предварительным охлаждением Scimitar.

Другой самолет, разработкой которого занимается непосредственно ЕКА, будет использовать гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Его крейсерская скорость, как ожидается, будет соответствовать М=8.

В качестве окислителя в прямоточном воздушно-реактивном двигателе (ПВРД) используется забортный воздух: высокоскоростной набегающий воздушный поток, попадающий в воздухозаборник, сжимается и подается в камеру сгорания. На этом принципе работают, например, ракеты, которыми вооружен европейский истребитель Eurofighter Typhoon. Самолет, оснащенный ПВРД, способен развивать очень высокую скорость. Но на каком топливе должны работать гиперзвуковые двигатели будущего?

Двигатели являются самой сложной частью этого гиперзвукового проекта. И основной проблемой является высокая температура, которая может привести к плавлению и выходу из строя некоторых деталей двигателей.
Решение заключается в использовании жидкого водорода в качестве топлива. Поступающий воздух будет нагревать и испарять жидкий водород, отдавая ему излишнее тепло, обеспечивая, таким образом, приток дополнительной энергии извне для полета.
Такая силовая установка, которая планируется к установке на A2, позволит лайнеру летать на скорости до 5.2 Max (приблизительно 6.5 тысяч километров в час), а 200 тонн жидкого водорода должно хватить на преодоление 20 тысяч километров
расстояния…

Это очень важный вопрос, учитывая то, что одним из решающих факторов при создании сверхскоростных авиалайнеров является необходимость максимально снизить уровень вредных выбросов. По этой причине ЕКА выбрало водород, который является более экологически чистым, чем углеводородные типы топлива. Кроме того, хотя жидкий водород и можно поджечь, он воспламеняется не так легко, как керосин (стандартное топливо современных авиалайнеров), поэтому риск взрыва или пожара на борту существенно ниже. На жидком водороде, например, работали двигатели космических челноков НАСА «Спейс Шатл»…

«В отличие от керосина, жидкий водород при попадании в атмосферу мгновенно испаряется. Поэтому в случае утечки на стоянке под самолетом не будут образовываться лужи вытекшего топлива, — говорит Стилант. — Как и керосину, водороду для воспламенения нужен источник тепла, поэтому самопроизвольное возгорание исключено»…

Lapcat II — не единственная существующая программа разработки сверхскоростного самолета. ЕКА обменивается знаниями и технологиями с Японским агентством аэрокосмических исследований JAXA в рамках совместного японо-европейского проекта Hikari.JAXA же работает над созданием гиперзвукового авиалайнера под названием Hytex, который, как ожидается, будет способен пересекать Тихий океан за два часа со скоростью М=2…

В ходе испытаний в аэродинамической трубе турбореактивный двигатель Hytex уже достиг скорости в М=1,8. Двигатель использует жидкий водород как в качестве топлива, так и в качестве охладителя при полетах на гиперзвуковых скоростях…

«Мы завершили формирование облика Hytex и выполнили серию продувок в аэродинамической трубе. Расход топлива будет составлять одну пятую от того, что расходуют ракетные двигатели», — отмечает Хидеюки Тагучи, ведущий сотрудник JAXA по направлению гиперскоростной авиационной техники…

Читайте также:  Американская компания Postmates анонсировала роботов - курьеров

Где взять водород?

Главной проблемой, объясняющей высокую потенциальную стоимость эксплуатации гиперзвуковых самолетов, остается низкая эффективность существующего способа получения водорода.
Если бы водород извлекали из природного газа, а не получали путем электролиза воды, цена билета на гиперзвуковой рейс могла бы составить примерно половину от сегодняшней стоимости билета в бизнес-класс.
А при использовании нынешней технологии добычи водорода билет на самолет будущего, согласно прогнозам, обойдется в среднем примерно втрое дороже билета бизнес-класса на современный дозвуковой авиалайнер.
Так, за билет в один конец из Брюсселя в Сидней придется заплатить 5000 евро.

Как же более эффективно добывать водород в необходимых количествах?

«В водород можно превращать электроэнергию, вырабатываемую ветроэлектростанциями, — считает Стилант. — Этот принцип уже реализован одной из бельгийских сетей супермаркетов — ее магазины оборудованы ветряками, вырабатывающими водород, на котором работают вилочные погрузчики»…

В отличие от современных дозвуковых самолетов, авиалайнеры, работающие на водороде, не будут выбрасывать в атмосферу вещества, усиливающие парниковый эффект, такие как углекислый газ, окиси серы и сажа.
Однако у водородных двигателей есть свой недостаток: в процессе их работы образуются водяные пары, которые надолго остаются в стратосфере и могут сыграть свою роль в процессе глобального потепления.
Причем выбросы, образуемые при сгорании водорода, способны оказаться даже губительнее для климата, поскольку рассеиваются они действительно очень долго.

“Нам еще предстоит более детально изучить механизм этого процесса», — отмечает Стилант. Проведенные ранее исследования показали, что период рассеивания водяного пара экспоненциально сокращается при увеличении высоты: на высоте в 25 км он может составлять 30 лет, а на высотах, превышающих 32-34 км — менее года”…

Разработчики самолета Lapcat II , способного развивать скорость М=8, планируют, что он будет летать на эшелонах гораздо выше 33 км, что, как они рассчитывают, уменьшит вредное воздействие на окружающую среду.
Альтернативой водороду мог бы стать сжиженный природный газ — например, переохлажденный метан, который при хранении в жидком состоянии занимает гораздо меньший объем, чем в газообразном…

«Это может положить начало формированию рынка гиперзвуковой деловой авиации», — говорит Стилант.

Что делать со звуковым ударом?

Над созданием такого рынка уже работают другие компании. Европейский производитель Airbus недавно запатентовал концепцию гиперзвукового воздушного судна с дельтовидным крылом, способного развивать скорость М=4,5. Эту концепцию можно было бы использовать для создания деловых самолетов.
Airbus также работает — совместно с американским стартапом Aerion — над созданием сверхзвуковых реактивных самолетов для обеспеченных клиентов.
Еще одна американская компания, Spike Aerospace, планирует создать сверхзвуковой бизнес-джет, у которого роль иллюминаторов будут играть расположенные по бортам салона экраны — изображение на них будет подаваться с наружных видеокамер.
А оборонный производитель Lockheed Martin работает над гражданским самолетом N+2, способным летать со скоростью М=1,7…

Однако на таких высоких скоростях полета возникает еще одна проблема — воздействие звукового удара, вызываемого ударной волной от самолета, движущегося со сверхзвуковой скоростью.

Громкость звукового удара, достигающего земли, может достигать 160 дБ — достаточно, чтобы привести к необратимой потере слуха.
Фиксируемый на земле звуковой удар от летящего на сверхзвуке Concorde составлял 135 дБ — гораздо громче, чем в среднем шум, производимый дозвуковыми авиалайнерами…

Гиперзвуковым самолетам пришлось бы летать между Европой и Америкой через Северный полюс, пролагая маршрут вдали от населенной местности.
Еще громче звуковой удар при изменении скорости или маневрировании. Причем громкость достигающей земли ударной волны в этом случае в два или три раза выше, чем на высоте, на которой пролетает самолет.
Однако, поскольку европейский гиперзвуковой самолет будет летать выше обычных авиалайнеров, площадь звукового удара на местности окажется больше, а его громкость — ниже.
НАСА совместно с Lockheed Martin и Boeing исследует возможности снижения эффекта от звукового удара, производимого сверхскоростными самолетами. Не исключено, что к 2020-2025 гг. удастся разработать воздушные суда, способные преодолевать звуковой барьер над населенными районами, не создавая неудобств местным жителям…

Тем временем в Европе команда Стиланта продула в аэродинамической трубе модель 300-местного гиперзвукового самолета в масштабе 1:120 на скорости М=8.
Испытания подтвердили способность самолета создавать положительную тягу. Хотя он и будет расходовать вдвое больше топлива, чем проектируемый авиалайнер, развивающий скорость М=4 , экономия времени в пути составит около 50%, так что на один и тот же маршрут обоим самолетам потребуется примерно одинаковое количество топлива…

Как победить проблему нагревания?

Еще одна проблема, которую предстоит решить, — это нагревание внешних поверхностей гиперзвукового самолета: при полете на скоростях от М=5 и выше температура его обшивки будет достигать 1000°C.

Алюминий и титан при таких температурах плавятся, подобно маслу. Придется использовать керамические материалы.
В ходе продувок на скорости М=8 поверхность модели нагревалась до температуры примерно на 30% ниже, чем на скорости М=5.
Этот парадокс стал приятным сюрпризом для команды Стиланта, которая представила результаты испытаний на конференции в Глазго…

«Масса термозащитного покрытия, требуемого для воздушного судна, летающего на скорости М=8, может быть ниже, чем для самолета, летающего на М=5. Чем легче самолет, тем ниже расход топлива; соответственно, снижается объем топливных баков, а это, в свою очередь, ведет к еще большему облегчению конструкции», — говорит Стилант…

Команда японских инженеров, работающих над проектом Hytex , изучила потенциальный рынок гиперзвуковых авиалайнеров с крейсерской скоростью М=5 и пришла к выводу, что наиболее востребованным стал бы 100-местный вариант, способный выполнять два оборотных рейса за день (то есть всего четыре рейса от взлета до посадки).
Пассажирами в основном были бы люди, интересующиеся необычными способами передвижения и готовые заплатить сумму, эквивалентную сегодняшнему билету первого класса.
Согласно исследованию, проведенному Airbus и японской Japan Aircraft Development Corporation, к 2030 г. стоимость сегмента гиперзвукового авиастроения может составить 3,5 млрд евро, а количество занятого в нем персонала — превысить 500 000 человек…

«Прогнозируемая цена билета на рейс из Токио в Лос-Анджелес была бы сравнима со стоимостью нынешнего билета первого класса на том же направлении», — говорит Тагучи.

Airbus и Aerion начнут испытывать свою разработку в 2019 г. На завершение работы над Lapcat A2 (развивающим скорость М=5) может потребоваться еще около 20 лет, а проект Lapcat со скоростью М=8, возможно, станет коммерчески окупаемым где-то в середине текущего столетия.

В заключение

Таким образом, гиперзвуковые перелеты оказались бы доступными примерно 10 процентам всех авиапассажиров — то есть тем, кто имеет возможность и желание платить за более скоростные перелеты.

Гиперзвуковой прорыв ВВС США

Научно-технический задел, реализованный в той или иной степени в программах различных ведомств – X-43A (НАСА), X-51A (ВВС), AHW (СВ), ArcLight (DARPA, ВМС), Falcon HTV-2 (DARPA, ВВС) и других, позволит, по мнению ряда специалистов, создать гиперзвуковые ВВТ: авиационную крылатую ракету (КР) большой дальности, морскую крылатую ракету в противокорабельном (ПКР) и ударном (против наземных целей) вариантах – к 2018–2020 годам, а разведывательный самолет – к 2030-му году.

Несмотря на ряд неудач в проведении летных испытаний гиперзвуковых летательных аппаратов, американские военные не сворачивают работы в данном направлении. В частности, в ВВС по-прежнему считают, что достижение сверхвысоких скоростей полета – главный приоритет в ведении боевых действий.

Двигатель – оружие – самолёт

Работы в области гиперзвука начались в США в конце 70-х годов ХХ века, когда компания «Мартин Мариетта» разрабатывала перспективную стратегическую авиационную ракету ASALM (Advanced Strategic Air Launched Missile) с прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ПВРД). Именно в те годы американские специалисты осознали реальные технологические проблемы обеспечения гиперзвукового полета как для системы ударного оружия, так и для самолета. Реализация детального плана работ в области гиперзвука, сформированного на современном этапе развития науки и техники, должна помочь достижению давно задуманных целей.

Читайте также:  Китайские ученые создадут человекоподобных роботов

Пока налицо крайне медленный прогресс в указанной области за весь период с момента создания ракеты ASALM до недавних полетов аппарата – демонстратора гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД) – крылатой ракеты X-51A Waverider разработки компании «Боинг». Тем не менее, неизменной остается погоня за увеличением скорости.

В ближайшее время в США будет завершено формирование целостного плана, реализация которого обеспечит создание гиперзвуковых ударного оружия (ракет) и самолета. Отличительной особенностью этого плана, как отмечает еженедельник «Авиэйшн уик энд спейс текнолоджи», является распределение перспективных задач не по годам, а по десятилетиям.

Работы по ракетам в основном завершатся к 2020 году, а по разведывательному гиперзвуковому самолету, способному преодолевать систему ПВО противника, – к 2030-му. Не исключено, что аппарат будет создан в пилотируемом варианте. Чтобы начать полномасштабную разработку гиперзвукового оружия, к началу 2018 финансового года планируется достигнуть шестого уровня технологической готовности (УТГ, Technology Readiness Level – TRL) – отработки демонстратора перспективного двигателя.

В области гиперзвукового самолета заявлена гораздо менее амбициозная задача – достижение четвертого УТГ (отработка конкретных узлов) к 2020 году. В то же время представители ВВС сообщили, что в случае необходимости темпы разработки самолета можно ускорить.

«Непосредственно на данный момент в гиперзвуковом самолете нет прямой необходимости, но если потребуется, мы сможем ускорить исследования», – говорит Кристофер Клей, заместитель по технологиям заместителя министра ВВС по науке. Конечной задачей исследований, по его словам, является придание боевым возможностям ВВС США гиперзвуковой составляющей. Таким образом, гиперзвуковые КР будут созданы раньше самолета: реализация демонстрационной программы высокоскоростного ударного оружия (в части ракет) HSSW (High-Speed Strike Weapon) начнется примерно в марте 2013 года, а ее завершение запланировано к концу 2020-го с проведением боевых испытаний.

Демонстратор ракетных технологий

«Мы попробуем начать испытательные пуски КР с 2017 года, и если они будут успешными, то продолжатся в 2018 и 2019 годах», – сообщил еженедельнику представитель ВВС США. Он добавил, что планом предусматривается проведение от шести до семи полетов. Главной задачей при их выполнении является повышение надежности различных технологических компонентов оружия – от системы управления до двигательной установки. Цель демонстрационной программы состоит в выполнении успешных ударов по целям на дальности до сотен километров.

«Необходимо продемонстрировать точность стрельбы, а также показать работоспособность оружия совместно с существующими бортовыми самолетными системами, возможность его установки как во внутренних отсеках бомбардировщиков, так и на внешних подвесках истребителей. Оно также должно обладать возможностью применения в распределенной сети разведывательных и боевых средств и иметь различные поражающие факторы», – отмечают в ВВС.

Для решения поставленных задач отрабатываются передовые системы наведения, боевые части селективного действия, а также концепции эффективной высокоскоростной двигательной установки длительного действия. Новое оружие стремятся сделать легким и недорогим. Его стоимость не должна превышать стоимость дозвуковых КР более чем в два раза, то есть затраты на выполнение боевых задач должны быть обоснованными и допустимыми. Идея состоит в том, чтобы применять гиперзвуковое оружие там, где это целесообразно. В противном случае гиперзвук не является оптимальным вариантом.

Тактико-технические требования

Гиперзвуковые КР и их прототипы, создаваемые по таким программам, как, например, завершившийся проект «Арклайт» (ArcLight) Управления перспективных исследований Министерства обороны (DARPA), должны быть совместимыми с различными пусковыми системами, в том числе с вертикальной пусковой установкой Mk 41 VLS, принятой на вооружение ВМС США.

ВВС уже практически определились с ключевыми требованиями к ракетам. Они прописаны в «дорожной карте» (плане) – High Speed Weapon Roadmap – по ракетному оружию, формирование которой в настоящее время находится на завершающей стадии.

Что касается самолета в разведывательном или ударном (high-speed ISR/strike) варианте, то он должен сохранить боеспособность (выжить) в течение суток без космической поддержки – коммуникационных и навигационных спутников – и быть в состоянии проникать в зоны, прикрываемые ПВО. Аппарат будет оснащаться турбинным двигателем комбинированного типа TBCC (Turbine-Based Combined Cycle), совершать крейсерский полет на скорости более М=4 и стартовать с обычной взлетно-посадочной полосы. Позже в требованиях ВВС установили конкретную цифру – M=5. Разработка самолета станет значительным шагом вперед в вопросе гиперзвуковых технологий и связана с более высоким уровнем риска по сравнению с ракетами, считают в ВВС.

Поэтому программа создания гиперзвукового самолета и соответствующая «дорожная карта» (High Speed Aircraft Roadmap) имеют более длительные сроки реализации и требуют значительно больших ассигнований. Для определения технологических проблем, которые необходимо решать в ближайшей перспективе, проводился анализ потребности в высокоскоростном носителе. Наряду с изучением новых концепций и видов летательных аппаратов выбиралась желаемая скорость.

«Все исследования вели нас в направлении числа M=5 и выше. Мы начали выяснять, какие технологии необходимы, чтобы реализовать такую скорость», – отметили в ВВС. Формируемый целостный план работ предусматривает демонстрацию системы переключения газотурбинного двигателя на двухрежимную работу прямоточного и гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя в 2020 году.

«Очень важно преодолеть переходный режим, – отмечают американские специалисты. – При этом необходимо исследовать, как можно использовать коммерческие серийные газотурбинные двигатели. Например, можно ли немного продлить работу газотурбинного двигателя и слегка задержать начало работы двухрежимного ПВРД?».

Силовая установка

В мае 2010 года первый полет X-51A с углеводородным ГПВРД продолжался 143 секунды вместо запланированных 300. Утечка в уплотнении между двигателем и соплом привела к преждевременному окончанию полета, однако ГПВРД обеспечил требуемое ускорение. Второй полет в июне 2011-го завершился, когда воздухозаборник не начал работать в момент запуска ГПВРД.

А третий полёт в августе 2012 года закончился до момента запуска двигателя из-за неисправности в управляемом стабилизаторе аппарата, которая привела к его падению и разрушению. В рамках подготовки к завершающему четвертому полету по всем выявленным недостаткам были проведены необходимые конструктивные доработки аппарата-демонстратора.

Новые испытания двигателя-демонстратора будут проходить на планере уменьшенных размеров с подачей потока топлива как полномасштабной, так и половинной мощности. Эта опытная модель станет технологическим стендом для отработки других систем, например композиционных конструкций с керамической матрицей, технологии регулирования мощности, теплорегулирования, бортовых датчиков. В тестах будут применяться ГПВРД, в 8–16 раз превосходящие по размерам те, которые выполняли испытательные полеты до нынешнего дня.

Недавно в число задач технологических испытаний включена герметизация сопла. «На примере аппарата X-51A мы увидели, как простые вещи, например уплотнение, могут привести к проблемам», – отметил один из представителей ВВС. Он также сообщил, что четвертый полет демонстратора гиперзвуковых технологий X-51A состоится в любом случае. Всего было проведено три испытательных полета: один признали частично успешным, два – неудачными. Научно-исследовательская лаборатория ВВС США (Air Force Research Laboratory – AFRL) четвертый тест наметила на середину 2013 года.

Ведомственные программы

Интересно отметить, что американские специалисты в области аэрокосмических технологий категорически не согласны с мнением, что неудачи летных испытаний обусловливают необходимость сворачивания реализуемых программ. Особенно если дело касается гиперзвуковой техники. Чем сложнее программа, тем больше она связана с возможными неудачами в ходе ее реализации, считают эксперты.

Эти неудачи являются неотъемлемой частью формирования опыта и накопления знаний и без них невозможен прогресс в развитии техники. Желательно только, чтобы в целях снижения стоимости и рисков неудачи случались на ранних стадиях реализации проекта.

Надежды ВВС на возможность создания боевой гиперзвуковой техники в указанные сроки связаны с определенными успехами прежних программ различных организаций. В частности, в ходе первого полета аппарата X-51A работа в режиме ГПВРД продолжалась 143 секунды, что в 11 раз превысило время работы аппарата X-43A НАСА в 2004 году.

Читайте также:  Создана система виртуальной реальности для животных

В ноябре 2011-го проведено успешное летное испытание высокоточного боевого блока-демонстратора AHW (Advanced Hypersonic Weapon) для СВ США. Гиперзвуковой атмосферный планирующий аппарат дальнего действия был запущен из Тихоокеанского ракетного испытательного центра (остров Кауаи, Гавайские острова) в зону атолла Кваджалейн, где расположен испытательный полигон СВ. Цель испытаний заключалась в сборе данных по технологиям обеспечения гиперзвукового планирующего полета в атмосфере на большую дальность. Оценивались аэродинамические характеристики, система навигации, наведения и управления, технологии системы теплозащиты.

Трехступенчатая ракета-носитель обеспечила выведение планирующего аппарата AHW на расчетную траекторию полета и его отделение от последней ступени ракеты. Аппарат выполнил полет на гиперзвуковой скорости по небаллистической планирующей траектории и менее чем за 30 минут достиг расчетной зоны падения на атолле Кваджалейн. На всех участках полета проводился сбор телеметрической информации космическими, воздушными, наземными и морскими средствами.

Полученные данные используются для моделирования и разработки перспективных гиперзвуковых планирующих аппаратов. Программу AHW реализуют Командование космической и противоракетной обороны (United States Army Space and Missile Defense Command – USASMDC) и Стратегическое командование (Army Forces Strategic Command – ARSTRAT) СВ США в рамках инициативы МО «Быстрый глобальный удар» (Prompt Global Strike).

Разгонная ступень и планирующий аппарат разработаны Национальной лабораторией Сандиа в Альбукерке штата Нью-Мексико. Система теплозащиты аппарата создана Центром авиационных и ракетных НИОКР СВ в городе Хантсвилле штата Алабама (Redstone Arsenal SMDC/ARSTRAT).

Переломный момент

Одно из направлений перспективных работ ВВС по гиперзвуку состоит в достижении более высоких скоростей и более широкой зоны действия. Это резко сокращает время, отпущенное противнику для ответной реакции, и позволяет сохранить свои войска на безопасном удалении (вне зоны действия огневых средств противника). В будущих военных конфликтах между практически равными по техническим возможностям сторонами для достижения превосходства очень привлекательной является идея применения гиперзвукового оружия. Именно поэтому AFRL и DARPA продолжают работы по программам изучения таких технологий.

Как подчеркивают эксперты, в рамках нынешнего военного бюджета США и при наличии весьма жестких требований к выполнению заявленных НИОКР необходима прорывная концепция для привлечения заказчиков. Высокоскоростное гиперзвуковое оружие глобального радиуса действия как раз и является такой идеей. Здесь речь идет действительно о революционных достижениях науки, а не о различных технологических инновациях. Отказы в испытаниях являются неотъемлемой частью реализации концепций данного типа, поскольку база знаний, необходимых для достижения успеха, все еще находится в стадии формирования.

Прошли десятилетия с начала исследований в области гиперзвука. Промышленность по-прежнему продолжает собирать новую информацию об аэродинамике, двигателе, управлении полетом и тепловой защите гиперзвуковых летательных аппаратов. В отличие от технологий обеспечения малозаметности «Стелс», которые разрабатывались в рамках официальных, хотя и закрытых работ, в области гиперзвука в США до последнего времени не было постоянной программы исследований с достаточным количеством полетов, необходимых для отработки научно-технических задач.

Проведено относительно немного летных испытаний, что связано со снижением затрат и рисков. Однако руководство каждой новой программы в области гиперзвука пытается оправдать ее существование, достигнув более высоких результатов, чем в предшествующих проектах, увеличивая таким образом риск и стоимость отказов. Но ведь погоня за гиперзвуком – это только верхушка айсберга.

Развитие потенциально ценных технологий в аэрокосмической индустрии сдерживается из-за страха провалов даже на ранней стадии НИОКР. Каким-то образом эта отрасль, важная сама по себе, достигла состояния, где нет или почти нет терпимости к риску, подчеркивают американские специалисты. В связи с этим американское научное сообщество считает, что сегодня настал такой момент, когда необходимо собраться, возобновить летные испытания и попытаться решить сложные проблемы, связанные с дальнейшим развитием гиперзвуковых технологий.

США испытали сверхсекретный гиперзвуковой самолёт, предназначенный для нанесения глобального удара

Одной из самых ярких историй 2017 года, произошедших в мире военной авиации, стало испытание в США сверхсекретного прототипа под кодовым названием SR-72. Речь идет о таинственном гиперзвуковом беспилотном летательном аппарате, который за счет чрезвычайно быстрого движения — около 6 скоростей звука и выше — будет использован для нужд разведки: предполагается, что противник попросту не успеет среагировать на его появление.

Его первые летные испытания состоялись в июле, однако широкой общественности о них стало известно лишь в конце сентября: все, что связано с его разработкой, держится в строжайшем секрете. Newsader представляет обзорный материал по этой теме, воспользовавшись зарубежными и русскоязычными источниками информации.

“На пороге гиперзвуковой революции”

Как пишет научно-техническое издание N+1 со ссылкой на американский авиационный ресурс Aviation Week, первый полет прототипа SR-72 состоялся в конце июля на аэродроме 42-го ремонтного предприятия ВВС США в Палмдейле в Калифорнии. Во время первого полета беспилотник сопровождали два учебных самолета T-38 Talon. Хотя подробности о первых испытаниях не раскрываются, предполагается, что они прошли успешно.

Выступая на выставке WCX: SAE World Congress Experience, прошедшей на территории военной базы “Форт-Уэрт” в Техасе в конце сентября 2017 года, исполнительный вице-президент по аэронавтике компании Lockheed Martin Орландо Карвальо заявил, что Skunk Works — подразделение компании, непосредственно разрабатывающее аппарат — удвоило ресурсы, выделенные на гиперзвуковой проект.

“Я думаю, что Соединенные Штаты находятся на пороге гиперзвуковой революции”, — сказал Карвальо, оговорившись, что не может раскрывать детали.

Между тем, Skunk Works считается самым засекреченным конструкторским отделом Lockheed Martin.

Основу силовой установки SR-72 составит турбореактивный двигатель, способный разгонять аппарат быстрее 1,5-2 чисел Маха. На этой скорости будет включаться сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель, который будет разгонять аппарат до невероятных шести чисел Маха — около 6400 км/ч. Гиперзвуковой считается скорость, превышающая пять чисел Маха.

По данным издания Topwar, в настоящее время рассматриваются 2 варианта самолета — беспилотный и пилотируемый, каждый из которых сможет нести в том числе комплекс наступательных вооружений. Оружие, которое можно будет использовать с самолета SR-72, Lockheed Martin планирует продемонстрировать в 2018 году. Речь, главным образом, идет о новых облегченных ракетах, так как при запуске на скорости полета 6 Махов им не нужна будет разгоняющая, а, следовательно, утяжеляющая их начинка.

Одной из задач новых гиперзвуковых самолетов SR-72 станет не только обеспечение США необходимой разведывательной информацией, но и увеличение военной силы государства. По словам руководителя программы Hypersonics Бреда Леланда, гиперзвуковые самолеты, имеющие на вооружении гиперзвуковые ракеты, смогут проникать в закрытое для полетов воздушное пространство вероятного противника и наносить ракетные удары в любой части континента, долетев до места назначения менее чем за 1 час.

По словам специалиста, именно скорость должна стать следующим ключевым показателем во всей мировой авиации нового поколения и будет оставаться приоритетом на протяжении нескольких ближайших десятилетий. Леланд считает, что данные технологии станут таким же переломным моментом, требующим смены “правил игры”, каким в свое время стало массовое внедрение технологий по типу “стелс”.

По словам Бреда Леланда, SR-72 на скорости полета 6 Махов сможет оставить потенциальным противникам США не только минимум времени на осуществление ответных действий, но и удивить их показателями высокой эффективности при использовании гиперзвуковых ракет. Так как для их пуска не потребуется ракетоноситель, скорость таких ракет сможет в 6 раз превысить скорость звука, а конструкция ракет будет значительно легче, причем не только в плане веса, но и с точки зрения самого строения ракеты.

Сердцем нового самолета должна стать, как ее называют в компании Lockheed, турбина на основе комбинированного цикла работы. Она будет сочетать в себе технологию двигателя гиперзвукового летательного аппарата HTV-2 (Hypersonic Technology Vehicle), который мог развить скорость полета в 20 Махов (около 24 500 км/ч) во время проведения тестовых испытаний. SR-72 получит 2 двигателя, каждый из которых, по сути, будет являться двойным. В двигателе будет использована сложная объединенная конструкция, состоящая из сопла и воздухозаборников, подключаемых к двум различным источникам питания, что позволит добиться значительного снижения лобового сопротивления воздуха.

Читайте также:  По словам ученых, мелодичное звучание будильника – самый лучший способ проснуться

На проработку конструкции будущих двигателей и их внешнего вида компании Lockheed и Aerojet Rocketdyne потратили 7 лет совместной работы. К настоящему времени Skunk Works разработала и испытала ряд важных систем перспективного беспилотника, включая элементы комбинированной силовой установки аппарата, которая позволит ему выполнять полеты на скорости шести чисел Маха, что составляет 7,4 тысячи километра в час.

По оценке компании, наибольшую сложность в проекте представляет диапазон от 2,2 до четырех чисел Маха. В силу особенностей конструкции турбореактивные двигатели, используемые на современных истребителях, не могут разгонять самолет быстрее 2,2 числа Маха. В то же время прямоточные воздушно-реактивные двигатели не могут “подхватывать” полет на скорости ниже четырех чисел Маха.

Со своей стороны руководитель подразделения Skunk Works компании Lockheed Martin Роб Вайсс, предсказавший завершение работ над SR-72 в течение 10 лет, заявил в интервью изданию Flightglobal, что проектирование беспилотника является и наиболее дешевым способом разработать двигательную установку, которая позволит летательным аппаратам развивать скорости от шести до 20 чисел Маха — то есть до 24,7 тысячи километров в час.

Как говорилось в более ранних материалах Aviation Week, SR-72 призван восполнить пробел в американской стратегии преодоления современных противоракетных систем (ПВО). Есть опасения, что стремительно развивающиеся системы противосамолетной борьбы и противоспутникового оружия в РФ и Китае в отдельных случаях могут усложнить работу стелс-самолетов США. Эту проблему помогут преодолеть технологии, принципиально отличающиеся от инструментов стелс, активно используемых в современных летательных аппаратах пятого поколения, таких как F-22 и F-35: высокоскоростной SR-72 сможет проникать во вражеское воздушное пространство, поражая цели прежде, чем противники смогут обнаружить и перехватить его. В связи с этим в 2013 году представители Lockheed Martin отметили, что не будут уделять особенное внимание технологиям малозаметности при проектировании SR-72, поскольку гиперзвуковой полет можно считать своего рода альтернативой малозаметности.

Lockheed Martin планирует завершить разработку беспилотной версии гиперзвукового аппарата SR-72 к середине 2020-х годов. Работа над проектом SR-72 согласуется с планами ВВС США получить к 2020 году ударное гиперзвуковое оружие, а к 2030 году поставить на боевое дежурство гиперзвуковой разведывательный самолет, способный гарантированно проникать в хорошо защищенное воздушное пространство. Стоимость разработки и производства одного опытного образца SR-72, составит менее одного миллиарда долларов.

Что касается пилотируемого аппарата на базе SR-72, то его планируется построить уже в следующем году и впервые испытать в 2023 году. Предполагается, что серийный SR-72A, который планируется выпускать к 2030 году, будет в 2,5-3 раза крупнее и в 8-10 раз тяжелее “прототипа”.

Уникальные возможности SR-72

В этой связи издание The Avationist анализирует возможности новейшего аппарата, назвав “оглушительным” молчание со стороны Lockheed Martin по поводу недавних испытаний SR-72: автор уверен, что, если бы испытания завершились ничем, то компания прямо заявила бы об этом, а не воздерживалась от комментариев.

По словам автора публикации Тома Демерли, SR-72 будет обладать четырьмя уникальными возможностями в рамках концепций гарантированного проникновения в среду ПВО и глобального удара.

Во-первых, высокое качество получаемых данных разведки. Как известно, актуальность и качество любой собранной разведывательной информации являются весьма неудовлетворительными, если противник оказывается осведомлен о факте ее сбора. SR-72 имеет в этой области существенное преимущество перед аналогами благодаря тому, что он способен собирать разведданные в режиме предельной скрытности за счет сверхвысоких скоростей. Аппарат повысит качество мониторинга вражеских секретов уже по той причине, что противник не будет знать, что его оперативная система безопасности была скомпрометирована.

Во-вторых, сверхвысокая скорость SR-72 позволит ему молниеносно переместиться в зону разведки и в режиме реального времени транслировать оператору собранные данные.

В-третьих, противнику будет крайне трудно перехватить SR-72 даже в том случае, если ему удастся обнаружить его. Здесь следует упомянуть, что предшественник SR-72 — самолет SR-71 — за счет высокой скорости (выше трех Махов) и высоты мог оставаться недосягаемым для большинства ракет и самолетов-перехватчиков. Однако прогресс в обнаружении, тактике, авиации, авиационном оружии и ракетах наземного и воздушного базирования привел к тому, что прежних скоростей недостаточно для того, чтобы уйти от противника.

В-четвертых, беспилотный SR-72 избавит людей от необходимости рисковать жизнями и принимать решения в среде со сверхбыстрыми скоростями. В случае, если стратегические ударные платформы вроде МБР и крылатых ракет пойдут в атаку, именно робот, спроектированный как стратегический ударный актив с ультра-высокоскоростным двигателем и глобальным диапазоном охвата, способен взять на себя техническую часть задач и тем самым сохранить человеку время на приятие верного решения в глобальном и локальном конфликте.

Определив эти четыре момента, Демерли описал те регионы, в которых мог бы использоваться SR-72.

Во-первых, речь идет о КНДР, которая продолжает стремительно двигаться к созданию ядерного оружия, способного угрожать континентальной части США. SR-72 мог бы стать решающим фактором в том, что касается превентивного удара по Пхеньяну и своевременного реагирования на враждебную активность Северной Кореи.

Во-вторых, SR-72 отлично справился бы с задачей тайного мониторинга иранской ядерной программы. Хотя орбитальные разведывательные средства могут обеспечить отличную визуализацию по всему спектру — от видимого до инфракрасного до электронного излучения, — разведывательный спутник имеет недостатки: он не может собирать образцы атмосферы, которые являются ключевыми для обнаружения признаков ядерных испытаний. В этом смысле гораздо более адекватным было бы задействование более динамичной, высокоскоростной, низко летящей платформы, которая была бы куда гибче спутников-шпионов.

В-третьих, Сирия: хотя тесное взаимодействие США с Россией в сирийском конфликте пока что дает результаты, все же потенциал серьезных инцидентов по-прежнему имеется. Разведдеятельность SR-72, скрытно проведенная в отношении сирийских и российских активов в режиме реального времени, поможет до минимума снизить риск случайных столкновений, а также предоставит Соединенным Штатам исключительную информацию, недоступную другим участникам ситуации.

В-четвертых, следует иметь в виду развивающийся глобальный театр с участием РФ, Китая и других держав. Как известно, Соединенные Штаты географически изолированы от ключевых конфликтных регионов в Азии, Африке и на Ближнем Востоке. С одной стороны, океаны защищают США. С другой стороны, удаленность от потенциальных противников вынуждает США иметь на вооружении аппараты с большой дальностью действия и высокой скоростью. SR-72 полностью соответствует этой концепции упреждения конфликтов по всему миру.

Легендарный SR-71 — предшественник SR-72

Проект SR-72 был впервые представлен компанией Lockheed Martin в 2013 году. Перспективный аппарат разрабатывается в качестве замены списанным в 1998 году разведывательным пилотируемым самолетам SR-71 Blackbird. Последний мог развивать скорость до 3,2 числа Маха за счет комбинированных силовых установок.

Прежде всего, следует отметить, что SR-71, усовершенствованную версию которого теперь готовят американские производители, в 1976 году установил абсолютный рекорд скорости среди пилотируемых самолётов с турбореактивными двигателями — 3529,56 км/ч. Среди его достижений оказался и рекорд высоты в горизонтальном полете — 25929 м.

Благодаря своим возможностям он оказался единственным самолетом, против которого северовьетнамская — то есть советская — система ПВО оказалась бесполезной. Согласно открытым источникам, данный аппарат участвовал в разведке во Вьетнаме и Северной Корее в 1968 году, и одному вьетнамскому зенитно-ракетному полку была поставлена задача уничтожить этот самолёт, чтобы поднять престиж советского оружия в глазах вьетнамцев, но произведённые несколько пусков ракет по SR-71 были безрезультатными. После появления на вооружении СССР более совершенного ПВО SR-71 был снят с вооружения, и ему на смену пришел стелс-монстр B-2 Spirit: как и более современные военные стелс-самолеты (F-22 и F-35) он уворачивается от ПВО не за счет сверхбыстрого перемещения, а посредством технологий невидимости. Последние, как указывают американские разработчики, способны преодолевать любые перспективные российские ПВО, в том числе С-300 и С-400.

Читайте также:  В Калифорнии хотят ввести запрет на использование бензиновых и дизельных авто

Тем не менее, в период боевого использования в условиях холодной войны Blackbird зарекомендовал себя как весьма эффективный аппарат: он выполнял разведывательные полёты над территорией СССР и регулярно нарушал советское воздушное пространство, в отдельные сутки совершая до 8-12 подходов к воздушным границам страны. Известно и о других его миссиях: он работал над воздушным пространством Кубы, а в 1973 году во время арабо-израильской войны Судного дня производил фоторазведку Египта, Иордании и Сирии. Применялся SR-71 и в гражданских целях: самолёт выполнял аэродинамические исследования НАСА по программам AST (Advanced Supersonic Technology — перспективные сверхзвуковые технологии) и SCAR (Supersonic Cruise Aircraft Research — разработка самолёта с крейсерской сверхзвуковой скоростью полёта).

Учитывая, что в SR-72 будут применены как новейшие технологии XXI века, так и уже испытанные преимущества SR-71, можно с уверенностью сказать, что он станет одним из важнейших стратегических активов Соединенных Штатов в сдерживании угроз со стороны России, Китая, Ирана, КНДР и других игроков, представляющих для Америки угрозу.

Обдали «Холодом»: как Советский Союз выиграл гиперзвуковую гонку у США

Потерпев ряд неудач в развитии собственных гиперзвуковых проектов, в 1990-е годы США стали просто покупать любые результаты, полученные на советско-российском гиперзвуковом летательном аппарате «Холод». После того, как это «сотрудничество» было свернуто, прогресс американцев остановился. «Реальное время» публикует материал деловой газеты «Взгляд», рассказывающий о предыстории и ходе советско-американской «гиперзвуковой гонки».

Американское руководство вновь показало свое лицемерие по отношению к России. Заявления помощника президента США Болтона о том, что новейшие российские разработки гиперзвукового оружия в значительной степени состоят из «украденных» американских технологий, — двойная ложь. Все обстоит ровно наоборот: гиперзвуковые разработки Америки базируются на советских открытиях.

Сначала немцы

В середине 1940-х годов гитлеровская Германия, казалось, заглянула «за горизонт событий». Ей удалось предвосхитить и даже отчасти реализовать в металле массу прорывных технических концепций, несколько из которых впоследствии определили облик второй половины XX века, а парочке которых, возможно, предстоит стать и новыми технологическими прорывами XXI века.

Одной из таких разработок была «Серебряная птица» австрийского ученого Эйгена Зенгера, которая стала первым детально проработанным проектом суборбитального гиперзвукового бомбардировщика. Взлетать Silbervogel должен был с громадной трехкилометровой рельсовой эстакады, на которой была установлена стартовая катапульта. После разгона на эстакаде бомбардировщик отделялся бы от тележки и, набирая высоту, включал жидкостной ракетный двигатель. После окончания работы двигателя конечная скорость самолета составила бы около 6,5 км/c, или же 21М.

Фото dogswar.ru

«Махами», или буквами М, обозначают превышение летательным аппаратом скорости звука — и 21М скорости «Серебряной птицы» означал, что нацистский бомбардировщик мог бы лететь со скоростью, в 21 раз превышающей скорость звука. Такой полет был бы уже гиперзвуковым — гиперзвуком называется движение летящего тела в воздушной среде, которое идет со скоростями более 5М. Граница в 5М, которая отделяет сверхзвук от гиперзвука, выбрана неслучайно — именно при такой скорости в очередной раз радикально изменяется картина обтекания летательного аппарата окружающим воздухом. Вокруг гиперзвукового аппарата начинает бушевать настоящий воздушный вихрь, так как течение воздуха из спокойного, ламинарного, становится неустойчивым, турбулентным. Кроме того, в окружающем аппарат тонком пограничном слое воздух начинает сильно нагреваться и превращаться в плазму.

Впрочем, согласно замыслу Зенгера, на скорости 21М «Серебряная птица» должна была лететь очень недолго. После выхода за пределы атмосферы Земли гиперзвуковой самолет должен был несколько раз осуществить обратный «нырок», постепенно уменьшая свою скорость, но наращивая дальность полета. По расчетам, уже на первом «нырке» в атмосферу Silbervogel мог бы бомбить Москву, а на втором — долететь с территории Германии до Нью-Йорка или промышленных центров Урала.

Впрочем, в реальности самолет Зенгера не вышел из стадии проектирования. Наследие «Серебряной птицы», включая все расчеты и испытания натурных моделей, попало в руки как советских, так и американских специалистов.

Достичь — не значит лететь

Первым пилотом, совершившим суборбитальный полет на гиперзвуковом самолете, стал американский летчик Джозеф Уокер. Это удалось ему с помощью оригинальной разработки гиперзвукового самолета в США, которая получила наименование Х-15. В полете, который состоялся 19 июля 1963 года, Уокер достиг на Х-15 высоты 106 километров и формально оказался в «настоящем космосе», за пределами воображаемой «линии Кармана», которая отделяет атмосферу Земли от околоземного пространства. Через месяц, 22 августа 1963 года, Уокер улучшил свой рекорд, подняв X-15 на рекордную высоту 108 километров.

Х-15 во многом наследовал идее «Серебряной птицы», только вместо стартовой катапульты использовал «воздушный аэродром». Стратегический бомбардировщик В-52 был для Х-15 стартовой эстакадой, разогнанной до скорости чуть меньше скорости звука. Полеты Х-15 осуществлялись с 1959 по 1970 год. Всего Х-15 было осуществлено 192 полета, 13 раз гиперзвуковые самолеты Х-15 поднимались на высоты более 80 километров.

Полеты Х-15 осуществлялись с 1959 по 1970 год. Всего Х-15 было осуществлено 192 полета, 13 раз гиперзвуковые самолеты Х-15 поднимались на высоты более 80 километров. Фото nasa.gov

Максимальная скорость, которую удалось обеспечить на Х-15, составляла 6,72М, или же 7 274 км/час. Однако после ряда аварий и катастроф, в том числе и с человеческими жертвами, программа Х-15 была закрыта — и дальнейшие работы в США по гиперзвуку были на длительный период прекращены.

Закрытие программы было связано и с тем, что жидкостной двигатель Х-15 работал на капризной топливной паре аммиак — жидкий водород, и его устойчивой работы так и не удалось достичь. Кроме того, жидкостной двигатель (ЖРД), устанавливаемый на Х-15, был крайне неэффективным и работал всего около 80 секунд — его хватало на один «подскок» за пределы атмосферы, но даже до «ныркового» полета Silbervogel американский Х-15 никак не дотягивал.

Вторым столь же спорным и малоуспешным американским проектом гиперзвукового самолета оказался Х-20 Dyna Soar, чье название обозначало сокращенное dynamic soaring — «динамическое парение», что созвучно и слову «динозавр» на английском. Dyna Soar X-20 должен был стать продолжением и развитием самолета Х-15. Закидывать «Динозавра» в космос хотели ракетой «Титан», она же должна была вывести вместе с Х-20 разгонно-маневренный ракетный блок, который бы позволил «Динозавру» как выйти на истинную околоземную орбиту, так и совершать глубокие гиперзвуковые аэродинамические маневры в атмосфере Земли. В таких условиях полета X-20 был бы недоступен как для космического оружия, так и для средств обычного ПВО, нацеленного на работу по гораздо менее скоростным и гораздо менее высотным целям.

Dyna Soar Х-20 так и не увидел реального неба. После шести лет разработки проект Х-20 был свернут, а высвободившиеся силы были использованы для ряда других американских космических разработок, в частности — в лунной программе «Сатурн-Аполлон». Интересно, что первым пилотом «Динозавра» должен был стать некто Нил Армстронг, впоследствии ставший первым человеком на Луне.

Dyna Soar Х-20 так и не увидел реального неба. Фото wikipedia.org

Ну и, наконец, самым масштабным гиперзвуковым проектом в США стало создание «гиперзвукового лайнера» Х-30. Начатая в 1986 году разработка громадного гиперзвукового пассажирского (!) самолета Rockwell Х-30 была под стать всем американским 1980-м годам: взлетная масса — более 136 тонн, на уровне хорошего турбореактивного пассажирского самолета, длина фюзеляжа — почти что 50 метров, размах крыльев — 22 метра. Все непростые проблемы гиперзвукового полета на Х-30 предполагалось решить раз и навсегда. Чтобы сразу же оставить всех остальных в роли безнадежно догоняющих.

Однако грубая реальность поставила на маниловских планах США большой, жирный крест. Оказалось, что обшивка большей части фюзеляжа X-30 по расчетам должна была нагреться до 980°C, а максимальная температура конструкции, наблюдаемая в носовой части ракетоплана, на передней кромке крыла и в районе воздухозаборника двигателя была бы и того выше, доходя до 1650°C. Что, в общем-то, неудивительно — все-таки лететь на гиперзвуке приходится постоянно в облаке раскаленной плазмы.

Читайте также:  Специалисты компании Интелтех создали систему связи для морских судов

Потом внезапно выяснилось, что в конструкции X-30 пришлось бы массово применять легкие, но в то же время жаростойкие материалы, такие как альфа- и гамма-алюминиды титана, углерод-углеродные композиты, титановые композиты с металлической матрицей и кремний-углеродными волокнами. Все эти материалы и тогда, и даже сейчас существуют лишь в единичных лабораторных экземплярах, а их цена выводила бы общую стоимость Х-30 просто-таки на космический уровень.

Но самая крупная проблема поджидала Х-30 в ином. Для «космического ракетоплана американской мечты» просто не оказалось подходящего двигателя!

На самом деле, нарисованный во всех рекламных проспектах красивый взлет Х-30 прямо с обычного аэродрома был чистейшей воды фикцией: ни в 1940-е годы у Зенгера, ни для летавшего Х-15, ни даже в 1980-е годы у компании Rockwell не было гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя (так называемого ГПВРД) который мог бы работать на скорости ниже 3М. Именно для этого всем гиперзвуковым самолетам нужны сложные стартовые эстакады, «воздушные столы» или собственные ракетные ускорители — их собственный двигатель хорош на гиперзвуке, но совершенно неэффективен при низких, взлетных и посадочных скоростях полета.

Нарисованный во всех рекламных проспектах красивый взлет Х-30 прямо с обычного аэродрома был чистейшей воды фикцией. Фото nasa.gov

Советский прорыв

В США предполагалось провести первые летные испытания ГПВРД на гиперзвуковом исследовательском самолете Х-15, который мы упомянули в предыдущей части. Идея так и осталась неосуществленной, поскольку предназначенный для испытаний Х-15A с бортовым номером 56-6672 разбился в ноябре 1967 года, всего за несколько дней до запланированного полета с экспериментальным ГПВРД. В итоге натурные испытания ГПВРД в США были отложены в долгий ящик, а на фоне закрытия в 1970 году программы Х-15 — и вовсе прекращены.

В СССР для программы разработки собственного ГПВРД, которая началась в 1970-е годы, в качестве базовых конструкций для испытаний ГПВРД решено было использовать не ракетные самолеты (у СССР их попросту не было), а гораздо более доступные и дешевые зенитные ракеты. Старые зенитные ракеты можно было легко использовать в качестве стартовых ускорителей, которые бы разгоняли летательный аппарат с экспериментальным ГПВРД до нужной для устойчивой работы гиперзвукового двигателя минимальной скорости.

В качестве базовой ракеты для запуска аппарата с ГПВРД была использована снимаемая тогда с вооружения двухступенчатая зенитная ракета С-200. Экспериментальный гиперзвуковой аппарат, получивший название «Холод», устанавливался вместе с баком горючего и контрольно-измерительным комплексом на месте штатного боевого блока ракеты С-200.

Масштабность и сложность поставленной перед инженерами Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) задачи затянули испытания советского ГПВРД практически на десятилетие. Как показали последующие успешные стендовые испытания — это сыграло свою положительную роль, поскольку большая часть «детских болезней» советского ГПВРД была устранена еще на земле (в то время как американские разработки после ряда чувствительных неудач в тот же период просто сочли «бесперспективными»).

Наземные испытания двигателя «Холода» происходили в Тураевском филиале ЦИАМ, где расположена крупнейшая в Европе стендовая база для исследования гиперзвука. На уникальном стенде Ц-16ВК можно было проводить наиболее полную имитацию реальных высотно-скоростных условий при скоростях вплоть до гиперзвуковой скорости 6М.

В последующих пусках «Холода», которые производились в период с 1991 по 1998 год, удалось достичь времени работы ГПВРД в 77 секунд и разогнать лабораторию до рекордной скорости 1 832 м/c, что соответствовало 6,41М. Фото nkj.ru

На стендах были получены обширные данные о процессе горения горючего в сверхзвуковом потоке. Проверялись материалы, работоспособные в условиях теплонапряженного состояния по всему тракту ГПВРД — из-за использования жидкого водорода в качестве горючего различным частям двигателя в реальном полете надо было бы работать в диапазоне температур от -200°C до +2000°C. Были уточнены результаты расчетов экспериментальных исследований как для отдельных элементов конструкции, так и для всего двигателя в целом.

И вот — решающее испытание «Холода». На дворе — 28 ноября 1991 года, до официальной смерти СССР остается всего 10 дней! На полигоне Сары-Шаган в Казахстане у озера Балхаш проводятся первые натурные испытания советского ГПВРД. Кто знает, как бы повернулась дальнейшая судьба советского ГПВРД, если бы то самое решающее испытание не увенчалось бы хотя бы частичным успехом?

Но — удача благоволит крепким и испытанным конструкциям: «Холод» полетел. Уже на первых летных испытаниях была достигнута скорость 5,6М, а сама летающая лаборатория поднялась на рекордную высоту 35 километров, сравнимую с мировым рекордом настоящего сверхзвукового истребителя-перехватчика МиГ-25.

В последующих пусках «Холода», которые производились в период с 1991 по 1998 год, удалось достичь времени работы ГПВРД в 77 секунд и разогнать лабораторию до рекордной скорости 1 832 м/c, что соответствовало 6,41М. Гиперзвук был покорен — и впервые это сделал именно советский ГПВРД «Холод».

Американская помощь или успешный шпионаж?

Американцы же тем временем, поддавшись в 1980-х годах обаянию виртуальных концептов «гиперзвукового ракетоплана» Х-30 от Rockwell, который бы долетал из Далласа в Токио за два часа, внезапно осознали, что снова погнались за красивыми картинками, построив очередной «замок на песке» — гламурную обертку, под которой у них совершенно не было никакой реальной технологии. В итоге к началу 1990-х годов проект Х-30 был окончательно похоронен и стыдливо забыт.

А в реальности американцы начали работать над гораздо более скромным гиперзвуковым аппаратом Х-43A, который они стали запускать, как и многие другие гиперзвуковые аппараты, уже не с аэродрома, а с «воздушного стартового стола» — все того же проверенного бомбардировщика В-52. Кроме того, внезапно выяснилось, что несмотря на все усилия США по разработке собственного ГПВРД, их фактические достижения так и остались в районе недоделанного ГПВРД для ракетного гиперзвукового самолета Х-15 и сугубо виртуальных, никогда не реализованных в металле концепций Dyna Soar Х-20 и «космического ракетоплана» Х-30.

Американцы начали работать над гораздо более скромным гиперзвуковым аппаратом Х-43A, который они стали запускать уже не с аэродрома, а с того же проверенного бомбардировщика В-52. Фото nasa.gov

В итоге все 1990-е годы американцы стали действовать привычным им способом, просто покупая любые результаты, полученные на гиперзвуковом летательном аппарате «Холод» в уже независимой, но тогда ужасно безденежной России. Поэтому оказалось, что программа Х-43A, которая стала ключевой для всех последующих разработок американских гиперзвуковых аппаратов, по факту была построена отнюдь не на собственных американских разработках, а на позаимствованной у СССР и России технологии из проекта «Холод».

В середине 2000-х годов, на фоне выхода США из договора о ПРО, сотрудничество между Российской Федерацией и США в вопросе гиперзвуковых аппаратов было в значительной мере свернуто. На этом фоне американцы к середине 2000-х годов все-таки добились устойчивых результатов на своем Х-43А. После неудачи первого пуска, второй полет гиперзвукового аппарата уже прошел в устойчивом режиме. В третьем полете, который случился 16 ноября 2004 года, гиперзвуковая лаборатория Х-43А показала рекордную скорость 9,6М (11 200 км/час, или же почти что 3,2 км/c — 40% от первой космической скорости). Однако дальше американские разработки «почему-то» встали. Совпадение? Ну как сказать.

На сегодняшний день у США формально числится сразу несколько гиперзвуковых разработок, чье описание достойно отдельной статьи. Однако ни в одной из программ никакого значительного прогресса не наблюдается вот уже доброе десятилетие. Наверное, и в самом деле «злые русские» украли все американские наработки по гиперзвуку. Или же, что гораздо более вероятно — русские просто перестали допускать американцев к своим достижениям.

Ссылка на основную публикацию