Текст книги "100 великих рекордов авиации и космонавтики"

Быть может поэтому, разочаровавшись в атомолетах, команда инженеров и ученых строит ныне самолет, способный пролететь вокруг Земли без посадки, используя лишь энергию солнца. Два смельчака намерены вверить свои жизни 60-метровым крыльям и двум электродвигателям, установленным на хвостовом оперении машины.

В марте 1999 года швейцарец Бертран Пиккар и англичанин Брайан Джонс уже совершили первое в мире успешное беспосадочное кругосветное путешествие на воздушном шаре Breitling Orbiter 3.

После успешного приземления кабину-капсулу их воздушного шара установили в Смитсоновском аэрокосмическом музее в Вашингтоне, неподалеку от «Аполлона» и знаменитых самолетов братьев Райт (первый моторный полет), Чарлза Линдберга (первый перелет через Атлантику на самолете) и Чака Егера (первое преодоление звукового барьера).

Тот же вызов возможностям человека, только теперь в сочетании с актуальной и модной заботой об окружающей среде, читается в новом проекте Пиккара – «Солнечный импульс». Самолет должен использовать только солнечную энергию, а ночью лететь на аккумуляторах.

Причем авторы проекта утверждают, что установление нового авиарекорда – не самоцель. Главное – привлечь внимание людей к проблеме широкого применения возобновляемых источников энергии.

Идеологический предшественник «Солнечного импульса» – беспилотный самолет NASA «Гелиос», который разбился летом 2003 года. В том полете на «Гелиосе» испытывали специальные топливные элементы. Они должны были днем накапливать электроэнергию, идущую от солнечных батарей путем разложения воды на водород и кислород. Водород запасали в баллоне, чтобы использовать его ночью или просто в плохую погоду.

Точные причины аварии «Гелиоса» не установлены, тем не менее Пиккар настроен оптимистично и замахнулся сразу на постройку пилотируемого «наследника» безвременно погибшего «Гелиоса».

В 2004 году партнеры намеревались построить первый образец самолета, а в 2006-м – поднять его в воздух. В 2007 году создатели «Импульса» предполагали научить его держаться в воздухе целую ночь в рамках 36-часового полета.

Если все пойдет удачно, мечтали конструкторы, то в том же 2007 году у первого самолета появится близнец, и обе машины начнут готовить к сверхдальним полетам, которые ориентировочно состоятся в 2009 году. Однако 2007 год миновал, а длительные полеты пока так и не состоялись. Сказались технические проблемы посложнее создания компьютеризированного жилета, который по идее позволит Пикару чувствовать самолет буквально всем телом. Силовое напряжение в каком-либо крыле вызовет пропорциональное давление на соответствующую сторону корпуса пилота. И, напротив, машина будет ощущать самочувствие человека и даст ему знать, если тот испытывает утомление, стресс и тому подобное. В общем, полное взаимопонимание человека и самолета – залог успеха миссии.

Пока же конструкторы продолжают эксперименты с беспилотными «солнечными самолетами». Так сверхлегкий летательный аппарат НАСА «Патфайндер плас» будет способен оставаться в воздухе и выполнять научные полеты на протяжении почти месяца.

Оставаться в воздухе ночью ему помогают новые литий-полимерные аккумуляторы. Аккумуляторы заряжаются днем во время полета на высоте около 19,5 км с помощью новых, более эффективных солнечных элементов «Санпауар».

По сравнению с предшественником – аппаратом «Патфайндер» – размах крыльев новой машины увеличен на 6 м и достигает 36 м. Причем и «Патфайндер плас» по плану станет очередным шагом на пути к созданию дистанционно управляемого летательного аппарата на солнечной энергии «Центурион» с размахом крыльев уже в 72 м.

В ходе полетов «Патфайндера» был установлен новый мировой рекорд высоты в 21 405 м для самолетов с винтовой тягой. С помощью «Патфайндер плас» создатели аппарата надеются установить новый рекорд в 30 000 м.

Затем, возможно, создатели аппарата попытаются отправить его в полет вокруг Земли. Поскольку из-за малой скорости (порядка 145 км/ч) самолет не поспеет за движущимся Солнцем, в ночное время питание электромотора будет поддерживаться за счет аккумулятора или топливных элементов, работающих на гидразине и кислороде.

Начало этим работам, пожалуй, положили эксперименты, проведенные на полигоне исследовательского центра Министерства связи Канады. А именно 6 октября 1987 года здесь состоялся первый полет опытного варианта беспилотного самолета «SHARP» (Stationary High-Altitude Relay Platform), представляющего собой стационарную высотную платформу-ретранслятор с двигателем на сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии.

Самолет этот, имевший крыло с размахом 4 м, по мысли создателей представлял собой лишь уменьшенный прототип будущей машины.

На взлете и посадке питание электродвигателя с воздушным винтом осуществлялось за счет энергии бортовых никель-кадмиевых батарей. После взлета и подъема на высоту 90 м батареи отключались, и в дальнейшем полет осуществлялся за счет передачи на борт аппарата СВЧ-энергии с наземного передатчика при помощи параболической антенны.

На борту самолета находилась специальная приемная антенна, которая обеспечивала преобразование СВЧ-излучения сначала в постоянный, а затем и в переменный ток, необходимый для питания электродвигателя.

Предполагалось, что в дальнейшем усовершенствованный вариант самолета больших габаритов сможет подняться на высоту 2,5–3 км. Однако такой самолет до сих пор не появился. Почему?

Со временем выяснилось, что затраты на его создание оказались существенно выше, чем предполагалось. Ведь в окончательном варианте, по мнению разработчиков, самолет должен иметь размах крыла 36,6 м, длину фюзеляжа 23,8 м, диаметр диска с антеннами-выпрямителями 9,1 м и массу полезной нагрузки около 90 кг.

Чтобы обеспечить эффективный прием передаваемой энергии, на борту самолета предполагается установить около 10 тыс. антенн-выпрямителей. Они будут располагаться под консолями крыла и фюзеляжа, а также непосредственно на диске. Управление аппаратом обеспечит бортовой компьютер.

Чтобы передаваемой на борт самолета СВЧ-энергии хватило для поддержания полета, необходимо, чтобы ширина сфокусированного луча не превышала 30 м, давала мощность на ходе бортового электродвигателя не менее 30 кВт, а стало быть, плотность энергии на нижней части самолета должна составлять порядка 500 Вт/кв. м при полете на высоте до 21 км.

С этой целью выбрана частота передаваемого излучения 2,45 ГГц; при этом меньше потери энергетического пучка в воздушной среде. А чтобы передаваемый луч достиг приемной антенны, не распыляясь в пространстве более чем на 30 м в окружности, диаметр передающей антенны должен быть не менее 70 м.

Чтобы выбрать оптимальный вариант, разработчики предполагали рассмотреть несколько конструкций передающего оборудования – как в виде одной большой антенны, так и антенной системы. Одно из предложений предусматривает также использование системы из 260 параболических антенн с диаметром отражателя 4,6 м с механическими и электронными средствами управления пучком энергии.

В общем, трудностей оказалось предостаточно. Тем не менее разработчики полагают, что коммерческий самолет такого типа будет создан примерно к 2015–2025 годам.

Согласно расчетам, он должен выполнять барражирующие полеты по кругу диаметром 4,5 км на высоте 21 км при скорости 220 км/ч, охватывая площадь диаметром около 600 км. Продолжительность такого полета составит от 6 месяцев до 2 лет. А сам аппарат предполагается использовать как летающую антенну для ретрансляции программ регионального радиовещания, ведения прямых телепередач и обеспечения телефонной связи с подвижными транспортными средствами, наблюдения за океанской акваторией и для дальнего радиолокационного обнаружения низколетящих целей, ведения круглосуточного наблюдения за границами и т. д.

Ну а там, глядишь, подобные летательные аппараты смогут поднять на такие высоты, где голубое небо становится уже черным, то есть на космическую высоту.

Правда, пока и здесь эксперименты еще не вышли за пределы лабораторий и полигонов. Например, в одной из лабораторий Токийского технологического института можно увидеть, как лазерный луч сбивает со стола бумажный самолетик. На первый взгляд такой «аттракцион» – не более чем забава студентов и преподавателей, которыми руководит профессор Такоши Ейп. Однако с точки зрения исследователей, этот самолетик – предшественник летательных аппаратов будущего.

Первое, что приходит на ум: подобные модели с телекамерами и научной аппаратурой на борту, подталкиваемые лазерными лучами, смогут неограниченно долго держаться в воздухе, проводя мониторинг окружающей среды, выполняя разведывательные задачи и т. д.

Таково прогнозируемое будущее. Пока же бумажная модель имеет размах крыльев всего в 5 см и вес не более 0,3 г. На хвосте самолетика укреплена полоска алюминиевой фольги для отражения лазерного луча.

Но поскольку давление света невелико, то тягу пытаются увеличить с помощью… пара. Для этого алюминиевую фольгу смачивают несколькими каплями воды. Испаряясь под действием лазерного луча, она превращается в пар и создает реактивную тягу.

На фольгу на другом самолетике с той же целью наносят несколько капель полимера, который под действием лазера также способен обращаться в пар. Но вода все-таки лучше, полагает профессор Такоши Ейп. Она дешевле пластика и действует сильнее.

По его подсчетам, струя пара движется со скоростью примерно 100 м/с. В принципе почти с такой же скоростью может двигаться и модель. Но это в идеале. Пока же лазер лишь сталкивает модель с лабораторного стола, и она плавно планирует на пол.

Подобный подход к движению имеет то преимущество, что источник движения – лазер – находится вне летательного аппарата. А значит, вес самого «самолета» может быть существенно уменьшен.

Аналогичная схема может быть также использована для удешевления запуска небольших спутников. Такая идея была высказана доктором Артуром Кантровицем, профессором инженерной механики из Дартмутского университета, еще лет сорок тому назад.

А в экспериментах, проведенных на ракетном полигоне «Уайт Сандс», штат Нью-Мексико, в октябре 2000 года, сфокусированный луч углекислотного лазера смог подбросить модель космического аппарата «Lightcraft» весом в 50 г и размером с теннисный мяч на высоту 70 м. Полет модели продолжался всего 13 с. Однако лиха беда начало!

Доктор Лейк Мирабо, профессор механики политехникума в г. Троя, штат Нью-Йорк, принимавший участие в упомянутом эксперименте, собирается в ближайшее время добиться еще более впечатляющих результатов. По его расчетам, мощный лазерный луч сможет разогнать небольшой летательный аппарат до скорости не менее 6М, то есть в 6 раз большей, чем скорость звука. Причем полет этот будет проходить на границе атмосферы, на высоте примерно в 100 км.

Подобная технология, по мнению профессора Мирабо, в значительной мере упростит и удешевит доставку грузов в космос. И если сейчас на каждый килограмм груза при доставке на орбиту приходится тратить не менее 10 000 долларов, то «лазерная доставка» будет стоить в 100, а то и в 1000 раз дешевле!

В одной из разработок ученого параболическое зеркало, смонтированное на корме небольшого космического аппарата, фокусировало лазерные импульсы на покрытии из полимерного материала. Материал, понятно, испарялся, и получавшаяся реактивная сила подбрасывала аппарат вверх. Причем если ветер отклонял аппарат от вертикали, автоматика тут же меняла направление реактивной струи, возвращая аппарат в прежнее положение.

«Возможно, в будущем, – говорит профессор Мирабо, – удастся создать более эффективные двигатели, использующие лазерную энергию вместо жидкого топлива. Такие устройства целесообразно использовать в пределах земной атмосферы. На больших же высотах реактивную тягу можно будет создавать с помощью водяного пара, как то предлагают японские исследователи…»

Впрочем, не только японские и американские исследователи работают в этом направлении. Помнится, еще лет тридцать тому назад в одной из лабораторий Московского физико-технического института мне показывали ракету из фольги. И летала она… с помощью лазерного луча и водяного пара.

Ныне этот «трюк» несколько модернизировали во многих лабораториях. Скажем, в немецком Центре авиации и астронавтики, базирующемся в Штутгарте, подобным образом запускают «летающие тарелки» диаметром с пепельницу.

Однако чтобы вывести за пределы атмосферы реальный космический аппарат со спутником, нужно направить на него луч, пульсирующий с частотой не меньше десяти вспышек в секунду и мощностью около 1 млн ватт. А это в 100 раз больше, чем мощность современных квантовых генераторов.

Тем не менее они надеются, что мощность лазеров в ближайшие годы возрастет настолько, что уже в скором будущем летательные аппараты типа «Lightcraft» будут способны доставлять на околоземную орбиту мини-спутники, служащие, например, для поддержания мобильной связи.

А чтобы не ждать, пока квантовые генераторы наберут необходимую мощность, по всей вероятности, первые лазерные двигатели будут использованы для корректирования положения на орбите спутников, уже выведенных в космос, а также помогут продлить срок действия спутников, которые уже готовы упасть на Землю потому, что на борту иссякает запас топлива для маневров.

В дальнейшей перспективе, полагают исследователи, лазерные лучи, посылаемые со спутников или с высотных аэростатов, возможно, будут приводить в движение гиперзвуковые авиационно-космические самолеты, которые смогут в считанные часы доставить пассажиров или грузы в любую точку планеты. Причем летать они будут на границе атмосферы, где мало сопротивление движению, но из-за отсутствия достаточного количества кислорода не способны работать обычные реактивные двигатели.

По мнению специалистов, именно летательные аппараты с лазерными двигателями к середине XXI века сделают полеты в космос обыденным делом.

На границе с космосом

Во время Великой Отечественной войны наибольшую ненависть, пожалуй, вызывали даже не фашистские истребители и бомбардировщики, а «рама». Так метко окрестили наши бойцы самолет-разведчик XF-11 за характерную раздвоенность хвостовой балки. «Рама» могла безнаказанно часами висеть над нашими позициями, высматривая с высоты, недоступной зениткам и даже самолетам-перехватчикам, все, что творилось на земле.

Однако мало кто знает, что после войны уцелевшие экземпляры XF-11 были перегнаны через океан в США, где и послужили прототипами для разработки целой серии самолетов-шпионов. В их числе и знаменитый U-2, на котором Г. Ф. Пауэрс совершил полет над территорией СССР, но был сбит нашими ракетами.

Потом появились спутники-шпионы, и о высотных самолетах-разведчиках, казалось, стали постепенно забывать. Но ныне, похоже, мы являемся свидетелями новой волны интереса к ним. Бывшие шпионы меняют профессию…

Однако давайте обо всем по порядку.

До появления зенитных самонаводящихся авиационных ракет большая высота полета служила для самолетов, пожалуй, самой надежной защитой от неприятеля. Особенно это касалось бомбардировщиков и разведчиков. Именно по этому пути пошли авиаконструкторы Германии и СССР в предвоенные годы, стремясь создать самолеты, способные совершать длительные полеты в стратосфере.

Появление турбореактивных двигателей (ТРД) значительно расширило диапазон высот полета самолетов. В 1952 году эту проблему попытались решить специалисты американской фирмы «Белл», предложившие высотный малоскоростной двухдвигательный разведчик со стреловидным крылом. Спустя два года «Беллу» «перешла дорогу» фирма «Локхид». К. Джонсон предложил более легкий и с меньшими размерами самолет. Это был U-2.

Конструкторы «Локхида», создавая U-2, отказались от стреловидного крыла. Это позволило довести аэродинамическое качество машины до 25, снизить ее массу, что в совокупности с низкой нагрузкой на крыло подняло потолок разведчика до 21 км и более. Но, выбрав прямое крыло, аэродинамики столкнулись с другой проблемой. Как известно, с ростом высоты падает скорость распространения звука, а это из-за раннего развития волновых процессов на несущей поверхности значительно снижает верхний скоростной предел машины. Пришлось для будущего U-2 разрабатывать специальный крыльевой профиль.

Облегчая самолет, не забыли и о шасси, применив велосипедную схему. Боковые же опоры сделали сбрасываемыми после взлета. По этой же причине отсутствовало катапультируемое кресло, которое установили в 1957 году перед первым вторжением в воздушное пространство СССР. Тогда же самолет покрасили черной краской, снизившей его оптическую, а возможно, и радиолокационную заметность.

«Локхид» U-2 постоянно совершенствовался. Появились варианты «В» и «С». К 1961 году построили 55 машин этих вариантов. На более поздних из них вместо ТРД «Пратт-Уитни» J57-P-37A тягой около 5000 кгс установили J75-P-13A тягой по 7710 кгс, что повысило их дальность и потолок.

Тайну U-2 разгадали советские специалисты после того, как ракетчики 1 мая 1960 года сбили самолет Гарри Френсиса Пауэрса. Место падения американского разведчика в окрестностях Свердловска долго прочесывали специальные поисковые команды, собирая останки сбитой машины.

Как выяснилось, это был один из первых вариантов U-2 с крылом размахом 24,4 м. Самолеты этого типа отличались более мощным и экономичным ТРД. Первыми изучать трофейную машину начали двигателисты. В результате 28 июня 1960 года вышло постановление Совмина о воспроизведении двигателя «Пратт-Уитни» J75-P-13. Копирование двигателя под обозначением РД-16-75 велось в Казани, в ОКБ-16 под руководством П. Ф. Зубца.

«Локхид» U-2 с разведывательным оборудованием, обеспечивавшим сбор значительного объема информации в совокупности с большими высотой и дальностью полета при сравнительно малом весе, по заключению НИИ ВВС, представлял для военных большой интерес. И спустя два месяца вышло постановление Совмина о воспроизведении уже всего самолета-разведчика U-2 по сохранившимся останкам.

Советский аналог получил обозначение С-13. Главной целью этой работы стало всестороннее изучение конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей американского самолета, а также освоение в производстве элементов конструкции, материалов и оборудования для применения в отечественном самолетостроении. К апрелю 1961 года построили металлический макет фюзеляжа. В первом квартале 1962 года первые две машины требовалось предъявить на испытания.

По результатам летных испытаний предполагалось рассмотреть вопрос о возможности применения С-13 для зондирования атмосферы, уничтожения дрейфующих аэростатов противника и других воздушных целей. При этом все самолеты планировалось оснастить аэрофотоаппаратами «73–13» (АФА-60).

Все шло в соответствии с планом, но 12 мая 1962 года внезапно появилось очередное и последнее постановление правительства – на сей раз о прекращении работ по самолету С-13. Американский разведчик «Локхид» U-2 в советском исполнении так и не появился в небе СССР. Однако работы по его созданию все же принесли определенную пользу: отечественная авиапромышленность приобрела ценный опыт, освоив новые материалы, технологические процессы и технические решения, которые были воплощены впоследствии в других летательных аппаратах.

Причина же прекращения работ состояла вот в чем. Пока наши конструкторы копировали U-2 образца середины 50-х годов, на фирме «Локхид» модернизировали образец. Новый самолет с крылом большего размаха получил обозначение U-2R. В 70-е годы он затем стал основой для создания самолета TR-1, первый полет которого (вариант TR-1A) состоялся в августе 1981 года, а серийное производство завершилось в конце 1989 года. К тому времени на его борту имелись РЛС бокового обзора UPD-X фирмы «Хьюз» с синтезированной апертурой и дальностью 55 км, системы электронной (ELINT) и радио (SIGINT) разведок, радионавигационная система TACAN, панорамная камера Т-35 и прочее оборудование.

Кроме разведчика, были разработаны учебный TR-1B и исследовательский ER-2 (для NASA) самолеты. По сообщениям иностранной печати, продолжительность полета TR-1 достигала 10–12 часов. О возможностях же аппаратуры, стоявшей на этих самолетах можно судить хотя бы по такому факту. После возвращения в США Пауэрс опубликовал свои воспоминания, где, в частности, отмечал, что технические возможности U-2 позволяли «с высоты 10 км обнаруживать головку гвоздя, с 15 км определить название газеты, с 20 км сфотографировать след человека, а с 25 км отличить велосипедиста от пешехода». Причем инфракрасная аппаратура позволяла фотографировать ночью.