"Завтра начинается сегодня" – гласит известная пословица. Применительно к нашему случаю это означает, что уже сегодня в конструкторских бюро создаются машины, которые взлетят в небо лишь через 5–10 лет, будут служить людям до середины XXI века. Какими же они будут?
Крылья над морем
Нашу планету, как известно, правильнее было бы назвать не Земля, а Вода. Две трети ее поверхности занимает Мировой океан. Так давайте поговорим о том, как авиационные специалисты используют эту особенность нашей планеты.
Какой аэродром лучше – на земле или на воде? Спор этот весьма давний. Первое упоминание о "летающих лодках" встречается еще у Леонардо да Винчи. Он же снабдил свой рисунок примечанием, что летать над водой безопаснее, чем над сушей, – падать мягче.
Эту рекомендацию на практике впервые использовал в конце прошлого века американский конструктор С. Ленгли. Его машина запускалась с установки, расположенной на барже, и при неудаче пилот отделывался лишь холодной ванной. В 1910 году французский конструктор и пилот А. Фабр впервые взлетел в воздух, разогнавшись на гидросамолете по водной глади гавани Марселя. Надо сказать, что вид этого летательного аппарата потряс современников.
У него все было наоборот: рули управления помещались впереди, плоскости крыла сзади (впоследствии такая схема была названа "уткой"), а полотняная обшивка крепилась и натягивалась на крыльях точно так же, как на обычном зонтике.
С той поры гидроавиация стала развиваться быстрыми темпами. Ведь для "водных самолетов" не требовалось аэродромов – подходящий пруд, озерцо или речка были практически в любой местности. Первая в мире гражданская авиалиния, соединившая в 1914 году два небольших городка в штате Флорида, обслуживалась именно авиацией на поплавках.
К концу Первой мировой войны в США была создана первая большая летающая лодка, способная пересечь Атлантический океан. В 1920–е годы известный полярный исследователь Амундсен совершает на летающей лодке несколько полетов к Северному полюсу. В начале 30–х годов гидросамолеты начинают интенсивно использоваться для доставки срочной почты через Атлантический океан.
Насколько сложны и опасны были почтовые рейсы, ярко описано в книгах французского писателя и пилота Антуана де Сент–Экзюпери. В плохую погоду при недостаточных средствах навигации пилот мог заблудиться, ненадежный мотор мог отказать, и вынужденную посадку в океан, конечно, лучше было совершать на гидросамолете.
Усилиями конструкторов разных стран был даже создан своеобразный воздушный тандем из двух гидросамолетов – большого и маленького. Большой самолет нес на себе "малыша" , стартовавшего лишь в конце пути. Таким образом конструкторы надеялись добиться большей дальности беспосадочного полета.
На чертежных кульманах начали уже прорисовываться очертания гидросамолетов со взлетным весом 100, 200 и даже 500 т! (Для сравнения заметим, что сегодня самые большие "сухопутные" самолеты имеют взлетный вес вполовину меньше.) В Англии, например, был создан морской пассажирский авиалайнер "Принцесса", который имел два этажа и за один рейс мог перевезти более 100 пассажиров. Казалось, у гидроавиации большое будущее.
Однако на деле получилось иначе. Существенные коррективы в развитие авиации внесла Вторая мировая война. Огромные и сравнительно тихоходные гидросамолеты становились легкой добычей для истребителей. К тому же военные действия разворачивались в основном на суше, и именно здесь требовалась наибольшая поддержка авиацией наступающих или обороняющихся войск.
Неустанная работа конструкторов над повышением надежности авиамоторов тоже принесла свои плоды: самолеты с колесным шасси стали уверенно одолевать без посадки расстояния в тысячи километров, для них перестал быть существенной помехой даже океан. Взлет же с твердой полосы и посадка на нее значительно меньше зависят от погодных условий.
Стартует современный отечественный гидросамолет А–10
Все это, вместе взятое, и предопределило закат гидроавиации в конце сороковых годов. Интерес к гидросамолетам во всем мире стал ослабевать. Активные работы по совершенствованию летающих лодок, пожалуй, продолжались лишь в одной стране – Советском Союзе.
В конце 20–х годов XX века в нашей стране было создано опытно–конструкторское бюро (ОКБ) по морскому самолетостроению, его ведущими инженерами стали широко известные теперь С. П. Королев, С. А. Лавочкин, М. О. Гу ревич, Н. Н. Камов. Потом конструкторы переключились на проблемы ракетной техники, вертолетостроения, обычной сухопутной авиации... Но все они с благодарностью вспоминали то время, ту конструкторскую школу, которую они прошли в морской авиации.
Был в этой плеяде авиаконструкторов человек, жизнь которого навсегда осталась связанной сразу с двумя стихиями – водой и воздухом. Это лауреат Государственных премий СССР доктор технических наук генерал–майор–инженер Г.М. Бериев.
"Я родился и жил в Тбилиси, городе, как известно, не приморском, – вспоминал как–то Георгий Михайлович. – Кругом горы и бескрайнее небо. И любовь у меня к нему – сколько себя помню. А еще, быть может, –
пошутил он, – свою роль сыграл и тот факт, что родился я в 1903 году, когда начали летать братья Райт... Однажды учительница привезла наш класс на экскурсию в Батуми, тогда я впервые увидел море. Оно было не черным: синим, голубым, бирюзовым. И плыли по нему белоснежные корабли, которые я также увидел впервые. Те детские впечатления сохранились на всю жизнь"...
Над морем могут летать гидросамолеты практически неограниченных размеров, полагал Г. М. Бериев
И Бериев стал конструировать корабли, которые одинаково пригодны для двух стихий – морской и воздушной. Насколько это трудная задача? Судите сами: плотность воды и воздуха различается в 800 раз, а требования аэродинамики и гидродинамики приходится учитывать в одинаковой степени.
С увеличением размеров гидросамолета относительная прибавка на "мореходность" существенно уменьшается. Большой гидросамолет не боится волны
Начал свою работу в ОКБ Бериев с создания морского ближнего разведчика – гидросамолета МБР–2.
Этому самолету суждена была долгая и славная жизнь. Он стал основной боевой машиной авиационных частей Военно–Морского Флота страны. Было построено 1400 машин – небывалое количество в истории гидроавиации. Один из немногих, этот гидросамолет принимал участие в Великой Отечественной войне. А его гражданский вариант – МП–1 – был единственным отечественным гидросамолетом Аэрофлота, применявшимся в Арктике.
Потом в конструкторском бюро, возглавляемом Бериевым, были построены корабельные разведчики КОР–1 (Бе–2) и КОР–2 (Бе–4). Их крылья для удобства базирования на кораблях были сделаны складными, а взлетали самолеты при помощи катапульты. Около двадцати лет прослужил в морской авиации самолет–амфибия Бе–6. Ему на смену пришел Бе–8, на котором впервые в практике мирового авиастроения установили подводные крылья для облегчения взлета с воды.
Затем настало время реактивных двигателей. Сначала казалось, что их можно использовать лишь в сухопутной авиации. Во всяком случае большинство конструкторов опасалось, что при разбеге вода может попасть в двигатель и он откажет. Однако Бериев удачным расположением двигателя сумел преодолеть это затруднение, и 30 мая 1952 года реактивный гидросамолет Р–1, пилотируемый летчиком–испытателем И. М. Сухомлином, впервые поднялся в воздух с вод ной глади.
Схема перспективного гидросамолета Бе–2500
"Конструкторы пришли к очень важному выводу: если для сухопутных пассажирских самолетов предельный взлетный вес составляет 250–300 т, то перспективы развития гидроавиации – в очень больших взлетных весах и больших скоростях", – писал в одной из статей Г.М. Бериев.
Этот вывод основан вот на каких соображениях. Сейчас строятся относительно небольшие гидросамолеты, поэтому очень трудно удовлетворить противоречивым требованиям аэро– и гидродинамики.
Иное дело, если линейные размеры гидросамолетов будут увеличиваться. Объемы при этом растут быстрее площадей. Основной же элемент любого летательного аппарата – крыло. Его площадь должна быть пропорциональна взлетному весу. Значит, если увеличить вес самолета, например, в 4 раза, то при этом в 4 раза должна увеличиться площадь крыла, а вот его объем при этом позрастет в 8 раз! И при продолжающемся увеличении веса может наступить такой момент, когда весь самолет, по существу, превратится в "летающее крыло" – вариант идеальный с точки зрения аэродинамики.
Схема перспективного тяжелого самолета–амфибии со взлетной массой 800 т
С другой стороны, небольшим гидросамолетам весьма досаждает волнение на море. Случись сколько–нибудь большой шторм, и главное преимущество гидросамолета – независимость от бетонных взлетно–посадочных полос – обращается в недостаток: на воду не сядешь и с нее уже не взлетишь. Конструкторам приходится предусматривать в гидросамолетах еще и колесное шасси, а это утяжеляет машину.
Но ведь большие корабли ходят по морю и в жесточайшие штормы. И если летающий лайнер будет иметь такие размеры, что при разбеге и посадке он будет перекрывать гребни как минимум трех волн, то он не будет "зарываться" в четвертую, волнение на море станет летчикам нипочем.
Впрочем, есть и еще одни способ спастись от стихии. Надо сделать самолет летающим не над, а под водой. И инженеры работают над таким вариантом.
Под водой на самолете?
Еще Жюль Верн в "Робуре–завоевателе" угадал мечту некоторых инженеров – создать комбинированный аппарат, который может с одинаковым успехом передвигаться по суше, воздуху, воде и под водой. С той поры прошло немало времени, но мечта эта так и не осуществлена в полной мере. Но это вовсе не значит, что попытки осуществить ее не предпринималось...
Схема самолета–подлодки конструкции Д. Рэйда
Началось все, пожалуй, с аппарата известного немецкого авиаконструктора Э. Хейнкеля. В 1916 году он спроектировал, а фирма "Ганза Бранденбург" изготовила маленький биплан W–200 с мотором в 80 л.с. (58,9 кВт). В отличие от других конструкций самолет можно было быстро разобрать и спрятать в специальный ангар на борту подводной лодки.
Испытания показали, что это была еще далеко не та машина, о которой мечтали морские и воздушные асы. Скорость самолета составляла всего лишь 120 км/ч, дальность полета – не более 40 км. Поэтому уже через два года другая немецкая фирма "Ролланд" построила более совершенный поплавковый моноплан, опять–таки предназначенный для базирования на подводной лодке и ведения воздушной разведки. Однако поражение Германии в Первой мировой войне заставило прекратить дальнейшие разработки.
Тем временем необычными машинами заинтересовались американцы. Они заказали оказавшемуся не у дел Хейнкелю два небольших самолета V–1, весивших всего 525 кг каждый. Самолеты были настолько компактны, что их можно было хранить даже внутри подлодки.
Интерес к подобным машинам стали проявлять в Англии, Италии, Франции, Японии... Весть об оригинальных машинах дошла и до отечественных конструкторов. В начале 30–х годов XX века известный конструктор "летающих лодок" И. Четвериков предложил свой вариант самолета для подводных лодок. Конструкция понравилась морякам, и в 1933 году приступили к постройке сразу двух машин нового типа. Год спустя одна из них была отправлена в Севастополь для испытаний. Летчик А. Кржижевский совершил несколько полетов, показавших, что машина хорошо держится и в воздухе, и на воде. Пилот даже установил на этой машине мировой рекорд на дистанции 100 км: в 1937 году он развил скорость 170,2 км/ч.
Самолет даже демонстрировался на международной выставке в Милане, но все–таки специалисты посчитали его непригодным для серийного производства и использования в Военно–Морском Флоте СССР. Возможно, потому, что в обстановке строжайшей секретности в стране велись работы по созданию "летающей подлодки".
Еще в 1934 году курсант Высшего морского инженерного училища имени Ф. Э. Дзержинского Б. Ушаков представил схематический проект такого аппарата в качестве курсового задания. Идея показалась интересной, и в июле 1936 года полуэскизный проект был рассмотрен в научно–исследовательском военном комитете, получил положительный отзыв и был рекомендован для дальнейшего совершенствования. Год спустя тема была включена в план одного из отделов комитета, но... вскоре от нее отказались. Один из мотивов – нет подобных аналогов в зарубежной практике.
Однако Ушаков не отказался от своего замысла и продолжал заниматься проектом во внеслужебное время. И сделано было немало.
Вот как, по замыслу автора, должна была действовать его летающая подлодка. Обнаружив в полете корабль противника и определив его курс, она скрытно садилась на воду за горизонтам и уходила под воду. При появлении корабля на расчетной дистанции производился торпедный залп. Если же противник менял курс, "ныряющий самолет" всплывал, вновь отыскивал цель в полете и повторял маневр. Для большей эффективности предполагалось использовать звено из трех подобных машин.
В конструкции подлодки предусматривалось шесть автономных отсеков. В трех размещались авиамоторы АМ–34 мощностью по 1000 л.с. (736 кВт) каждый; четвертый предназначался для команды из трех человек, в пятом и шестом находилась аккумуляторная батарея и приборное хозяйство. Топливо и масло хранились в специальных резиновых резервуарах. Торпеды размещались на консолях под крыльями.
...Проект был рассмотрен еще раз в том же комитете 10 января 1938 года и сдан в архив. Минусов у машины было немало – громоздкость, малая скорость под водой (всего 3 узла, то есть 5,6 км/ч), сложная процедура погружения (после приводнения экипажу надо было покинуть летную кабину, тщательно задраить моторные отсеки, перекрыть воду в радиаторах, перевести управление на подводный режим и перейти на центральный пост). Между тем надвигавшаяся война требовала сосредоточения сил и средств на более актуальных проектах...
Впрочем, идея не была забыта окончательно. Уже после Второй мировой войны, в середине 60–х годов, американский инженер–электрик Д. Рэйд обнародовал свой проект, над которым трудился в течение 20 лет. Согласился он и выступить в конкурсе, объявленном ВМС США. По их условиям, "летающая подлодка" должна весить порядка 500 кг, развивать под водой скорость до 20 узлов (37 км/ч), п воздухе – до 800 км/ч, иметь запас хода соответственно 80 и 800 км, совершать рейсы на глубине до 25 м и на высоте до 750 м, нести примерно 250 кг полезного груза, взлетать и садиться даже при метровой волне.
Вначале изобретатель построил опытный образец "Коммандер" – семиметровый аппарат с дельтавидным крылом. В воздух машину поднимал двигатель внутреннего сгорания мощностью 65 л.с. (47,8 кВт), под водой – электродвигатель мощностью 736 Вт. Пилот–аквалангист сидел в открытой кабине. "Коммандер" развивал в воздухе скорость 100 км/ч, а на глубине – 7,4 км/ч (4 узла).
Получив необходимый опыт, Рэйд затем соорудил более совершенный реактивный аппарат "Аэрошип". Выпустив лыжи–поплавки, двухместная машина садилась на воду. С пульта управления пилот закрывал воздухозаборники и выхлопное отверстие турбореактивного двигателя задвижками; при этом открывались воздухозаборники и выхлопное сопло водомета. Включается насос, заполняющий балластные цистерны в носу и корме, и "Аэрошип" погружается. Остается убрать поплавки, пустить электромотор, поднять перископ – и самолет превращается в подлодку.
Чтобы всплыть и взлететь, все операции повторяются в обратном порядке.
8 агуста 1968 года на глазах у тысяч посетителей Йью–Йоркской промышенной выставки "Аэрошип" спикировал, нырнул в воду, немного поманеврировал на глубине, а потом с ревом взмыл в небо.
Однако даже столь впечатляющая демонстрация не произвела особого впечатления на экспертов ВМФ. Они указали, что дальность полет" машины всего 300 км, скорости под водой и н воздухе тоже невелики – 8 узлов (14,8 км/ч) и 230 км/ч соответственно.
Рэйд грустно улыбнулся: "Хорошо еще, что не надо скрещивать атомную субмарину со сверхзвуковым истребителем". И обещал подумать еще.
Ахиллесова пята сввп
Чтобы вы не мучились в догадках, скажу сразу: СВВП расшифровывается так – самолет вертикального взлета и посадки. История его довольно давняя.
Еще в 1932 году академик Б.Н. Юрьев дал падание студенту Курочкину, впоследствии ставшему доктором технических наук и профессором МАИ, спроектировать СВВП, который можно было бы использовать в качестве истребителя–перехватчика.
Толковый студент представил в назначенный срок в качестве дипломного проекта 48 листов чертежей и пояснительную записку, где доказывал, что такой самолет по ряду показателей будет лучше обычных истребителей.
Члены комиссии, включая ее председателя – а им был известный авиаконструктор Н. Н. Поликарпов, – остались довольны работой дипломника и удостоили ее отличной оценки.
Варианты летных схем: 1 – комбинированный винтокрыл; 2 – аппарат с цельноповоротным крылом; 3 – самолет с крылом, оснащенным системой для поворота воздушной струи от винтов на 90 градусов; 4 – аппарат с останавливающимися в горизонтальном полете несущими винтами; 5 – самолет со специальными подъемными двигателями и маршевой установкой; 6 – самолет с поворотными винтами, служащими также для управления летательным аппаратом при взлете и посадке
– Коли дать возможность, сможешь построить такой самолет? – спросил на прощание Поликарпов.
– Нет, такой самолет строить не хочу...
И Курочкин пояснил удивленному председателю, где ахиллесова пята проекта. Чтобы обеспечить летные качества "Соколу" (так назывался самолет), пушку пришлось бы ограничить боекомплектом в 50 снарядов, топлива брать всего на 15 минут полета, а пилот должен был бы садиться в кабину чуть ли не в одних трусах – столь жесткие ограничения на взлетный вес накладывал недостаточно мощный двигатель.
Впрочем, таких моторов и сейчас еще нет, лишь первые экспериментальные только–только появились.
Вот, оказывается, как далеко вперед сумели заглянуть более чем полвека назад академик Б.Н. Юрьев и его талантливый ученик. Ведь "Сокол" уже в то время был способен развивать, согласно расчетам, скорость 527 км/ч и обходиться без взлетно–посадочной полосы, столь необходимой обычным "ястребкам".
Конструкторам же обычных самолетов все время приходится искать компромисс. Дело в том, что для полетов на больших скоростях необходимо крыло сравнительно небольших размеров: оно не создает лишнего сопротивления набегающему воздушному потоку и "держит" самолет в воздухе. Но взлетать и садиться в таком случае он должен тоже на большой скорости, а это значит – нужна длинная полоса.
Курочкину удалось разрубить этот гордиев узел довольно простым способом. Его СВВП взлетал, подобно вертолету, с практически нулевой горизонтальной скоростью (иными словами – поднимался в небо вертикально), и, стало быть, ему крыло на взлете вообще было не нужно. Оно выполняло свою функцию лишь в полете, а потому могло быть весьма небольшим.
Реальность проекта потом была проверена на практике. В 1970–е годы американцы создали экспериментальный летательный аппарат "Хиллер" XROE–18, использовав именно такое решение.
Заодно была проверена и концепция вертикально взлетающего самолета КИТ–1, проект которого был разработан нашими конструкторами еще в 1946 году. При старте самолет стоял вертикально, по–ракетному, хотя и не был реактивным. Его пропеллер выполнял функции вертолетного ротора. Приземляться же КИТ должен был тоже вертикально, опускаясь на хвост. Использовав эту идею, американцы создали в 1954 году экспериментальные палубные истребители подобного типа XF–1 и XF–2.
Модель десантно–транспортного СВВП с Х–образным крылом (Россия)
Вертикальный взлет экспериментального СВВП Р1127 (Великобритания)
Потом, правда, развитие реактивной авиации изменило схему СВВП. При взлете часть выхлопных газов от двигателей направляется вертикально вниз, под фюзеляж, за счет чего и создается подъемная сила. Испытав первые такие самолеты, конструкторы решили, что для безопасности их нужно оснащать несколькими двигателями – некоторые из них будут работать только при взлете и посадке. Именно по такому принципу строились ныне летающие СВВП – Як–38 и Як–141 и английский "Хариер".
Одиссея ЯК–141
Сегодня лучшим в мире среди СВВП является многоцелевой истребитель вертикального взлета и посадки Як–141, уверяют российские специалисты.
Этот самолет начал летать в марте 1989 года. Он предназначен для перехвата воздушных целей и ведения ближнего маневренного боя, а также для нанесения ударов по наземным и надводным объектам.
Самолет можно использовать на авианесущих крейсерах, тогда стреловидное крыло складывается для помещения самолета в ангар. Самолет Як–141 может совершать вертикальный взлет и посадку.
Управление самолетом автоматизировано. В состав электронного оборудования самолета входит пилотажно–навигационный комплекс, средства связи и наведения, система управления вооружением. Автоматическая система спасения пилота, которой оборудован самолет, обеспечивает катапультирование летчика во всех режимах, включая вертикальный взлет и посадку.
Перспективный истребитель вертикального взлета и посадки Я к–141
Встроенное вооружение самолета составляет 30–миллиметровая авиапушка со скорострельностью 1500 выстрелов в минуту. Имеется шесть подкрыльевых узлов подвески, на которых могут быть размещены управляемые ракеты класса "воздух–воздух" и "воздух–поверхность", неуправляемые ракеты, обычные и корректируемые авиабомбы...
Як–141 – единственный в мире сверхзвуковой самолет короткого и вертикального взлета и посадки. Он на 10–15 лет опережает аналогичные разработки США и Англии.
многоцелевой самолет "оспрей"
Американцы, правда, обошли нас в другом. В 1983 году фирмами "Белл" и "Боинг" была начата совместная разработка многоцелевого самолета с вертикальным взлетом и посадкой V–22 "Оспрей", о котором мы уже упоминали ранее. Предусматривалось создание трех основных его вариантов: транспортно–десантного MV–22, поисково–спасательного HV–22 и CV–22 для спецназа.
Самолет с изменяемым положением винтов V–22 "Оспрей"
Основная особенность "Оспрея" – установка двигателей в поворотных гондолах на концах крыла, благодаря чему он может взлетать, садиться и зависать в воздухе подобно вертолету, а горизонтальный полет выполнять как обычный самолет.
В качестве силовой установки самолета используются два двигателя фирмы "Аллисон" мощностью по 4470 кВт, оснащенные цифровой электронной системой регулирования. В самолетном режиме воздушные винты вращаются со скоростью, составляющей 85% максимальной, что обеспечивает малошумность при полете.
Трехпластные винты диаметром 11,58 м каждый сделаны из стекловолокна. Чтобы избежать крена самолета при отказе одного из двигателей, впервые в практике самолетостроения они соединены общим приводным валом, который проходит внутри крыла.
Для флота особенно удобно то, что самолет складывается автоматически за 1,5 мин с помощью гидравлического и электрического приводов.
Бортовое оборудование включает автоматизированную систему управления полетом, многофункциональный радиолокатор, две бортовые ЭВМ, радионавигационное устройство, системы предупреждения о радиолокационном и инфракрасном облучении, нашлемные устройства отображения, две радиостанции, объединенную систему управления оружием и систему дозаправки топливом в воздухе.
Вооружить "Оспрей" собираются в зависимости от назначения данной конкретной машины пушками, ракетами или противолодочным оружием. В частности, противолодочный вариант V–22 предполагается оснастить управляемыми ракетами класса "воздух–воздух", торпедами и противокорабельными ракетами типа "Гарпун".
"Мервель" со свободным крылом
На взлете и посадке этот беспилотный палубный разведчик выглядит странно. Посмотрите на иллюстрацию: его фюзеляж как бы переламывается пополам, отчего крыло и двигатель с воздушным винтом оказываются обращенными вверх. Для чего это нужно? Французские конструкторы пытаются таким образом решить проблемы посадки и взлета самолета с короткой корабельной палубы.
Крыло на "Мервеле" прикреплено не жестко, как в обычном летательном аппарате, а может легко поворачиваться вокруг поперечной оси. Что это дает? В самолете традиционной схемы маневр по высоте производят, изменяя рулями угол атаки (между плоскостью крыла и основным направлением набегающего воздушного потока). При этом подъемная сила крыла либо увеличивается, и тогда машина набирает высоту, либо уменьшается, и тогда она планирует или пикирует.
Однако беспредельно увеличивать угол атаки нельзя. Если он превысит некий порог, произойдет срыв воздушного потока с крыла, подъемная сила упадет и самолет перейдет в штопор. Точно такая же опасность возникает и при резких сменах направления воздушного потока.
"Мервель" в полете
А вот "свободное крыло" способно сохранить угол атаки неизменным при любых атмосферных возмущениях. Оно крепится к фюзеляжу на оси, вынесенной перед его аэродинамическим центром (точкой приложения подъемной силы). Для достижения баланса на передней кромке располагают противовес. В итоге на воздушном "ухабе" крыло покачивается, поворачиваясь вокруг оси, но сохраняя при этом постоянство подъемной силы.
Однако как взлететь при таком постоянстве, как поменять высоту? Конструкторы применили техническую хитрость: для подъема и спуска аппарата изменяют ориентацию части фюзеляжа, несущей воздушный винт. Так что наряду со "свободным крылом" новый самолет получил еще и "качающийся корпус".
Схема посадки беспилотного палубного разведчика на палубу авианосца
Впервые подобная аэродинамическая схема испытана американскими конструкторами. Несколько лет назад они попытались использовать ее при создании легкого туристического самолета. Однако летать на машине, которая складывается подобно перочинному ножу, охотников пока мало. Поэтому схему в настоящее время "обкатывают" на беспилотном летательном аппарате.
Первыми результатами летных испытаний "Мервеля" и конструкторы, и заказчики остались довольны. Машина, которая весит всего 146 кг и имеет мотор мощностью 50 л.с. (36,8 кВт), способна нести до 23 кг теле– и фотоаппаратуры, развивает скорость до 100 км/ч и может находиться в воздухе 3,5 часа.
Проект "складного" самолета
Над созданием самолетов нового поколения для палубной авиации работают и в нашей стране. В частности, сотрудниками МАИ предложен проект самолета вертикального взлета и посадки (СВВП), который сможет базироваться не только на авианосце, но даже на легком крейсере. Конструкторы задались идеей "вписать" машину в параллелепипед 18x6x4 м.
Именно такие размеры имеет типовой подъемник современного авианесущего крейсера, в котором и должен разместиться новый летательный аппарат, компактно сложенный.
Для этого пришлось сделать откидными обтекатели бортовых радаров, хитро сложить консоли крыла (они откидываются вверх не целиком, а еще и перегибаясь пополам), отказаться от хвостового оперения, применить шасси велосипедного типа, колеса которого размещаются в фюзеляже, А главное, конструкторы сумели по–новому решить проблему взлета и посадки самолета, его управляемости.
Внешний вид российского перспективного СВВП
До сих пор считалось, что вертикальный нзлет очень расточителен – двигательная установка тратит уйму топлива. Машина же при отом весьма неустойчива. В новом СВВП эта проблема решена. Подробностей конструкторы не раскрывают, это их ноу–хау.
По их словам, новшество позволяет создать палубный истребитель невиданных летных качеств – он сможет развивать скорость до 2650 км/ч и подниматься на высоту более 11 км. К сожалению, пока машина "летает" лишь в недрах компьютера – не хватает средств для продолжения работ.
Компьютер показывает, как будет выглядеть СВВП в полете
На чужих крыльях
Помните, как конструкторы пытались увеличить дальность полета самолетов? На большой гидросамолет крепили маленькую "летающую лодку", и тот нес малыша на своих крыльях почти до самого конца маршрута. Ну а там "летающая лодка" продолжала полет уже самостоятельно...
Отечественные конструкторы в 30–е годы довели такой проект до логического завершения. Сначала на крылья тяжелому бомбардировщику ТБ–1 поставили два истребителя И–4, а потом предполагалось увеличить общее количество самолетов в "сцепке" до пяти или даже до шести – по два самолета над крыльями и под крыльями бомбардировщика и еще один – на фюзеляже.
Широкого распространения такие "аэросцепки" так и не получили. Практическое применение подобный метод транспортировки получил лишь во второй половине XX века, когда американцы на "Боинге" и мы – на "Мрии" Ан–225 или на тяжелом самолете–носителе ВМТ возили космические "челноки" с места приземления или сборки к месту старта.
Затем эта идея получила дальнейшее развитие в проекте научно–производственного объединения "Молния" – многоразовой авиационно–космической системе (МАКС). На "спине" самолета–носителя закрепляется транспортно–космическая система, состоящая из космического самолета и внешнего топливного бака. Достигнув высоты 9–12 км, самолет–носитель сбрасывает свою нагрузку. Космический "челнок" включает собственные двигатели и, используя топливо внешнего бака, продолжает полет в стратосферу, а затем в космос. Масса полезной нагрузки в пилотируемом варианте может достигать 7 т, а в беспилотном – 8 т.
Так путешествовал "Буран" на фюзеляже "Мрии"
Выполнив свою задачу, самолет–носитель, а затем и "челнок" возвращаются на базу. Потерянным окажется лишь внешний топливный бак. Да и то, как полагают специалисты, его можно спасти, спустив на парашютной системе.
Схема действия системы МАКС
Есть предложения использовать в качестве носителя не только грузовой самолет, но и, скажем, экранолет специальной конструкции. Его грузоподъемность еще больше, чем у самолета–носителя.
Впрочем, военных в свое время больше интересовала другая система вывода объектов в космос. Для вооружения Ту–160 была разработана крылатая ракета. Так вот, одну из ее модификаций предполагалось запускать даже на орбиту. Ныне, когда времена изменились, специалисты авиационного научно–технического комплекса им. А. Туполева и конструкторского бюро "Радуга" создали на базе этой разработки коммерческую авиационно–космическую систему "Бурлак" – оперативное, экономичное средство запуска на околоземные орбиты легких спутников.
Технически это будет выглядеть так. "Бурлак" подвешивается под фюзеляж самолета–носителя Ту–160СК. Тот стартует с аэродрома и поднимается на высоту 12–14 км, удалясь от базы в поисках подходящей зоны запуска. Добравшись до расчетной точки, Ту–160 развивает сверхзвуковую скорость до 500 м/с, что существенно повышает энергетические возможности самого "Бурлака". Ведь отцепившись, он уже будет иметь существенный запас скорости, а работа собственных ракетных жидкостных двигателей на трех ступенях позволит вывести на орбиту до 200 км полезную нагрузку массой от 800 до 1100 кг. А при необходимости та же ракета способна поднять спутник массой до 600 кг на круговую орбиту высотой до 1000 км!
Схема действия системы "Бурлак"
Вывод спутника осуществляется с исключительной точность. За соблюдением всех параметров, корректировкой трассы проследят два мобильных командно–измерительных пункта, размещенных на борту самолетов сопровождения.
Словом, благодаря новому подходу резкое сокращаются затраты на строительство, ремонт, обслуживание стартовых позиций. Сто" имость запуска сокращается в 2–2,5 раза по сравнению с обычным вертикальным наземным стартом.
Обошли создатели "Бурлака" своих заокеанских конкурентов и в другом. Максимальная полезная нагрузка, выводимая на орбиту, в 2,5 раза превосходит аналогичные показатели американского комплекса, созданного на базе ракеты "Пегас" и самолета Б–52.
Правда, американцы собираются начать испытания нового воздушно–космического комплекса. К самолету–бомбардировщику крепится гиперзвуковой летательный аппарат Х–43, оснащенный прямоточными реактивными двигателями, работающими ка водородном топливе. Самостоятельно аппарат взлететь не может, однако когда сверхзвуковой бомбардировщик поднимет его на высоту 10–15 км и разгонит до скорости 2000 км/ч, Х–43 сможет лететь. Сначала его планируется поднять на высоту 30 км, а там, возможно, дело дойдет и до полетов на орбиту.
Впрочем, это не единственный способ для полетов в космос.
В космос на... самолете?!
Как стартует современный космический корабль, видели многие: телевидение в подробностях донесло до нас эту впечатляющую картину. Отходят фермы обслуживания. Звучит команда "Пуск". Рев двигателей, и серебристая сигара сначала медленно, потом все быстрее и быстрее начинает набирать высоту. Вскоре лишь горячий воздух дрожит над опустевшим стартовым столом, неспешно оседают клубы дыма и пыли, а в небе еще какое–то время держится инверсионный след.
Проходит время, и, выполнив задание, на Землю возвращается очередной экипаж. Событие радостное, но уже не столь впечатляющее. Ведь приземляется лишь капсула спускаемого аппарата – едва ли не сотая часть того, что отправилось в космическое путешествие. Все остальное сгорело!
Как выглядят многоразовые транспортные космические корабли, мы теперь тоже хорошо представляем на примере американских "Шаттлов" или советского "Бурана". Такая космическая система состоит из трех частей: стартовых ускорителей, внешнего топливного бака и самого "челнока". Так у американцев. У нас некоторое отличие – двухступенчатая "Энергия" и опять–таки "челнок". Старт происходит вертикально, примерно так же, как и обычной ракеты. Но большая часть системы используется теперь несколько раз: стартовые ускорители спускаются на парашютах, "челнок" садится на аэродром, подобно самолету...
На первый взгляд все стало намного совершеннее. Однако каждый полет "челнока" обходится недешево. Ведь спущенные на парашютах ускорители надо доставить на базу, подвергнуть тщательному осмотру, ремонту, повторной заправке. Немало хлопот и с "челноком". После приземления его также приходится тщательно осматривать и, как правило, ремонтировать...
"Челнок" проигрывает ракете и в другом. Судите сами: максимальный полезный груз "Шаттла" – от 14,5 до 29,4 т, а масса всей системы на старте около 2.000 т, то есть полезная нагрузка составляет 0,8–1,5% (в обычной ракете 2–4%).
Цифрами обозначены: 1 – французская система "Ариан"; 2 – английский космический самолет "Хотол"; 3 – немецкая авиационно–космическая система "Зенгер"
Но все это мелочь по сравнению с главным – низкой надежностью. У многих еще на памяти трагедия с "Челленджером" в январе 1986 года. Корабль взорвался через несколько секунд после старта из–за неполадок в стартовом ускорителе. Семь астронавтов погибли.
Так какими же путями пойдет развитие аэрокосмической техники? Варианты уже наметились. Конструкторы разных стран, в том числе и у нас, работают сегодня над модифицированным видом космического самолета. И можно выделить три направления в этих поисках.
Французские специалисты, разрабатывающие "Гермес", остались верны традиционной схеме. Они взяли за основу ракету–носитель "Ариан", модернизировали ее и оснастили вместо обычной капсулы космическим самолетом. Старт, как и полагается в такой схеме, будет происходить вертикально, а, завершив полет, "Гермес" спланирует на собственных крыльях и приземлится на бетонную полосу.
На случай аварии на старте предусмотрено, что капсула с тремя космонавтами будет отстреливаться от корабля и транспортироваться специальной двигательной установкой на безопасную высоту, после чего вступит в действие парашютная система.
Немецкие инженеры разрабатывают иную систему под названием "Зенгер". Их двухступенчатый корабль рассчитан на самолетный старт с обычного аэродрома. Первая ступень оснащена турбореактивными двигателями и поднимается на высоту 30 км, разгоняясь до скорости, в 6 раз превышающей звуковую. После чего со "спины" первой ступени стартует сам космический корабль, оснащенный водородно–кислородными ракетными двигателями. Управляет кораблем экипаж из двух человек, а кроме того, он может поднять еще 10 астронавтов и другой полезный груз.
Двухступенчатый корабль "Зенгер"
Посадку обе ступени совершают по–самолетному на аэродром, с которого стартовали.
Расчеты показывают, что стоимость доставки на орбиту в таком варианте будет в пять раз меньше, чем кораблем "Гермес". А еще практичные немцы полагают, что не составит большого труда со временем переоборудовать первую ступень и использовать ее в качестве гиперзвукового авиалайнера. Попутно с запуском космического корабля он смог бы перевозить до 200 пассажиров на расстояния свыше 12.000 км за два с небольшим часа.
А инженеры Великобритании вот уже несколько лет работают над созданием космического самолета "Хотол". Это будет одноступенчатый космический аппарат горизонтального взлета и посадки. Длина его около 55 м, а масса – 195 т.
В воздух такой летательный аппарат будет подниматься с помощью специальной тележки, что позволит уменьшить вес шасси, которое надо было бы делать весьма массивным для перегруженного топливом самолета. На первой стадии полета авиалайнер поднимут двигатели, работающие в обычном режиме – с использованием гиперзвуковой скорости, на высоте 30–35 км они переключатся на ракетный режим, для чего предусмотрены баки с жидким водородом и кислородом.
Ну а сотрудники научно–производственного предприятия гиперзвуковых систем "Нева" в Санкт–Петербурге предлагают и совсем новаторский проект. Он дерзки необычен хотя бы тем, что, опрокидывая привычные каноны, решает задачу создания гиперзвукового летательного аппарата "отпротивного". Судите сами. Стремительно мчащийся самолет в результате трения о воздух может нагреваться до сотен, а то и тысяч градусов. Чтобы избежать разрушения конструкции из–за потери раскаленным материалом прочности, обычно прибегают к соответствующим мерам – применяют жаропрочные сплавы, защитные покрытия и системы термозащиты. Петербуржцы же решили реализовать принцип активного энергетического взаимодействия конструкции с внешней средой. Тепло пропустят внутрь летательного аппарата, причем зло при этом обратится во благо!
"Аякс" в полете
Разрабатываемый ими самолет "Аякс" будет состоять как бы из двух вложенных друг в друга корпусов. Между ними располагается специальная система активного охлаждения, использующая реакторы химической регенерации топлива. В них поступают для исходного энергоносителя – традиционный авиакеросин и вода. И когда аппарат летит на гиперзвуке, часть кинетической энергии воздушного потока утилизируется для термохимического разложения жидкости...
Иными словами, между слоями обшивки помещают нечто вроде губки из термостойких материалов. Ее пропитывают водой, которая под действием наружного тепла и некоторых реагентов нагревается и разлагается на кислород и водород. Последний смешивают с керосином, получая топливо повышенной энергоемкости. Кислород же активно поддерживает горение. В итоге комбинированное топливо горит в пять раз лучше, чем, например, чистый водород, что позволяет придать воздушно–реактивному двигателю лучшую энергетику – большую мощность при меньших габаритах. Заодно сам летательный аппарат охлаждается столь интенсивно, что температура его поверхности, по расчетам, не превысит 800–850°С.
Схема многоцелевого высотно–космического самолета, созданного в Петербурге
И это не все. Часть обтекающего аппарат воздушного потока поступает в тракт уникальной двигательной установки. Она магнитоплазмодинамическая. Проще говоря, к прямоточному воздушно–реактивному двигателю добавлены магнитно–гидродинамический (МГД) генератор и такой же ускоритель. Гиперзвуковой воздушный поток сначала резко тормозится в искусственно созданном магнитном поле, тратя часть энергии на наведение электродвижущей силы. При этом выделяется около 100 МВт (электростанция такой мощности обеспечивает энергией город средней величины). Затем заторможенный и ионизированный воздушный поток поступает в камеру сгорания, где полыхает обогащенный водородом и кислородом керосин. Продукты сгорания устремляются через сопло наружу, создавая реактивную тягу. Если ее для режима полета окажется недостаточно, подключится питаемые от бортовой электростанции МГД–ускоритель. Он ускорит истечение продуктов сгорания, доведет скорость аппарата до 25 М, то есть до 25 скоростей звука, или первой космической скорости. Значит, при желании "Аякс" можно вывести и на околоземную орбиту.
Проектируемый летательный аппарат способен преодолевать маршруты длиной до 20 тыс. км без дозаправки со скоростями выше 10.000 км/ч, подниматься на высоту 30–60 км. Располагая мощной бортовой энергетикой, он справится с решением задач поистине планетарного масштаба. Скажем, обеспечит доставку людей и грузов в любую точку земного шара не более чем за два часа или окажет помощь судам, терпящим бедствие в океане и космическим кораблям на околоземных орбитах. Он может вести метеорологический и экологический дозор за поверхностью планеты. Не исключено даже, что он пригодится и для уборки мусора с околоземных орбит...
Так обстоят дела сегодня. А если заглянуть в день завтрашний? Последнее ли слово – космический самолет?
"Я бы отдал предпочтение системе полностью многоразовой и одноступенчатой, без крыльев", – заметил как–то по этому поводу летчик–космонавт, доктор технических наук К.Р. Феоктистов. И для такого суждения есть основания. На старте у сегодняшних "Шаттлов" крыло, по сути, ненужная нагрузка, создающая излишнее сопротивление. Его полезные качества никак не используются, на орбите крыло тоже бесполезно. При возвращении же это наиболее труднозащитимая часть корабля, нагревающаяся до 1500°С. Свою роль крыло выполняет на самом конечном участке полета – при планировании и заходе на посадку.
Так не резонно ли от него избавиться? Как? Уже корабли типа "Союз" и "Аполлон" имели достаточные аэродинамические качества, позволявшие сажать их с точностью до километра. Откуда у бескрылого аппарата такие свойства? Давайте разберемся.
Конструкторы давно заметили: у птиц туловище похоже на половинку куриного яйца, слегка утолщенную сзади и обращенную вниз плоской стороной. Поэтому, даже сложив крылья, птица продолжает планировать, поддерживаемая подъемной силой корпуса. Что же мешает перенести это на многоразовые транспортно–космические корабли?
Первые экспериментальные аппараты подобного типа были опробованы еще более двадцати лет назад. В 1966 году подобный летательный аппарат, подвешенный под крыло тяжелого бомбардировщика американских ВВС, был поднят на высоту 14 км. Здесь аппарат отделился от самолета и перешел в планирующий полет. Семиметровая яйцеобразная капсула весом более 2,5 т плавно понеслась к земле, и через 4 минуты пилот–испытатель И. Томсон благополучно посадил машину на дно высохшего соляного озера. Скорость аппарата в момент приземления составляла 320 км/ч, что даже меньше, чем у современного "Шаттла".
Космический самолет будущего, возможно, обойдется практически совсем без крыльев