Достичь небес.
Глава 7. Раздувая пламя.
Анри Коанда родился в Бухаресте в 1886 г. и стал одним из наиболее революционных инженеров своего времени. В 1905 г. он построил для румынской армии самолет-снаряд. Еще через пять лет он разработал, построил и лично испытал первый самолет на реактивной тяге, который встречали восторженные толпы на Втором международном авиасалоне в Париже.
Тридцать шесть лет спустя, в мае 1941 г., поднялся в небо самолет Gloster Е-28 с двигателем разработки офицера британских Королевских ВВС по имени Фрэнк Уиттл. Это тоже был первый в мире самолет на реактивной тяге.
Фрэнк Уиттл изобрел реактивный двигатель — такой, каким мы его сегодня знаем. Некоторую путаницу в эту историю вносит тот факт, что моделей реактивных двигателей множество; кроме того, инженеры нередко работали, совершенно независимо друг от друга, над одними и теми же идеями. Мотореоктивный двигатель Анри Коанды, безусловно, заслуживает места в истории авиации, как и турбореактивный двигатель Ханса фон Охайна, разработку которого он начал в 1934 г. Пятью годами позже этот двигатель, установленный на небольшом аэроплане с металлическим корпусом, стал первым в мире летающим реактивным самолетом[7].
Охайн, помимо собственных разработок, использовал результаты работ Уиттла (именно поэтому мы помним скорее Уиттла, чем Охайна). Но Охайн был не менее талантлив, и остается загадкой, почему нацистское правительство Германии отодвинуло его проект на второй план и предпочло работать с крупными производителями. (После войны американцы привлекли Охайна к работе, и он наконец встретился с Фрэнком Уиттлом. Они подружились.).
Самолет-снаряд Анри Коанды для румынской армии: неужели эта первый реактивный самолет?
Что же такое реактивный двигатель? Вообще говоря, это любое устройство, выбрасывающее с одного конца струю жидкости и создающее соответствующую движущую силу в противоположном направлении. В ранних мультфильмах Диснея о космических путешествиях этот принцип очаровательно иллюстрирует чихающий пес. Пес чихает в одну сторону, а его зад скользит (по разграфленной бумаге чрезвычайно наукообразного вида) в другую.
При сгорании топлива в ракетном двигателе образуются газы, которые вырываются наружу через сопло и толкают ракету вперед. Проблема с ракетами состоит в том, что им приходится тащить с собой все топливо и весь кислород, в котором оно сгорает. Посмотрите еще раз съемки запуска «Аполлона»: незадолго до старта можно видеть, как капли жидкого кислорода испаряются с обшивки колоссальной 3000-тонной ракеты «Сатурн-5», готовой унести астронавтов к Луне, облачками белого дыма.
Реактивный двигатель сжимает встречный воздух и использует его для сжигания топлива. Коанда в мотореактивном двигателе использовал для вращения винта самолета обычный двигатель внутреннего сгорания; но часть энергии мотора при этом шла на сжатие воздуха, поступающего в двигатель. Этот сжатый воздух затем смешивается с топливом в камере сгорания; смесь вспыхивает, порождая струю реактивных газов, которые помогают двигать самолет. Даже в 1905 г. инженеры прекрасно понимали важность нового типа движителя, использованного Коандой. Прежние винты и поршневые двигатели становились все совершеннее, но чем выше поднимались самолеты, тем более разреженным становился воздух и тем менее эффективными — винты. Существовала и еще одна, более серьезная проблема: как только скорость движения концов винта достигает звукового барьера, его эффективность начинает снижаться. Так что даже на небольших высотах скорость винтовых машин ограничена. Авиаконструкторы знали, что впереди их ждет скоростной барьер; Коанда показал им путь к его преодолению.
Турбореактивный двигатель, созданный Уиттлом и Охайном, продвинул идею Коанды еще на шаг. Вместо того чтобы использовать для сжатия воздуха в камере сгорания дополнительный двигатель, они установили там вращающийся вентилятор — по существу, тот же воздушный винт. Вентилятор сжимает воздух, который попадает в двигатель. Топливо смешивается со сжатым воздухом и вспыхивает. Газы, образовавшиеся при сгорании топлива, вырываются назад, а часть высвобождаемой энергии идет на вращение вентилятора. Чем быстрее вращается вентилятор, тем больше энергии производит двигатель и тем быстрее вращается вентилятор. Если бы часть энергии системы не уходила на трение, шум и тепло, он ускорял бы свое вращение до бесконечности — точнее, до взрыва!
Турбореактивный двигатель породил невероятное количество вариаций. В турбовинтовом двигателе максимальная энергия направляется на вращение винта. Такой двигатель чрезвычайно эффективен на низких скоростях, вот почему по-настоящему крупные военно-транспортные самолеты до сих пор щеголяют винтами, что придает им несколько старомодный вид. Турбовентиляторный двигатель — тот же турбовинтовой, но винт у него прикрыт обтекателем. Винт направляет воздух в двигатель, одновременно сжимая его. Затем этот сжатый воздух смешивается с реактивной струей, что улучшает ее течение, снижая турбулентность и повышая эффективность двигателя. Кроме того, такой двигатель работает тише: на пассажирских самолетах, как правило, устанавливают именно турбовентиляторные двигатели.
Даже по описанию кажется, что сделать все это очень сложно. Это действительно так, и неудивительно, что Фрэнк Уиттл за время работы над своим двигателем перенес два нервных срыва.
Франк Уиттл со своим турбореактивным двигателем, на котором он почти ничего не заработал.
Уиттл родился в 1907 г. и в школе не отличался прилежностью, зато не терял времени и прочитывал все научные книги, какие ему только удавалось достать. В 1922 г. Фрэнк хотел поступить в Королевские ВВС учеником пилота и даже подал заявление, но врачи завернули его из-за маленького роста — в нем было всего 152 см. Доброжелательный инструктор по физподготовке отозвал паренька в сторону и подсказал, какие нужно делать упражнения, чтобы пройти медкомиссию; через шесть месяцев Уиттл, подросший на 7,5 см, благополучно поступил в летный колледж в Крэнвелле.
Уиттл стал бесстрашным летчиком и мастером высшего пилотажа. Именно ему в 1930 г. было доверено демонстрировать воздушную акробатику на шоу, которое устраивали Королевские ВВС на авиабазе Хендон. Еще во время репетиций Уиттл умудрился отправить в утиль два самолета. На лейтенанта Харольда Рейберна его героизм впечатления не произвел. Позже Уиттл вспоминал: «Когда я подошел, его лицо пылало от ярости. Он обрушился на меня: "Почему бы вам не сложить все мои чертовы аэропланы в кучу посреди аэродрома и не поджечь — все быстрее получится!"».
В том же году Уиттл получил свой первый патент. К апрелю 1937 г., заработал его первый реактивный двигатель. Это был жидкостный монстр, который продолжал ускорять вращение даже после того, как ему перекрывали топливо! Один заезжий офицер сказал, что сооружение Уиттла больше всего похоже на рисунок карикатуриста Хита Робинсона, любившего изображать нелепые и чудовищные машины.
Министерство военно-воздушных сил решило прекратить работы над реактивным двигателем Уиттла. Чиновников можно понять: в то время любая попытка запустить его на полную мощность закончилась бы кучей окалины и лужей расплавленного металла. Материалы, из которых нужно было строить машину Уиттла, были практически недоступны, и не похоже было, что в ближайшие годы они появятся. Вместо этого Королевские ВВС направили Уиттла в Кембридж и профинансировали его исследовательскую работу в надежде на то, что, когда материалы все же появятся, талант конструктора можно будет использовать.
Настоящие проблемы для Уиттла начались в 1942 г., когда Министерство авиационной промышленности (МАП) начало проявлять к его изобретению серьезный интерес. Теперь оно жаждало получить боевые реактивные самолеты как можно скорее! Компании Power Jet организованной Уиттлом, практически не дали времени на работу над прототипами. Чертежи прямо с конструкторских кульманов отправлялись на заводы компании Rolls-Royce. Там быстро выяснилось — и никто, естественно, этому особенно не удивился, — что эти неиспытанные двигатели работают очень плохо. Инженеры Rolls-Royce, оставшиеся с носом и с собственным контрактом, который надо было выполнять, поступили в тех обстоятельствах очень логично — самостоятельно доработали конструкцию Уиттла. Они справились с задачей блестяще — но на этом авторские права Фрэнка Уиттла на двигатель кончились.
Следует заметить, что министерству было не до правил корректного ведения бизнеса, и разрешать конфликт между Rolls Royce и Power Jet оно не собиралось. Фирмы принялись обмениваться громкими недоказуемыми аргументами о том, кому что принадлежит и кто что сделал с какой именно частью чьего двигателя. Вскоре эти споры настолько запутали дело, что МАП решило разрубить гордиев узел — и исключило из уравнения Power Jet. В 1944 г. Стаффорд Криппс национализировал компанию Уиттла. Это было сколь простое, столь и жестокое решение. После всех трудов Power Jet осталась практически на нуле. Много лет фирма пользовалась государственными мощностями, и теперь ей не оставалось ничего иного, как превратиться в научно-конструкторское подразделение государственного исследовательского центра по газовым турбинам.
Было ли решение отнять у Уиттла его компанию ошибкой? Я в этом убежден. Криппс был противником свободного предпринимательства и горячим сторонником центрального планирования — и за несколько лет его политика буквально уничтожила все британское производство. Другой директор авиапредприятия Рольф Дадли-Уильямс, много лет поддерживавший Уиттла, отзывался о Криппсе довольно грубо. «Мне хотелось вытереть им пол, — написал он позже. — К несчастью, он умер и велел себя кремировать, так что я не могу даже помочиться на его могилу».
В 1941 г. американские исследователи также подошли очень близко к созданию реактивного двигателя. От британцев они отставали, и в мирное время это имело бы коммерческое значение. Но шла война: сам Уиттл полетел в США, чтобы ускорить работу американских конструкторов, и в том же году Великобритания бесплатно поделилась реактивными технологиями с General Electric.
Сейчас много говорят о том, что такой подарок стоил Британии первенства над США в реактивном бизнесе. Однако это пустые разговоры. Сегодня Rolls-Royce — второй по величине производитель авиационных двигателей в мире и отстает только от GE Aviation. Его годовой доход в 2008 г. составил более £9 млрд. Крупнейший британский авиапроизводитель — когда-то национализированный British Aerospace, а теперь ВАЕ Systems — второе в мире и самое большое в Европе оборонное предприятие. Кстати, в 2009 г. эта компания стала крупнейшим объектом расследования в истории британского Бюро по борьбе с мошенничеством в особо крупных размерах. Подозреваю, что без этой чести фирма вполне обошлась бы.
Великобритания и сегодня выглядит на мировом авиарынке совсем не плохо; но с самого конца войны ее мучают призраки несбывшегося. Иными словами, ее мучает призрак «Кометы».
De Havilland Comet — принципиально новая британская разработка. Это был первый в мире пассажирский реактивный самолет с герметичным салоном, что позволяло ему летать выше, дальше, быстрее и ровнее любого другого пассажирского самолета. Он был тихим и довольно вместительным (в салоне помещался даже бар). Но самое главное, он летал на высоте 11 000 м — выше негативных атмосферных явлений, которые приходилось преодолевать его винтовым конкурентам. На борту Comet воздушные путешествия впервые стали приятными. Телерепортеры, освещавшие первые полеты нового лайнера, неизменно снимали крупным планом карандаш, спокойно лежащий на краю обеденного подноса.
«Комета» могла взять на борт всего 70 пассажиров — скромно по сравнению с более поздними крупными американскими лайнерами, такими как Boeing 707. Но какое это имело значение? Опять же летал самолет вдвое медленнее своего соперника Douglas DC-6 и должен был стать основным небольшим лайнером для стремительно расширяющихся гражданских авиалиний мира. Самолет был очень популярен — его обожали летчики и экипаж, ему доверяли пассажиры.
Первым рухнул самолет компании ВОАС, летевший рейсом 781; через несколько минут после взлета с полосы римского аэропорта Чампино его разрозненные обломки дождем осыпались в Средиземное море. Произошло это 10 января 1954 г. Еще через три месяца Comet компании South African Airways рухнул в море недалеко от Неаполя. Полеты «Кометы» были прекращены; началось публичное расследование причин этих катастроф.
Во многих книгах можно найти упоминания о том, что конструкция Comet содержала фатальный недостаток; на самом деле это не так. Говорят, что квадратная форма иллюминаторов не подходит для того, чтобы выдерживать перепад давления на высоте 11 000 м. На самом деле с конструкцией окон все было в порядке. А произошло следующее: по технологии сборки оконные рамы предполагалось сажать на клей и герметизировать при помощи патентованного британского метода под названием «редакс». Один из старших инженеров, опасаясь, что одного «редакс» будет недостаточно для полной герметизации объекта такой сложной формы, распорядился закрепить рамы еще и заклепками — просто на всякий случай. При этом даже самая крошечная трещинка, образовавшаяся возле неровно вставшей заклепки, из-за усталости металла вызывала разрыв обшивки салона: за этим в течение нескольких секунд следовали взрывная декомпрессия и катастрофическое разрушение корпуса.
Тщательная и очень сложная реконструкция разбившегося самолета вскрыла фатальные слабости Comet.
Если бы эта ошибка проявилась раньше, ее вполне можно было исправить. Если бы она проявилась рано, ее даже не сочли бы ошибкой: всего лишь очередная тупиковая ветка на длинном пути разработки и конструирования нового самолета. Но ни одно испытание, даже самое тщательное, не может предвидеть будущего. Самолеты De Havilland проходили самые жесткие испытания среди всех гражданских самолетов того времени — и ни малейшего намека на проблемы не возникло.
De Havilland не сдался без боя. Иллюминаторы были переделаны, и появился самолет Comet 2. А в 1958 г. фирма представила публике самолет Comet 4, великолепный реактивный пассажирский лайнер, который первым стал обслуживать британские трансатлантические линии. Но пока машины De Havilland прохлаждались на земле, американские компании Boeing и Douglas извлекали из несчастий британских коллег ценные уроки.
Независимо друг от друга эти две компании, яростно соперничавшие между собой, создали новое поколение авиалайнеров. DC-8 компании Douglas был быстрее и дешевле в обслуживании, чем Comet 4. Из-за безвременной кончины Comet Британия сильно отстала в авиаконструкторском деле. Оставался лишь один лучик надежды. Специалисты Королевского авиационного центра RAE (Royal Aircraft Establishment), работавшие над стратегическим бомбардировщиком Avro Vulcan и изучившие германский опыт создания высокоскоростных самолетов, теперь знали о конструировании сверхзвукового крыла больше, чем кто бы то ни было. Используя это знание, они могли еще обогнать Boeing и Douglas и создать первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолет!
Звук распространяется в воздухе со скоростью около 330 м/с. Можно подумать, что полет на такой скорости — вещь сложная и труднодостижимая, но на самом деле разогнаться до скорости звука не так уж трудно: достаточно направить нос самолета в землю.
За время Второй мировой войны в мире появились по-настоящему юркие и маневренные военные самолеты. Одним из них был Mitsubishi Zero — поразительно маневренный истребитель, к тому же очень быстрый. Но в этом заключалась и проблема: на Zero стоило нырнуть вниз, уходя от опасности, и вывести машину из пике было чертовски трудно. Чем быстрее падал самолет, тем сильнее сгущался воздух перед ним. (Представьте капли дождя, падающие на ветровое стекло вашего автомобиля; стоит замедлиться, и дождь будто по волшебству ослабевает; стоит ускориться, и дворники перестают справляться с потоками воды.) Пользуясь земным тяготением, Zero мог бы без проблем разогнаться до скорости звука и даже превысить ее; но управляющие поверхности этого самолета были недостаточно прочными, чтобы выдержать давление уплотнившегося набегающего потока. Постепенно самолеты Zero начали обретать вполне определенную репутацию — даже не из-за частых падений, а из-за того, с какой силой они обрушивались на землю.
Mitsubishi Zero: великолепный самолет — до тех пор, пока он не пытается преодолеть звуковой барьер.
Звук — это колебания воздуха. Воздух может переносить информацию со скоростью примерно 330 м/с, и не быстрее. Войдите в воздух на более высокой скорости, и он не успевает расступиться перед вами. Он взрывается. Многие знакомые всем объекты способны в определенных обстоятельствах двигаться быстрее звука: это и передняя кромка флага, и кончик пастушеского бича (громкий щелчок бича слышен, когда его кончик преодолевает звуковой барьер), и край полотенца, которым вы пытаетесь кого-то хлестнуть, — а иногда и кончики лопастей винта. Если лопасти у винта достаточно длинные, а винт вращается достаточно быстро, кончики лопастей преодолевают скорость звука. Когда это происходит, воздух, который в обычных обстоятельствах загонялся бы назад и обеспечивал поступательное движение винта, начинает непрерывно взрываться и образует стоячую волну — ударную волну, собственно — и вследствие этого турбулентную зону непосредственно перед винтом. Это не так страшно, как кажется: вы все еще будете держаться в воздухе без особенных проблем. Но вот быстрее лететь уже не получится, а потребление топлива заметно вырастет.
Именно из-за различных технических проблем, с которыми сталкивались самолеты (как винтовые, так и реактивные), не приспособленные к сверхзвуковому движению, возникло представление о «звуковом барьере». Этот барьер вполне реален, но его преодоление — дело техники, а не физики; на данный момент все связанные с ним проблемы решены. Современные сверхзвуковые самолеты достигают скорости, многократно превышающей скорость звука, вообще без резких переходов.
Полет со сверхзвуковой скоростью действительно отличается от дозвукового полета в некоторых довольно любопытных отношениях. Так, на сверхзвуковой скорости самолет нагревается: температура некоторых деталей экспериментального космического самолета Х-15 ВВС США достигала 650 °C. Причина в том, что воздух не успевает расступаться перед носом самолета; вместо этого он скапливается и образует своеобразную подушку. Полет сквозь этот уплотненный воздух — все равно что полет сквозь густое желе. Нил Армстронг убедился в этом на собственной шкуре 20 апреля 1962 г. в полете над авиабазой Эдвардс в Калифорнии. На своем Х-15 Армстронг поднялся на высоту 63 км (максимальная высота, на которой ему довелось побывать до Gemini 8, и почти две трети высоты, на которую поднялся SpaceShipOne Берта Рутана). Однако во время спуска пилот задрал нос самолета чуть-чуть выше, чем следовало, и… срикошетил от атмосферы! Оказавшись на тридцать километров выше, чем нужно, и имея в этот момент скорость втрое выше скорости звука, Армстронг должен был перелететь посадочную полосу авиабазы на шестьдесят восемь километров.
Модель X-15 создает конус ударной волны во время испытаний в сверхзвуковой аэродинамической трубе.
«Морской монстр».
Если внимательно оглядеть любое водное пространство заметных размеров, рано или поздно вы заметите птицу, несущуюся над самой водой. Эта птица будет лететь очень быстро, потому что она использует одну авиационную возможность, которую мы, люди, только начинаем исследовать.
Кончики крыльев и птицы, и самолета порождают в воздухе заметную турбулентность. Однако если лететь очень низко над поверхностью земли, воздух, вымещаемый крыльями, не может свободно закручиваться и распределяться: мешает земля. Вместо турбулентности под крылом возникнет подушка уплотненного воздуха, по которой птица или самолет способна скользить. Результат — невероятно быстрый и эффективный с точки зрения энергии полет, если, конечно, вы не против лететь всего в паре метров над землей.
Во время холодной войны на спутниковых снимках Каспийского моря был обнаружен вызывающий тревогу объект: он был огромен, быстр и не имел, казалось, никакого смысла. С виду он был похож на старинный самолет: гигантский фюзеляж и куцые обрубленные крылья. Было понятно, что это не судно и не самолет, — но что это? Западное разведывательное сообщество окрестило загадочный объект «Каспийским монстром».
Это чудовище — экраноплан — изобрел советский инженер-новатор Ростислав Алексеев. И, в противоположность тому, что десятилетиями говорила западная пропаганда, эта история может служить примером огромного технического успеха советских военных. Экранопланы не один год летали над Каспийским морем на глазах у ошеломленной НАТО, перевозя военные грузы с одного берега моря на другой гораздо быстрее и дешевле, чем это под силу любому другому самолету. Морским чудовищем, заинтриговавшим все западное разведсообщество, был КМ — величайшее достижение советского экранопланного проекта. Самолет длиной почти 100 м и массой в груженом состоянии 531 т мог летать в нескольких метрах над поверхностью воды со скоростью около 400 км/ч.
Забавная диковинка холодной войны? Да, конечно: после распада Советского Союза работа над экранопланом прекратилась на много лет. Но хорошие идеи живут долго, и уже сегодня на чертежах американских и российских компаний рождаются проекты новых, еще более величественных экранопланов.
Boeing разрабатывает Pelican — турбовинтовой военно-транспортный самолет с размахом крыльев 150 м. Предполагается, что он сможет перевозить 1300 т. груза на расстояние 10 000 морских миль — на высоте шести метров над водой. Одновременно в России авиаконструкторское бюро Бериева планирует построить самый крупный самолет в мире. Проект Бе-2500 «Нептун» — это концепция сверхтяжелого грузового самолета-амфибии. Максимальный взлетный вес этого монстра будет 2750 т. Он будет функционировать и как обычный высотный реактивный самолет, и как экраноплан: обслуживая трансконтинентальные маршруты, взлетая из акватории обычного морского порта и не требуя специальной инфраструктуры.
Полетит ли он когда-нибудь? Если да, не забудьте пригнуться!
Из-за уплотнения воздуха впереди самолеты на сверхзвуковой скорости сталкиваются примерно с такими же проблемами, с которыми имеют дело морские суда. Волны уплотненного воздуха — так называемые ударные волны — прижимаются к сверхзвуковому летательному аппарату, точно так же как волны от носа корабля прижимаются к его корпусу. (Кстати говоря, волны перед носом корабля — это тоже ударные волны. Волны в воде распространяются так медленно, что судно без особенного труда порождает перед собой ударную волну.) Еще в 1933 г. эксперименты в аэродинамической трубе показали немецким исследователям, что если воздух впереди самолета на сверхзвуковой скорости уплотняется, то ударная волна расходится сзади в виде конуса. Крылья самолета должны оставаться внутри конуса: в противном случае ударная волна создаст такое давление на рулевые поверхности, что работать ими будет невозможно.
Это проблема для конструкторов. Если сделать крылья самолета слишком длинными, они перестанут работать на сверхзвуковых скоростях, и самолет разобьется. Если сделать их слишком короткими, самолет вообще не сможет оторваться от земли! Конструирование крыла, которое будет функционировать и на дозвуковых, и на сверхзвуковых скоростях, непростая задача; но работы над этой проблемой начались задолго до постройки первых сверхзвуковых самолетов.
Дитрих Кюхеман, уроженец Гёттингена, начал заниматься теорией сверхзвукового полета в результате целой цепочки неприятных обстоятельств. Вообще, он собирался изучать в университете физику под руководством знаменитого математика Макса Борна — друга семьи и одного из основателей квантовой механики. Когда же еврея Борна под давлением нацистского режима изгнали из университета, Кюхеману ничего не оставалось, кроме как искать для себя новое занятие и новую тему.
В Гёттингене находился крупнейший в Германии институт аэродинамики. Там Кюхеман, к собственному немалому удивлению, нашел для себя дело всей жизни: аэродинамику. Во время войны Кюхеман разрабатывал воздухозаборники для первых германских реактивных истребителей. Это была важная задача, но Кюхеман находил время и для развития собственных идей о форме ударной волны, о бескрылых самолетах и теории сверхзвукового полета. После поражения Германии Кюхеман попал в сеть операции «Хирург» (Surgeon) — британской программы, по которой спецназовцы без долгих разговоров вытаскивали немецких ученых и инженеров из-под носа наступающих русских, «нравилось им это или нет».
Кюхеман, надо сказать, не возражал. Именно в Англии по-настоящему расцвел его талант, да и особых поводов тосковать по дому у него было. В Королевском авиационном центре (Royal Aircraft Establishment — RAE) в Фарнборо он оказался среди таких людей, как Карл Дёч и Адольф Буземан, — таких же, как Кюхеман, первопроходцев в области сверхзвукового полета. К концу 1940-х гг. список сотрудников аэродинамического отдела RAE больше всего походил на справочник «Кто есть кто в аэродинамике в Германии»!
Главной задачей RAE были исследования и разработка новых типов воздушных судов для британского правительства. Но какие именно самолеты потребуются в послевоенном будущем? Британские авиастроители ответили на этот вызов тремя поистине ужасающими военными самолетами: Handley Page Victor, Vickers Valiant и Avro Vulcan. Эти самолеты, известные вместе как «V-бомбардировщики», были основной сдерживающей силой Британии во время холодной войны, пока в 1969 г. не появились подводные лодки, вооруженные ракетами Polaris.
Еще не были завершены работы над V-бомбардировщиками, когда стало ясно, что когда-нибудь их задачи возьмут на себя беспилотные ракеты. Министр обороны Дункан Сэндис зашел даже так далеко, что еще при своей жизни предсказал полное исчезновение пилотируемых военных самолетов.
Инженеры British Aircraft Corporation (BAC) с ним не согласились и создали TSR-2 — ударный самолет, оборудованный хитроумным следящим радаром, инфракрасными камерами, боковым радаром и сложнейшим автопилотом — приборами, не установленными к тому моменту ни на одном военном самолете. Закрытие проекта TSR-2 лишило Британию самого передового военного самолета того времени.
Тем временем RAE переключился на серию ракетных проектов, которые все без исключения — Black Arrow, Black Knight, Jaguar, Skylark — завершились неудачно[8]. RAE даже разрабатывал — с некоторым успехом — спутники, но без поддержки правительства не смог довести начатые проекты до коммерческих запусков. Для Кюхемана и его коллег, занятых прежде в проектах V-бомбардировщиков, это было время перегруппировки сил и обдумывания перспектив.
Теперь, когда не давили сроки, команда Кюхемана возобновила работу над теорией высокоскоростного полета и построила серию макетов для исследования проблем конструкции крыла. Они успели стать специалистами по треугольным стреловидным крыльям, называемым также дельтовидными. (С земли самолеты Avro Vulcan казались почти правильными треугольниками.) Площадь поверхности дельтовидного крыла была достаточной, чтобы удерживать самолет в воздухе на нормальных скоростях; на сверхзвуковых скоростях их стреловидная форма позволяла самолету целиком оставаться внутри конуса ударной волны. Главными проблемами для подобных самолетов были взлет и приземление. Углы взлета и посадки у самолета с крыльями такой формы были невероятно крутыми…
В то же время ветераны проекта TSR-2 увидели способ сохранить хотя бы часть своих тяжело давшихся результатов и применить военные разработки при создании жизнеспособного гражданского самолета. Возникли условия для замечательной встречи умов — и создания замечательного нового самолета. В 1961 г. Питер Торникрофт, тогдашний министр авиации, произнес перед Кабинетом министров речь. Он буквально светился от возбуждения. Он предлагал правительству разработать сверхзвуковой пассажирский самолет. С ним, считал Торникрофт, «Британия получит возможность… завоевать лидерство, которое мы упустили в случае с Comet».
Усилия по созданию британского сверхзвукового пассажирского самолета возглавил Арчибальд Рассел из British Aircraft — известный перфекционист. Результатом стал проект самолета, который должен был нести на борту около ста пассажиров и пересекать Атлантику со скоростью, примерно вдвое превышающей скорость звука, или «два Маха» (в этом термине увековечено имя немецкого физика Эрнста Маха, заложившего основы теории ударных волн). Bristol 223 мог похвастаться четырьмя двигателями Olympus, созданными на основе движков самолета Vulcan, необычным дельтовидным крылом — детищем Дитриха Кюхемана, и опускаемым носом. Последний был необходим из-за крутых взлетов и посадок — пилоту полезно видеть взлетно-посадочную полосу!
Двигателями и формой крыла Concorde в значительной степени был обязан ядерному бомбардировщику Avro Vulcan.
223-й был необычайным техническим достижением и стоил бешеных денег. В ноябре 1962 г. было заключено соглашение между Британией и Францией разделить расходы, объединив проект Рассела с менее крупным сверхзвуковым проектом компании Sid Aviation (позже она вошла в состав Aerospatiale).
Когда я говорю, что Concorde был замечательным самолетом, я ни на секунду не забываю и о его недостатках — а их было немало. Ему не хватало дальности полета, и потому выгодные маршруты на западное побережье США и в Йоханнесбург были для него недоступны. Он мог перевозить всего сто пассажиров. К тому же его салон был не слишком удобен: тот, кто задумывал его узенькие сиденья, никак не рассчитывал на сегодняшние необъятные «талии». Ноги было трудно вытянуть, потому что кресла стояли тесно, почти как в эконом-классе; а уж встать в этом самолете во весь рост высокому человеку было попросту опасно. ВА, конечно, пыталась подсластить пилюлю: обед в самолете подавали на веджвудском фарфоре с серебряными приборами; тем не менее следует признать, что Concorde никогда не отличался чрезмерным удобством.
На максимальной высоте 18 км, где летал этот сверхзвуковой лайнер, воздух настолько разрежен, что при внезапной разгерметизации никто в самолете не успел бы даже схватить кислородную маску; и пассажиры, и экипаж мгновенно лишились бы сознания. Поэтому окна в «Конкорде» были сделаны раздражающе маленькими, чтобы дать пассажирам эти несколько жизненно важных лишних секунд. Самолет летал так высоко, что в кокпите был установлен прибор, регистрировавший ионизирующую радиацию — космические лучи.
Concorde в полете обгонял вращение Земли; перелетев через Атлантику с востока на запад, вы вполне могли обогнать часы и приземлиться раньше времени вылета. Он летал так быстро, что обычный реактивный лайнер в попутном направлении, казалось, даже не стоял на одном месте, а летел задом наперед. Сжатый воздух нагревал окна в кокпите так сильно, что невозможно было дотронуться. Весь самолет при сверхзвуковом полете будто разбухал от жара, и на летной палубе появлялся зазор между пультом бортинженера и шпангоутом. Уходящие в отставку бортинженеры помещали свои фуражки в этот зазор; там они и лежат до сих пор.
Такой самолет, как Concorde, просто обязан был покорить воображение всей отрасли — если, конечно, считать, что у отрасли есть воображение. Это предположение, однако, оказалось слишком смелым.
Это по-прежнему самый футуристический по внешнему виду самолет: прототип «Конкорда» всегда собирал толпы народа.
Англо-французский консорциум, создавший самолет, получил примерно сотню предварительных, ни к чему не обязывающих заказов, но целая серия происшествий, едва не ставших фатальными, уменьшила это число до шести. Плохо было уже то, что продажи начались в разгар нефтяного кризиса 1973 г. Но реальной причиной аннулирования всех этих заказов (от всех основных глобальных игроков того времени — Pan Am, United, Lufthansa и др.) стала катастрофа чужого самолета.
Кое-кто утверждает, что советский Ту-144 — первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолет, взлетевший на два месяца раньше «Конкорда», — был продуктом промышленного шпионажа и всего лишь копией «Конкорда». Это несправедливо. Да, советские конструкторы, скорее всего, немало знали о проекте Concorde. Но главная причина того, что Ту-144 и «Конкорд» были так похожи — вплоть до необычного носа, который мог опускаться и подниматься, — состояла в том, что уровень техники того времени жестко задавал формы и характеристики сверхзвукового пассажирского самолета. Ту-144, как и его соперник, был хорошо скомпонованным самолетом; он потреблял значительно больше топлива, чем его англо-французский аналог, но был больше и летал гораздо быстрее.
Многократно оболганный Ту-144 — первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолет — в варианте летающей лаборатории.
Ту-144 — на Западе его сразу же окрестили Concordski[9] — был представлен на парижском авиасалоне в Ле-Бурже 3 июня 1973 г. Однако во время демонстрационного полета он вдруг резко нырнул, развалился и рухнул, разрушив пятнадцать домов; погибли все шесть членов экипажа и восемь человек на земле.
Эта катастрофа так и не получила полного и окончательного объяснения. После этого Ту-144 несколько лет летал на внутренних линиях Советского Союза без всяких происшествий. Слухов же было много: говорили, что лайнер столкнулся (или чуть не столкнулся) с французским самолетом сопровождения; что специалисты наземной службы, мечтавшие, чтобы Ту по всем статьям превзошел Concorde, перемудрили с автоматической системой управления; что в чертежи «Конкорда», которые, как известно, изучали советские шпионы, была внесена намеренная ошибка…
Во всяком случае, коммерческая судьба Ту-144 была предрешена, а Concorde, так на него похожий, пострадал «за компанию». В итоге заказали самолеты только Air France и British Airways. И не то чтобы эти компании заплатили за заказанные самолеты: в случае ВА стоимость покупки «Конкордов» была покрыта государственным займом, расплачиваться за который предполагалось долей прибыли (80 %) от их эксплуатации.
В то время как раз набирало обороты движение в защиту окружающей среды, и одной из первых его мишеней стало шумовое загрязнение от самолетов. Concorde в этом смысле был особенно уязвим, потому что преодоление звукового барьера у него сопровождалось сильным звуковым ударом. В последующие годы авиаконструкторы разработали способы минимизировать этот удар, но в то время неспециалисты были уверены, что звуковой барьер реален и что новомодным сверхзвуковым самолетам просто приходится сквозь него пробиваться. Неудивительно, что многим то будущее, которое олицетворял собой Concorde, внушало страх: представьте себе мир, заполненный какофонией звуков, где небеса непрерывно дрожат от взрывов и еще более оглушительного гула еще более мощных двигателей! Ограничение шумового загрязнения — серьезный вопрос, и время его пришло, но очень жаль, что первой и главной мишенью этого движения стал именно Concorde. На тот момент он был далеко не самым шумным самолетом в небе — что подтвердил в 1977 г. и Верховный суд США, когда снял наконец запрет на полеты «Конкордов», наложенный руководством Нью-Йоркского транспортного узла. (Было отмечено, что в длинном списке более шумных, чем Concorde, самолетов, присутствовал и личный самолет президента США!).
Самым главным препятствием на пути Concorde оказались, как ни странно, эксплуатировавшие его авиакомпании. Concorde — самолет, которому следовало быть ракетой, — был явлением настолько футуристическим, настолько противоречивым и странным, что ни одна из компаний не знала толком, что с ним делать. Обе авиакомпании совершили одну и ту же ошибку. Они рассматривали Concorde как обычный пассажирский самолет, призванный обслуживать регулярные авиалинии, но возводили его на пьедестал: полеты на Concorde через Атлантику, говорили они, это нормальный бизнес, с той оговоркой, что он эксклюзивен, он дорог, он… ну, в общем, не окупаем.
В последние шесть месяцев жизни Concorde ВА наконец проснулась. Кто-то там наконец понял, почему люди летают на Concorde. Дело было не в серебряных приборах, от которых в такой тесноте толку все равно мало. Люди летали на них ради новых ощущений. Concorde так и не стал рабочей лошадкой, которую придумывали конструкторы и в которой нуждались авиалинии. Это было нечто совершенно иное: развлекательный самолет.
Лишь в самый последний момент ВА наконец начала мыслить креативно. Если вам просто нравится этот самолет, вы можете совершить на нем экскурсионный полет — вылететь из Хитроу и вернуться туда же. Или вы можете полететь куда-нибудь на Concorde, а вернуться обычным эконом-рейсом. Для любителей скорости ВА предложила серьезные скидки. И смотрите, что произошло: компании больше не приходилось гонять пустые кресла через Атлантику со скоростью в два маха. Согласно напечатанному в Sunday Times отчету, им наконец удалось получить неплохую прибыль: £50 млн за шесть месяцев!
Но топор был уже занесен. После 11 сентября 2001 г. спрос на воздушные перевозки упал, нанеся отрасли, и без того пострадавшей из-за бешеного роста цен на топливо, дополнительный удар. Салоны первого класса в самолетах национальных авиакомпаний еще больше опустели. ВА и Air France приняли решение снять Concorde с полетов, чтобы хоть как-то заполнить кресла первого класса.
Тремя годами раньше, 25 июля 2000 г., во время взлета из французского аэропорта Гонесс, самолет компании Air France (рейс 4590) наехал на титановую полоску — деталь механизма реверса тяги, только что отвалившуюся от самолета DC-10 компании Continental Airlines. Острый конец детали проткнул шину одного из колес на левой стойке шасси Concorde. Шина взорвалась, обрывки резины попали в топливный бак и перебили электрический кабель. Топливо из пробитого бака попало на искрящий конец кабеля. Вспыхнул пожар, отказала система уборки шасси. Не сумев набрать ни высоту, ни скорость, самолет резко задрал нос и рухнул на гостиницу «Хотелиссимо» в Гонессе. Погибли все 100 пассажиров и девять членов экипажа и четыре человека на земле.
Это была единственная авиакатастрофа с участием Concorde, и полеты после нее не прекратились; но отказаться от сверхзвуковых лайнеров после нее стало намного проще.
Пока Concorde был на приколе после гонесской катастрофы[10]. ВА и Air France отметили любопытный факт: регулярные пользователи сверхзвуковых линий теперь покупали места в салонах первого класса на регулярных линиях и в среднем хранили верность эксплуатирующим компаниям. Звоночек прозвенел: получалось, что ВА и Air France, уничтожив Concorde, не только сохранят средства, которые тратятся на эксплуатацию сверхзвуковых лайнеров, но и сделают остальные свои дальние рейсы более прибыльными. Они даже не потеряют пассажиров, потому что в салонах первого и бизнес-класса хватит пустых мест, чтобы удовлетворить запросы всех тех, кто прежде летал на «Конкордах». В каком-то очень примитивном смысле это было разумно, а времена для воздушного транспорта в 2003 г. были тяжелые.
Я предложил купить принадлежавшие ВА «Конкорды» за те же деньги, которые когда-то заплатила за них сама авиакомпания. По моим расчетам, примерно по £1 за самолет. Новый Concorde оценивался в £26 млн, но государственный заем означал, что компании никогда не приходилось выкладывать никаких реальных денег. Позже, в 1983 г., только что приватизированная ВА приобрела два самолета по цене £1 за каждый в составе крупной партии общей стоимостью £16,5 млн.
По непонятным причинам на ВА моя логика не произвела никакого впечатления! Так что я предложил компании другой вариант: пять самолетов по £1 млн за штуку. ВА по-прежнему не соглашалась: только уничтожив Concorde, они могли заполнить салоны первого класса своих дальних рейсов. Рейсы, обслуживаемые Virgin Atlantic Concorde, окончательно отняли бы у них тех самых вожделенных пассажиров. Конечно, мне не нравилась позиция ВА, но я мог ее понять. А вот позиция британского правительства ставила меня в тупик: совершенно непонятно, почему правительству не хватило ума настоять, чтобы ВА, если не хочет продолжать эксплуатацию сверхзвуковых лайнеров, продала их еще кому-то. В конце концов, самолеты были оплачены налогоплательщиками, а не ВА!
К описываемому моменту в борьбу включились и всевозможные группы по интересам — включая и сотрудников самой ВА; развернулась кампания за то, чтобы сохранить по крайней мере один Concorde в рабочем состоянии для особых случаев. Вот и теперь на королевские именины мы можем найти Vulcan, Lancaster, несколько Spitfire — так зачем исключать из этого списка самый узнаваемый гражданский самолет Великобритании?
Поэтому я пообещал £1 млн на организацию фонда национального наследия, который сохранил бы для страны пару «Конкордов». Компания QinetiQ со штаб-квартирой в Фарнборо готова была взять на себя обслуживание самолетов, а бывшая Bristol Aeroplane Company — в настоящее время британский аэрокосмический гигант ВАЕ Systems — объявила, что их можно разместить в Филтоне, неподалеку от Бристоля. Это было бы великолепно и очень символично — ведь именно в Филтоне «Конкорды» были сконструированы и построены! Все у нас могло получиться — если бы мне приходилось иметь дело только с ВА. Я выдвигал всевозможные идеи, а как-то даже предложил покрасить самолет с одной стороны в цвета ВА, с другой — в цвета Virgin! ВА отвечала уклончиво, но мы надеялись их уговорить.
Проблема была связана с французской стороной. Единственная катастрофа Concorde произошла во Франции; тогда погибло много людей, страна оделась в траур. Когда пришло время Air France сворачивать использование «Конкордов», французы были готовы поверить, что эти самолеты ненадежны, устарели и пора с ними заканчивать. А тут вдруг кучка английских энтузиастов авиации громко заявляет, что Concorde — все же блестящий самолет, и готова поддерживать его в рабочем состоянии на английской земле! Если бы этот проект был реализован, получилось бы, что Air France и французское правительство несправедливо отказались от одного из собственных величайших технических достижений. Ни компании, ни правительству подобные обвинения и подобная неловкая ситуация были ни к чему. В то время как я получал положительные ответы от европейской авиастроительной компании Airbus, имевшей контракт на обслуживание Concorde, другая фракция в руководстве Airbus заявила, что компания ни за что и ни при каких обстоятельствах не согласится обслуживать эти самолеты и дальше. Следует, пожалуй, пояснить, что штаб-квартира Airbus расположена в Тулузе (Франция).
Так ничем все и кончилось. Чтобы удобнее было развозить «Конкорды» по музеям, где сегодня они скучают в виде «статичных экспонатов», ВА и Air France отпиливали своим самолетам крылья. Самый любимый самолет Великобритании больше никогда не поднимется в воздух.
Критики утверждают, что Concorde был так называемым «белым слоном»: он был дорог в разработке (это точно), дорог в обслуживании (правда, но сильно преувеличенная) и дорог в эксплуатации (полная чепуха). Concorde был чем-то вроде спортивной машины. Спортивную машину не покупают ради экономии топлива, ну и что, что Boeing 747 в четыре с половиной раза эффективнее по топливу, чем Concorde? По топливу 747-й с заполненным салоном более эффективен, чем семейный автомобиль! Играть цифрами очень просто. Главное — задаться вопросом, для чего предназначено данное средство передвижения, и эксплуатировать его соответственно.
Concorde не оправдал ожиданий своих конструкторов и операторов. Он внушал восторг и благоговение всем: пилотам, пассажирам и просто случайным зрителям и знакомил нас с новой моделью авиаиндустрии: с тем, как сделать дальние воздушные перевозки не такими дальними.
Как я уже говорил, именно развлечения ведут нас в будущее. Новизна и необычность, более чем что-либо еще, — больше даже, чем амбиции и страхи наций и государств, — являются локомотивами технического прогресса. Компания Concorde не собиралась положить начало эры «Конкордов», так же как Delahaye и Bugatti 1930-х гг. не возвещали эру гоночных автомобилей. Сегодня перед теми из нас, кого вдохновил пример Concorde, стоит следующая задача: создать сверхзвуковые пассажирские самолеты, которые будут быстрее, дешевле и экологичнее первых ласточек.
Самолет Concorde был сделан из самых современных и продвинутых материалов того времени. По большей части это были металлы и сплавы; его дети будут сочетанием композитных материалов. Concorde жег ископаемое топливо бочками; его дети будут жечь обработанное топливо, которое оказывает на окружающую среду минимальное воздействие. Concorde забирался так высоко, как только мог, и там продирался сквозь воздух; его дети будут полностью выходить за пределы земной атмосферы, увеличивая тем самым скорость и сберегая атмосферу. Concorde по сравнению с конкурентами снижал время в пути более чем вдвое; его дети будут переносить пассажиров из Нью-Йорка в Сидней меньше чем за два часа. Компания Concorde обещала человеку будущее, в котором любая точка Земли будет доступна и недалека. Я уверен, что технология, которую разрабатывает в настоящий момент Virgin Galactic, выполнит эти обещания. Не знаю, произойдет ли это еще при моей жизни, но точно знаю, что преемники Concorde уже проектируются.
Обычные реактивные самолеты не могут летать быстрее, чем при числе Маха — три (МЗ), иначе у них расплавятся лопатки турбин. Ракетные суда могут достигать скорости М25 и летать достаточно быстро, чтобы иметь возможность выйти на орбиту вокруг Земли; но им приходится таскать с собой огромное жуткое количество кислорода для сжигания топлива. Где-то в промежутке между традиционным реактивным двигателем и традиционной ракетой находится идея двигателя такого простого, нетрадиционного и чертовски сложного в реализации, что до сих пор сделано всего несколько попыток построить такой двигатель.
Если не считать насос для впрыскивания топлива в камеру сгорания, прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) не имеет движущихся частей: никаких турбин, никаких вентиляторов и никаких валов. Сама форма двигателя при движении самолета вперед обеспечивает сжатие воздуха, попадающего внутрь. Единственный недостаток такой схемы состоит в том, что работает он только на высокой скорости.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) изобрел в 1913 г. французский изобретатель Рене Лорен. Предложенная им схема определенно имела смысл (на нее даже был выдан патент) но Лорен так и не смог найти материалов, пригодных для строительства прототипа. Еще один проект прямоточного воздушно-реактивного двигателя, предложенный венгерским изобретателем Альбером Фоно, зашел еще дальше: в 1932 г. был выдан патент на конструкцию двигателя, предназначенного для высотных сверхзвуковых самолетов!
Первый самолет с ПВРД был советским и появился всего через семь лет после этого, но и до сего дня данный двигатель почти не нашел себе применения — разве что в самых мудреных военных самолетах. Причина в основном заключается в том, что самолет, которому нужно два типа тягового усилия — один для набора скорости, на которой другой может начать работать, — по определению окажется очень дорогим.
Этого мало. У прямоточного воздушно-реактивного двигателя, который становится эффективным, начиная где-то с одного Маха, есть и верхний предел скорости. Дело в том, что воздух внутри двигателя приходится замедлять до дозвуковых скоростей, иначе не произойдет воспламенения топлива. При принудительном замедлении воздуха двигатель нагревается до невероятных температур, какой бы метод замедления вы ни применили. На скорости выше пяти Махов ПВРД просто развалится.
Тут появляется сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (СПВРД). В нем топливо, впрыскиваемое в двигатель, разгоняется до сверхзвуковой скорости, — и, соответственно, воздух, поступающий в мотор, замедлять не требуется. Достоинство такого двигателя заключается в том, что он способен нормально работать на скоростях выше пяти Махов и на высоте 74 км над поверхностью Земли, где самолет не может нанести никакого вреда атмосфере. Его недостаток заключается в том, что, если скорость попадающего внутрь воздуха падает ниже М1, двигатель захлебывается — и происходит взрыв.
Национальный консультативный комитет по аэронавтике США (NACA) поджигает фитиль.
В проекте NASA среди сверхзвуковых самолетов серии Х — мы будем говорить о них в следующей главе — уже есть экспериментальные СПВРД. Если Алану Бонду удастся настоять на своем, Европа от США не отстанет.
Бонд — бывший британский авиаинженер, который начинал свою карьеру в ракетном подразделении Rolls-Royce; под его руководством команда ученых разработала проект межзвездного космического корабля Daedalus. В настоящее время он на деньги Европейского космического агентства (ESA) разрабатывает двигатель, который мог бы обеспечивать и полет самолета со скоростью, впятеро превышающей скорость звука, и выход на орбиту Земли, причем без заметного вреда для экологии.
Компания Бонда Reaction Engines со штаб-квартирой в Оксфордшире работает над проектом авиалайнера под названием А2. Предполагается, что типичный рейс А2 будет выглядеть примерно так: вылет из международного аэропорта Брюсселя и выход на нормальной дозвуковой скорости М0,9 в воздушное пространство над Атлантическим океаном; затем набор скорости М5 и полет через Северный полюс и дальше над Тихим океаном в Австралию. Полное полетное время составит примерно 40 минут. Сегодня полет по такому маршруту занимает около 22 часов.
Главный секрет А2 — двигатель: это ПВРД с хитроумным теплообменником; он отбирает тепло у входящего в двигатель воздуха и передает его водороду, который здесь используется в качестве топлива. Это означает, что двигатель может спокойно работать даже в том случае, если воздух проносится через него с огромной скоростью. Чем быстрее движется воздух, тем холоднее двигатель. Специалисты Reaction Engines считают, что для их ПВРД не потребуются экзотические материалы; наоборот, его можно будет делать из легких сплавов.
Но есть еще и Skylon — ракетный корабль Алана Бонда. Этот летательный аппарат на водородном топливе взлетает с обычной взлетной полосы, разгоняется до М5,5, а затем — благодаря все тому же хитроумному теплообменнику — начинает замораживать кислород, попадающий в двигатель, для дальнейшего использования вне пределов атмосферы. На этом этапе Skylon смешивает собранный из атмосферы и сжиженный кислород с имеющимся на борту запасом жидкого водорода и получает традиционное ракетное топливо.
— Это совершенно уникальный проект, — говорит Марк Хемпселл, директор Reaction Engines по перспективным проектам. И это заявление полностью оправданно!
