Быстрее быстрого, скорее скорого: изобретатели создают пассажирский гиперзвуковой самолет

Дорога из Москвы до Петербурга (уже в России) сегодня занимает чуть больше часа, до Новосибирска – около четырех. Современные авиалайнеры доставляют пассажиров в самые далекие уголки Земли, переносят с континента на континент. Но и скорость жизни увеличилась: 14-часовой перелет из Европы в Юго-Восточную Азию или 20-часовой – в Австралию кажутся затруднительными для рядового путешественника. Попытки выпустить в дальние рейсы сверхзвуковые самолеты Concorde и Ту-144 обернулись множеством проблем, в итоге обе программы через несколько лет пришлось свернуть.

Возможно, решить эти проблемы удастся, перейдя от сверхзвуковых скоростей сразу к гиперзвуковым, на уровень 5–6 М – более 6000 км/ч. Такую цель преследует стартап Destinus, исследовательские центры которого работают сразу в нескольких европейских странах.

«Многие гранты, которые выдают государства Евросоюза, нацелены на внутреннее использование: где получил деньги, там их и надо потратить, – объясняет основатель Destinus Михаил Кокорич. – Поэтому процесс разработки разнесен по группам, находящимся в Швейцарии, Испании, Германии и т.д.».

И действительно, не так давно испанское министерство науки выделило компании пару новых грантов на создание водородного двигателя, но с условием, что испытательная площадка для него будет возведена под Мадридом.

Прежде чем спуститься на уровень пассажирской авиации, Михаил занимался более высокими сферами, космическими. Его стартап Dauria стал первой робкой попыткой создания в России частной компании – разработчика спутников. За Dauria последовало несколько сравнительно успешных стартапов за рубежом: Helios, AstroDigital, Momentus.

«В какой-то момент мне стало ясно: главная проблема космоса в том, что все его рынки небольшие. В 2000-е мы сильно переоценивали их потенциал и скорость роста, – признается Михаил Кокорич. – Пока это крохи: спутниковая съемка – максимум пара миллиардов долларов, индустрия запусков тоже способна прокормить лишь нескольких лидирующих игроков».

«Первой нашей идеей стала перевозка грузов на гиперзвуковой скорости», – говорит Михаил. Концепция подразумевала, что летательный аппарат самолетного типа сможет подниматься в мезосферу, на высоту нескольких десятков километров, чтобы встречать меньше лобового сопротивления и развивать гиперзвуковую скорость. Шум от такой машины будет намного слабее, а возможность стремительно покрывать огромные расстояния позволит облетать континенты, не приближаясь к густонаселенным областям, и доставлять срочные грузы, в том числе дипломатическую почту и органы для пересадки. Однако вскоре стало ясно, что грузовые авиаперевозки не та область, где возможен прорыв.

С точки зрения требований к сертификации и безопасности создание подобного лайнера сопряжено с теми же трудностями, что и пассажирского. Возможно, поэтому рынок транспортных самолетов для гражданских нужд отсутствует в принципе: проще и дешевле использовать под грузы старые пассажирские машины. Впрочем, на стартапе эти открытия почти не сказались.

«Нам неважно, на какие перевозки рассчитывать, – добавляет Михаил Кокорич. – От того, что мы нарисуем в слайдах про далекое будущее, в нашей сегодняшней деятельности ничего не изменится. Пока мы ставим другую, более близкую и важную цель: создание первого гиперзвукового аппарата, работающего на водородном топливе».

Авиадвигатели на водородном топливе до сих пор остаются экспериментальными, и ни один из них не сумел развить даже сверхзвуковой скорости, а тем более дойти до гиперзвука. Но в Destinus ориентируются именно на него. Это не просто дань «зеленой» моде, но и инженерный расчет. Помимо прочих преимуществ, жидкий водород обладает огромной теплоемкостью. Для нагрева до той же температуры ему требуется сообщить примерно в 50 раз больше энергии, чем традиционному для авиации керосину. Поэтому в гиперзвуковом самолете водород может использоваться не только как топливо, но и как охлаждающая жидкость.

«Двигаясь на скорости 5–6 М, самолет будет раскаляться не слишком сильно, – поясняет Михаил. – Это позволяет упростить дизайн, сделав корпус из обычной стали. На таких участках, как камеры сгорания и обтекаемые кромки поверхностей, можно использовать регенеративное охлаждение водородом, пропуская его через тонкие каналы, как это делается в соплах многих реактивных двигателей. А значит, мы обойдемся без керамической теплозащиты, очень тяжелой, хрупкой и непредсказуемой».

Понятно, что водород не самая простая в обращении жидкость. Ее температура составляет около –350 °C, а плотность на порядок меньше, чем у воды и керосина. Это влияет на конструкцию летательного аппарата, меняя привычное соотношение объема фюзеляжа к объему топлива на борту. По расчетам инженеров Destinus, на сжиженный газ будет приходиться до 40–50% вместо традиционных 10%.

Но даже в таких количествах водород безопаснее: при любом повреждении он моментально испарится и улетучится, а не начнет медленно стекать вниз, как жидкое топливо. «Обычный самолет при крушении образует пятно горящего керо- сина – тут ничего подобного произойти не может», – подчеркивает Михаил Кокорич.

Пока стартап поднял в воздух два дозвуковых прототипа – оба все еще на керосине. Однако третий прототип должен уже выйти на сверхзвук и начать «пробовать» водород. Новый аппарат предполагается намного больше и тяжелее предыдущих: длиной 11–12 м и массой около 2 т, с баком для хранения 1,5 кубометра жидкого водорода (около 100 кг). Для полета будет использоваться турбореактивный двигатель GE CJ610, дополненный форсажной камерой собственной конструкции. Самолет сможет функционировать в разных режимах: как гибридном, с работой двигателя на керосине, а форсажной камеры – на водороде, так и полностью водородном. Так что если первые прототипы позволили отработать аэродинамику, то на Destinus 3 начнутся испытания многих внутренних элементов будущего гиперзвукового лайнера, включая систему хранения и распределения водорода.

«Мы представим новый прототип на авиашоу в Ле-Бурже уже в 2023 году, – обещает Михаил. – А в начале следующего года он должен полететь на сверхзвуке. Это будет первый беспилотный сверхзвуковой самолет в Европе (сейчас такие есть только в США) и первый сверхзвуковой самолет на водороде за всю историю авиации. Если все получится, то в дальней – но пока еще очень дальней – перспективе мы придем и к пассажирским самолетам. Даже обычный пассажирский лайнер разрабатывается 10 лет. Всем известная компания SpaceX только сейчас, через два десятилетия после начала работы, проводит испытания корабля Starship, который изначально заявлялся ее главной целью. Так же, видимо, будет и с нами. В будущем обязательно появится пассажирский гиперзвуковой летательный аппарат на водороде, но мы должны двигаться к нему не спеша, решая задачи с горизонтом в один-два года. А в этих пределах нас ждет серьезная техническая работа, исследования, проектирование, испытания».

«Все, что быстро летает, первым делом обязательно находит военное применение, – признается Михаил Кокорич. – Недаром почти все американские гиперзвуковые проекты сегодня финансируются Пентагоном, включая наших конкурентов из компании Stratoflight». Но так было со всеми скоростными самолетами: в военной сфере не слишком высокие требования к безопасности, надежности и экономичности – здесь они приносятся в жертву производительности. Реактивные самолеты тоже сперва поднялись над полем боя и лишь спустя полтора-два десятка лет приняли на борт пассажиров. На такую траекторию развития рассчитывают и в Destinus.

«Мы уже говорили, что рынок дальних грузовых авиаперевозок очень маленький: такие вещи дешевле транспортировать по морю. Иное дело – в разы сократить время перелета для пассажиров, – продолжает Михаил. – Если долететь из Америки в Европу удастся за 1,5–2 часа, это создаст огромную добавленную стоимость».

На первых этапах могут появиться небольшие лайнеры, рассчитанные на 20–30 человек: двигатели GE CJ610 не слишком мощны, и, даже если установить сразу четыре штуки, они смогут поднять и разогнать самолет довольно скромных размеров. Но в отдаленном будущем должны появиться более мощные двигатели, позволяющие перевозить сотни людей. Это потребует перехода на совершенно новую систему комбинированного цикла, в которой турбореактивный двигатель с форсажной камерой нужен исключительно для набора скорости – дальше в дело вступает прямоточный. Создание такого агрегата – отдельная сложная задача.

«Реактивная авиация уже прошла подобный путь, а ведь начиналась она как рискованная инновация с неясными рыночными перспективами, – говорит Михаил Кокорич. – Таким же сложным и рискованным сейчас выглядит и наш проект. На то, чтобы довести его до ума, потребуется много сил и времени, но это не должно стать препятствием к развитию. Время – единственный невосполнимый ресурс в нашей жизни, и мы хотим сэкономить его для каждого».