Реактивные сани: самый быстрый транспорт на земле
Все началось в Германии. Знаменитая «Фау-2», она же A-4, имела ряд модификаций, призванных улучшить полетные и убойные свойства ракеты. Одной из таких версий была ракета A-4b, позже сменившая индекс на А-9. Основной задачей A-4b было покрытие значительной дистанции, то есть, по сути, превращение в межконтинентальную ракету (в «американскую ракету» А-9, как представили прототип Гитлеру). На ракете были установлены характерной формы дестабилизаторы, призванные улучшить ее продольную управляемость, а дальность полета действительно возросла относительно А-4. Правда, до Америки было далеко. Тем более что два первых пробных пуска в конце 1944 года и в начале 1945-го обернулись провалами. Но был и третий запуск, произошедший, если верить письменным источникам, в марте 1945 года. Для него был сконструирован специфический пусковой аппарат: из подземной шахты на поверхность земли вели рельсы, на которых стояли... салазки. На последних и покоилась ракета. Таким образом обеспечивалась изначальная стабильность полета — движение по направляющим исключало вихляние или завал на бок. Правда, споры о том, состоялся ли запуск, ведутся до сих пор. В документах есть технические данные оригинальной системы, но прямых доказательств подобного запуска не найдено.
Человек на салазках
Что же такое ракетные салазки? В принципе, это устройство удивительно тем, что вся его конструкция в полной мере раскрыта названием. Это действительно сани, на которые установлен ракетный двигатель. Ввиду того, что на огромных скоростях (обычно сверхзвуковых) организовать управление практически невозможно, салазки движутся по направляющим рельсам. Торможение чаще всего не предусмотрено вовсе, за исключением пилотируемых агрегатов.
Основное назначение салазок — анализ способности различных систем и технических решений работать при большом ускорении и скорости. Салазки функционируют примерно как воздушный шар на привязи, то есть позволяют в комфортных, лабораторных условиях проверить системы, от которых может зависеть жизнь летчика, пилотирующего сверхзвуковой самолет, или надежность отвечающих за тот или иной показатель приборов. На разгоняемые до расчетных скоростей сани устанавливаются оборудованные датчиками приборы — проверяется их способность выдерживать перегрузки, влияние звукового барьера
В 1950-х годах американцы испытывали с помощью салазок влияние высоких скоростей на человека. Hа тот момент считалось, что летальной для человека перегрузкой является 18g, но это число было следствием теоретического расчета, принятого в качестве аксиомы в развивающейся аэрокосмической отрасли. Для реальной же работы как над самолетами, так и над последующим выходом в космос требовались более точные данные. В качестве испытательной базы была выбрана авиабаза Эдвардс в Калифорнии.
Сами салазки представляли собой плоскую платформу массой 680 кг, на которой стояло кресло для испытателя. Двигателем служили несколько ракетных установок общей тягой 4 кН. Основную проблему представляли, конечно, тормоза, поскольку они должны были быть не только мощными, но и контролируемыми: исследовалось влияние перегрузок как при разгоне, так и при торможении. Собственно, вторая часть была даже важнее, поскольку параллельно создавалась наиболее комфортная для пилотов система ремней безопасности. Неверная конструкция последних могла привести к летальному исходу, при серьезном торможении сдавливая пилота, ломая ему кости или удушая. В итоге была разработана водяная реактивная система торможения: на салазках крепилось определенное количество емкостей с водой, которые при активации выбрасывали струю против движения. Чем больше емкостей активировалось, тем более интенсивным было торможение.
30 апреля 1947 года были проведены испытания беспилотных саней, а годом позже начались эксперименты с добровольцами. Исследования были различными, в части заездов испытатель сидел спиной к набегающему потоку, в части — лицом. Но настоящую славу этой программе (да и себе, пожалуй) принес полковник Джон Пол Стэпп, самый смелый из «подопытных кроликов».
За несколько лет работы в программе Стэпп получал переломы рук и ног, ребер, вывихи, растяжения и даже частично потерял зрение из-за отслоения сетчатки. Но он не сдавался, проработав до самого закрытия «человеческих» испытаний в середине 1950-х и поставив несколько мировых рекордов, — некоторые из них не побиты до сих пор. В частности, Стэпп перенес самую большую когда-либо воздействовавшую на незащищенного человека перегрузку — 46,2g. Благодаря программе было выяснено, что число 18g взято и в самом деле с потолка и человек способен без вреда для здоровья переносить мгновенные перегрузки до 32g (естественно, при должной конструкции кресла и прочих систем). Под эту новую цифру разрабатывались впоследствии системы безопасности самолетов (до того ремни при 20g могли просто порваться или повредить пилота).
Кроме того, 10 декабря 1954 года Стэпп стал самым быстрым человеком на земле, когда салазки с ним на борту разогнались до 1017 км/ч. Этот рекорд для рельсовых транспортных средств до сих пор остается непревзойденным.
Сегодня и завтра
На сегодняшний день в мире функционирует порядка 20 трасс для ракетных саней — большей частью в США, но также во Франции, Великобритании, Германии. Самая длинная трасса — это 15-километровый участок на авиабазе Холломан, штат Нью-Мексико (Holloman High Speed Test Track, HHSTT). Остальные трассы короче этого гиганта более чем в два раза.
Но для чего же используются сегодня подобные испытательные системы? В общем-то, для того же, для чего и полвека назад, только уже без людей. Любой прибор или материал, который должен испытывать на себе серьезные перегрузки, проверяется разгоном на ракетных салазках во избежание отказа в реальных условиях. Например, совсем недавно NASA объявило о работе над программой Low-Density Supersonic Decelerator (LDSD), в рамках которой разрабатывается система посадки на другие планеты, в частности на Марс. Технология LDSD подразумевает создание трехступенчатой схемы. Первые две ступени — это надувные сверхзвуковые замедлители диаметрами 6 и 9 м соответственно- они снизят скорость спускаемого аппарата с 3,5 до 2 Махов, а далее вступит в работу 30-метровый парашют. Такая система в целом позволит довести точность приземления с ±10 до ±3 км и увеличить максимальную массу груза с 1,5 до 3 т.
Так вот, надувные щиты-замедлители уже сегодня испытывают именно с помощью ракетных саней в пустыне Мохаве, на военно-морской базе Чайна-Лэйк. 9-метровый щит укрепляется на салазках, разгоняющихся примерно до 600 км/ч в считанные секунды; схожим «издевательствам» подвергается и парашют. В принципе, с 2013 года NASA переходит к более реалистичным испытаниям — в частности, к пробным запускам и посадкам. При свободном движении в атмосфере тормозные щиты могут повести себя совершенно иначе, чем жестко укрепленные на салазках.
Иногда ракетные салазки применяются для своеобразных краш-тестов. Например, таким способом может проверяться, как деформируется боеголовка ракеты при столкновении с препятствием и как эта деформация влияет на баллистические свойства. Известной серией испытаний подобного плана стали краш-тесты самолета F-4 Phantom, проходившие в 1988 году на авиабазе Керкланд, Нью-Мексико. Платформу с установленным на ней полноразмерным макетом самолета разогнали до скорости 780 км/ч и заставили врезаться в бетонную стену для выяснения силы столкновения и ее влияния на самолет.
В целом ракетные салазки трудно назвать транспортным средством. Скорее, испытательным прибором. Тем не менее специфика этого прибора позволяет ставить на нем мировые рекорды скорости. И вполне вероятно, что скоростной рекорд полковника Стэппа — не последний.