Первым делом надо сказать несколько слов о том, что такое экраноплан. Многие москвичи видели в парке «Северное Тушино» на закрытой для посещений территории музея ВМФ необычную машину, напоминающую гибрид самолёта и корабля, – экраноплан «Орлёнок». Как-то раз, гуляя там в ожидании встречи, я услышал диалог между папой и сыном. «Папа, это самолёт?» – спросил сын. «Да», – ответил отец, и они пошли дальше. Только вот экраноплан совсем не самолёт.
В 1920-е годы многие пилоты замечали – и отражали это в своих отчётах, – что при посадке, когда самолёт находится почти у самой земли, подъёмная сила крыла ощутимо возрастает. Этот эффект начали исследовать, и в 1920–1930-е годы появилось несколько научных работ, объясняющих необычное поведение самолёта. Первой из них можно справедливо считать статью Бориса Юрьева (в книге «Изобретено в России» ему посвящена целая глава) «Влияние земли на аэродинамические свойства крыла», опубликованную в 1923 году в журнале «Вестник воздушного флота». Проведённые Юрьевым исследования показали, что при приближении к земле заметно возрастает аэродинамическое качество крыла, увеличивается подъёмная сила, уменьшается сопротивление и меняются моментные характеристики.
В 1930 году в целях рекламы сверхтяжёлой летающей лодки Dornier Do X немецкая авиакомпания Dornier инициировала трансатлантический перелёт из Фридрихсхафена (Германия) в Нью-Йорк. Самолёт имел огромную суммарную площадь крыла – 450 м2, и при полётах над водной гладью пилоты сознательно использовали уже известный тогда экранный эффект, чтобы снизить расход топлива. Это было не спонтанным решением, а точным расчётом: без экономии Dornier Do X технически не смог бы преодолеть запланированные участки без дозаправок.
В 1934 году Национальный консультативный комитет по воздухоплаванию США выпустил меморандум № 771, суммирующий все накопленные по экранному эффекту знания, в том числе почерпнутые из международных источников.
Если говорить просто, то эффект влияния земли, или экранный эффект, похож на воздушную подушку. Только у катеров воздушная прослойка между днищем и водой создаётся путём искусственного нагнетания воздуха, например вентилятором, а у экранопланов воздух загоняется под крыло с помощью набегания и особой конфигурации аэродинамических поверхностей. Подъёмная сила самолётного крыла на большой высоте создаётся за счёт разрежения воздуха над крылом, а вблизи поверхности, на высоте, сравнимой с хордой крыла, основную роль играет сжатие воздуха под крылом – «динамическая воздушная подушка». Вблизи поверхности за счёт подавления вихревых потоков также уменьшается сопротивление.
Экранный эффект напрямую зависит от нескольких факторов: скорости полёта, хорды и конфигурации крыла, а также, что самое главное, высоты. Крупные экранопланы способны использовать эффект, возникающий на высоте до 10 метров, но в общем высоты полёта над экраном не превышают 5–7 метров. Чем ниже летит экраноплан, тем больше на его полёт влияет экранный эффект, снижая расход топлива и повышая эффективность машины.
Итак, как я уже сказал, к середине 1930-х теоретические выкладки были в основе своей сделаны и оставалась практическая реализация – не самолёта, использовавшего эффект в качестве вспомогательного средства, а именно экраноплана, то есть летательного аппарата, созданного специально для движения над экраном.
Финский опыт
Первым человеком, выдвинувшим идею строительства экраноплана, был знаменитый инженер-изобретатель, парашютист и пилот Павел Игнатьевич Гроховский. Об этом человеке написано немало, а его изобретения, в основном нереализованные, породили разные легенды. Многие годы Гроховский возглавлял конструкторский отдел при Управлении ВВС РККА, потом – собственное ОКБ и Экспериментальный институт Наркомата тяжёлой промышленности по вооружениям и на этих должностях проявил себя блестяще. В частности, Гроховский стоял у истоков создания воздушно-десантных войск: он разработал множественные системы десантирования, парашюты для людей и техники, планеры и схемы сброса груза без парашютов. В 1937 году Гроховский беспричинно попал в опалу, его лишили должности и понизили, в 1942-м арестовали, а в 1943 году расстреляли на печально известном полигоне «Коммунарка».
Но важно нам в первую очередь то, что среди его изобретений был самый настоящий экраноплан. Гроховский разработал проект и сделал несколько фантастического вида эскизов, изображавших двухмоторную машину, очертаниями напоминавшую помесь летучей мыши и терминатора.
А вот фактически первый экраноплан действительно построил финский инженер Тойво Каарио. Как это получилось? Каарио родился в 1912 году в Хельсинки и ещё со школьных времён увлекался авиационными моделями. В 18-летнем возрасте он с одноклассником построил лёгкий одноместный планер – буксируемый с помощью автомобиля, планер успешно поднимался в воздух. Затем Каарио отслужил в армии (он хотел стать лётчиком, но не прошёл по зрению), а по возвращении, в 1932-м, поступил в Финскую высшую техническую школу (ныне Хельсинкский политехнический институт), которую успешно окончил четырьмя годами позже.
Ещё в армии он впервые услышал об эффекте влияния земли (сложно сказать, в каких обстоятельствах это случилось, возможно, ему попались в руки публикации Юрьева или кого-то ещё), а в студенческие годы задался идеей построить модель экраноплана. Он собрал первый прототип Pintaliitäjäprototyypin (можно перевести как «опытное средство для скольжения над поверхностью») в конце 1934-го и испытал его на льду в январе 1935 года. Вторая модель, сделанная следующей зимой, Patosiipi No. 2, уже могла подниматься над поверхностью, а третью Каарио оборудовал двигателем Harley-Davidson, превратив «экранопланер» в самолёт.
После окончания Политеха Каарио устроился на Государственный завод авиационных двигателей, который в 1937-м отправил его в длительную командировку в Германию, в Берлинский технический университет, для повышения квалификации.
После возвращения полный идей Каарио собрал группу инженеров, с которой проработал ряд протопроектов, а потом сконцентрировался на полноценном многоместном цельнометаллическом экраноплане, известном как Patosiipi No. 8 (или просто P-8). Весной 1939 года машина в форме катера на воздушной подушке с 53-сильным двигателем Porsche испытывалась на снегу и разгонялась до 80 километров в час с двумя пассажирами на борту. Благодаря счастливому случаю команда Каарио продемонстрировала Р-8 крупному армейскому чину, генералу-майору Сомерсало. Тот заинтересовался, последовали другие смотры, и в итоге Каарио занялся разработкой судов на воздушной подушке для армии.
Да, именно судов на воздушной подушке – ими он и занимался до конца жизни. Появились модели Р-9, Р-10, Р-11, Р-12, не имевшие уже отношения к экранопланам, а юношеская мечта Каарио летать над водой перешла в прикладную плоскость. Можно ли считать Каарио изобретателем экраноплана? Я думаю, ровно в той же мере, в какой можно считать таковым Гроховского. Да, Каарио построил пару ранних беспилотных моделей, но начала тенденции его разработки не дали, а жизнь увела инженерную мысль в совершенно другую сторону.
Поэтому первый настоящий экраноплан всё-таки сделал не он.
Работы Алексеева
Ростислав Евгеньевич Алексеев к началу 1960-х годов был известным, успешным и заслуженным конструктором. Ещё в 1942 году совсем молодой, 26-летний Алексеев, работая на заводе «Красное Сормово», умудрился получить от руководства карт-бланш на разработку быстроходных катеров на подводных крыльях. Специалистов этого направления в стране было раз-два и обчёлся, а Алексеев в 1941-м защитил по данной теме дипломную работу. Ещё годом позже, в 1943-м, при «Красном Сормове» создали новый отдел – гидролабораторию, специализировавшуюся на глиссерах на подводных крыльях. Впоследствии гидролаборатория сменила много направлений, получила полную самостоятельность и сегодня называется Центральным конструкторским бюро по судам на подводных крыльях им. Р. Е. Алексеева.
За годы существования ЦКБ Алексеева разработало более сотни проектов судов на подводных крыльях, судов на воздушной подушке и экранопланов. Под руководством Алексеева был выпущен первый советский серийный теплоход на подводных крыльях – легендарная «Ракета». «Ракеты» производились с 1957 по 1976 год, и многие из них до сих пор работают на рейсовых и прогулочных маршрутах. Потом были не менее легендарные проекты «Метеор» (1960–2006), «Комета» (1962–1983), «Восход» (1973–2007) и др.
А в конце 1950-х годов с чьей-то лёгкой руки снова возник интерес к экранопланам, причём интерес настолько сильный, что была принята государственная программа о разработке ряда моделей различного назначения. Возможно, это произошло с подачи Алексеева, на тот момент вхожего в правящие круги («Ракету» он презентовал лично Хрущёву), тем более что у него имелись работы по экранопланам, опубликованные ещё в конце 1940-х.
В результате в 1958 году ЦКБ Алексеева приступило к разработке экранопланов для ВМФ СССР, а к 1961 году был построен первый в истории полноценный экраноплан – трёхместный СМ-1. Интересно, что в своих исследованиях Алексеев отталкивался не от судна на воздушной подушке, как Каарио, и не от самолёта, как многие последователи. Он пытался решить одну из основных проблем судов на подводных крыльях – явление кавитации. Дело в том, что с увеличением скорости движения в жидкости образуются области пониженного давления и появляются парогазовые пузырьки. Когда такой пузырёк попадает в область с повышенным давлением, он схлопывается, возникает ударная волна, которая нарушает обтекание крыла и портит его гидродинамические характеристики, а также постепенно разрушает поверхность деталей. Кавитация, таким образом, является естественным ограничителем скорости судов на подводных крыльях – на 100 километрах в час она становится очень заметной. Именно эта проблема вынудила Алексеева обратить внимание на суда, которые могли бы двигаться вообще без контакта с водной поверхностью, то есть на экранопланы.
«СМ» расшифровывается как «самоходная модель», и это был экраноплан-демонстрация. Дело в том, что до Алексеева никто не строил самоходных экранопланов, способных поднимать человека (прототип Каарио был выполнен на значительно более низком техническом уровне), и первый образец создавался в основном для того, чтобы доказать жизнеспособность идеи. В разработке СМ-1 Алексеев отталкивался от конструкции простых и понятных тандемных судов на подводных крыльях – только вот самых крыльев не было, машина вообще не касалась воды. 22 июля 1961 года Ростислав Алексеев лично первым поднял своё детище в воздух.
СМ-1 оказался очень стабильным, быстрым, надёжным и простым в управлении, и осенью того же года Алексеев последовательно приглашал на испытания высокопоставленных членов Политбюро, способных повлиять на финансирование направления. На СМ-1 летали председатель Комиссии Президиума Совета Министров СССР по военно-промышленным вопросам Дмитрий Устинов, главнокомандующий ВМФ Сергей Горшков и председатель Госкомитета Совета Министров СССР по судостроению Борис Бутома. Причём Бутоме не повезло: во время его полёта у экраноплана закончилось топливо и Бутома застрял посреди водоёма.
Горшкову и Устинову концепция очень понравилась. В мае 1962 года Устинов инициировал демонстрацию нового образца, СМ-2, самому Хрущёву. СМ-2 отличался от предыдущей модели тем, что его двигатели нагнетали воздух под крыло, дополнительно увеличивая экранный эффект. Машину вертолётом доставили на Химкинское водохранилище и продемонстрировали генсеку, которому идея тоже понравилась, после чего советские экранопланы получили зелёный свет.
На деле в тех первых испытаниях не обошлось без аварий. СМ-1, например, в одном из полётов ушёл от экрана наверх и опрокинулся на лёд (испытания проводились в январе), а СМ-2 серьёзно пострадал во время пожара в ангаре. Но в целом экранопланы доказали свою состоятельность, Алексеев получил финансирование – и открыл новую страницу в истории авиации.
В промышленных масштабах
Алексеев продолжал строить опытные экранопланы – СМ-3, СМ-4, СМ-5 (который в 1964 году разбился вместе с экипажем – первая в истории авария экраноплана с летальными последствиями), но всё это было преддверием настоящей работы – гигантского экраноплана КМ. Его построили к 1966 году, и официально эта аббревиатура расшифровывалась как «корабль-макет», хотя сегодня его знают в основном как «Каспийского монстра». Работа велась в условиях строжайшей секретности – первая публикация о КМ датируется 1972 годом.
КМ был оснащён 10 турбореактивными двигателями ВД-7, имел размах крыла 37 метров, весил в пустом состоянии 240 тонн и разгонялся до 500 километров в час. Он и по сей день остаётся самым большим экранопланом в истории. К сожалению, его «карьера» завершилась трагически: в 1980 году, после 15 лет испытаний, КМ потерпел аварию из-за ошибки пилота и затонул в Каспийском море (он до сих пор покоится на дне). Впоследствии, в 1983–1986 годах, на основе КМ построили ударный экраноплан-ракетоносец «Лунь».
В 1972 году был спущен на воду первый образец серийного военного экраноплана «Орлёнок». Точнее, не экраноплана, а экранолёта – принципиально новой системы, разработанной в ЦКБ Алексеева. Экранолёт, в отличие от экраноплана, может отрываться от экрана и переходить в самолётный режим. «Орлёнку» не повезло: в 1984 году умер Устинов, который ещё со времени испытаний СМ-1 поддерживал строительство экранопланов, Алексеев скончался ещё раньше. По сути, пролоббировать программу было некому, и сменивший Устинова министр обороны Сергей Соколов финансирование десантных экранопланов раз и навсегда закрыл.
Другим знаменитым советским проектом был гидросамолёт-ракетоносец ВВА-14 конструкции итальянского эмигранта Роберта Бартини. Первый полёт его прошёл в 1972-м, а четырьмя годами позже ВВА-14 переоборудовали в экраноплан, известный не столько техническими достижениями, сколько постапокалиптического вида останками, ржавеющими ныне в музее в Монино.
Также экранным эффектом занимался Георгий Бериев, главный советский специалист по гидросамолётам. Его первый «Гидролёт», построенный в 1964-м и ныне известный как Бе-1, собственно, и предназначался для исследования эффекта экрана. На его основе Бериев разрабатывал, но так и не довёл до стадии реализации гидроэкранолёт Бе-11.
Экранопланы в России строятся и сегодня. Проектов немало – суммарно можно насчитать около десятка. Прямо сейчас, когда я пишу эти строки (в марте 2018 года) в Якутии проходят испытания компактного гражданского экраноплана «Буревестник-24», разработанного компанией «Небо + море» под руководством конструктора Владимира Буковского. В Петрозаводске испытывается 20-местная машина «Орион-20», вовсю идёт разработка многоцелевого экраноплана «Чайка». Есть и серийно производящиеся модели, например «Иволга» ЭК-12 грузоподъёмностью 1200 килограммов, созданная по схеме «составное крыло» Бартини.
За рубежом
Безусловно, за границей тоже были энтузиасты экранопланов, подобные Ростиславу Алексееву. Наиболее известен, пожалуй, немецкий авиаинженер Александр Липпиш, в 1920–1930-е годы прославившийся своими разработками летающих крыльев для люфтваффе. После войны Липпиш был увезен в США и в 1963 году по заказу бизнесмена Артура Коллинза разработал экспериментальный экраноплан Collins X-112. Липпиш использовал в этой модели треугольное крыло с обратной стреловидностью, в результате чего высота полёта над экраном могла достигать около 50 % размаха крыла.
X-112 получил продолжение в виде экраноплана RFB X-113 (совершившего первый полёт в 1970 году) и RFB X-114 (в 1977 году). К сожалению, в 1976-м Липпиш скончался и его экранопланы остались на стадии экспериментальных разработок. Как мы видим, свой первый экраноплан он построил независимо от ЦКБ Алексеева и всего двумя годами позже, так что именно Липпиш мог стать первоизобретателем этой машины, сложись история немного иначе.
Другим немецким конструктором экранопланов был Гюнтер Йорг – инженер, входивший в 1960-е годы в команду Алексеева, а позже работавший с Липпишем. Он спроектировал более 15 типов экранопланов, семь из которых были построены «в металле». В разное время экранопланы строили во Франции, Австралии, лёгкий экраноплан Bavar 2 разрабатывался и производился малой серией в Иране (в 2010 году), есть серийные наработки у Китая и Южной Кореи, ряд проектов, так и не реализованных, был в США. В общем и целом экранопланы на данный момент остаются экзотическими судами, странными гибридами самолётов и кораблей, и найдут ли они своё предназначение, неизвестно. Мне кажется, что найдут: если есть эффект и мы умеем его использовать, неужели мы не нащупаем сферу, где это можно сделать?