Кругосветный перелет без капли топлива

Идея полного отказа от топлива выглядела совершенно безумной. «Но технически в ней не было ничего невозможного, — говорит Пикар. — Первые летательные аппараты были сделаны из бумаги и дерева. Это озна0чает, что даже древние египтяне владели технологией постройки планера, но... они считали, что летать дозволено только богам. А вот пример из совсем недавней истории: когда я был школьником, инженеры объясняли, почему человеческой мускульной силы недостаточно, чтобы летать. Они сравнивали массу тела человека и силу мышц, и доказывали, что, в отличие от птиц, человек слишком тяжел для полета. А потом нашелся человек, который сменил парадигму, и в конце 1970-х приводимый в движение велосипедным приводом самолет перелетел Ла-Манш».

В самой идее летательного аппарата на солнечной энергии нет ничего нового, но Бертран Пикар решил добавить одну важную деталь — аккумуляторы. На первый взгляд, это мелкое изменение, но на самом деле оно принципиально. Такой самолет может летать не только днем, но и ночью. И если энергии батарей хватит, чтобы удерживать его в воздухе до рассвета, когда вновь заработают солнечные панели, то для времени нахождения в воздухе теоретически снимаются все ограничения.

Теория — это хорошо, а как быть с практикой? На первом этапе нужно было проанализировать возможности разработки и постройки такого летательного аппарата. Расчеты, проведенные командой инженеров Solar Impulse, показывали, что для пилотируемого самолета требуются почти фантастические минимальные характеристики: размах крыла 64 м, мощность двигателей 10 л.с. и масса не более 1600 кг. «Мы обратились в несколько компаний, которые занимаются разработкой летательных аппаратов, — говорит Андре Боршберг, сооснователь и исполнительный директор проекта (а также пилот). — Они посмотрели на набор спецификаций и сказали, что мы требуем невозможного. Поэтому нам пришлось построить такой аппарат самим. Точнее, даже два».

Первый прототип Solar Impulse (HB-SIA) поднялся в воздух в конце 2009 года, а в 2010-м он показал принципиальную возможность ночного полета, продержавшись в воздухе 26 часов (остаток заряда в аккумуляторах после ночного полета составлял примерно 40%). На нем было отработано множество решений, однако для трансокеанского перелета аппарат не подходил: солнечные панели не были защищены от воды, маленький кокпит был недостаточно комфортным, чтобы обеспечить нормальную работу пилота на протяжении пяти-семи дней. Поэтому было принято решение построить второй самолет, способный пересечь океан, — Solar Impulse 2 (HB-SIB), с большим размахом крыла, комфортным кокпитом, резервированием важных систем, более эффективными влагозащищенными солнечными панелями и энергоемкими аккумуляторами.

В официальных пресс-релизах Solar Impulse 2 (SI2) чаще всего не называют самолетом. Он фигурирует как летающая лаборатория, где отрабатываются совершенно новые инженерные решения. Традиционные проверенные десятилетиями конструкции отбрасываются почти сразу — они слишком тяжелы. «Мы не можем себе позволить ошибиться, поэтому вся конструкция SI2 сначала создается в цифровом виде, с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) CATIA компании Dassault Systemes, — говорит Боршберг. — И лишь потом детали воплощаются в реальных материалах. Большая их часть не имеет аналогов в авиации. Например, весь каркас фюзеляжа, сделанный из сверхлегкого углепластика по технологии, разработанной швейцарской компанией North TPT (без использования эпоксидных смол), весит всего лишь 50 кг!». Изготовить фюзеляж тоже было проблемой, поскольку авиационные фирмы не имеют такого опыта работы с углепластиком (а его доля в конструкции SI2 составляет 83%). За это взялась компания Decision, которая специализируется на постройке скоростных яхт, где композиты используются очень широко.

«При проектировании с помощью системы CATIA шла борьба за каждый грамм: каждая деталь проходила компьютерное моделирование нагрузок с минимальным запасом прочности. Потом такое же тестирование каждая деталь проходила и в реальности, — говорит Бертран Пикар. — У Андре даже появилась любимая шутка: если деталь при испытаниях не сломалась, то она потенциально слишком тяжела». Но одна ответственная деталь оказалась «слишком легкой» — в хвостовой балке, изготовление которой заняло полгода, после испытаний появилась трещина (при сборке была допущена ошибка). Поэтому кругосветный перелет сдвинулся почти на год. Команда использовала это время, чтобы улучшить конструкцию, а также совершить перелет через американский континент на первом прототипе.

И вот, наконец, в 2014 году состоялась официальная презентация Solar Impulse 2. Но, несмотря на опыт пилотирования первого прототипа, еще до начала первых полетов был построен тренажер-симулятор, на котором Андре Боршберг и Бертран Пикар стали отрабатывать навыки управления новой моделью. Это оказалось нелегкой задачей, с которой не справился с первого раза даже бывший шеф-пилот NASA, приглашенный для консультации. После длительных тренировок выяснилось, что самолет очень медленно реагирует на команды по крену, но очень чувствителен к командам по тангажу. «Поэтому на крены нужно реагировать быстро, — говорит Пикар, — но прекращать ввод органами управления до появления какой-либо реакции. Коррекция крена в 5° — это максимально допустимый угол, который мы установили для нашего аппарата в целях безопасности — занимает более 20 с».

Самолет с такими характеристиками не предназначен для полетов в плохую погоду, поэтому принимаются все возможные меры, чтобы избежать попадания в зоны турбулентности. Крейсерский полет будет проходить на максимальной высоте, а посадка запланирована уже в сумерках, когда турбулентность у поверхности земли невелика. «В нашем центре управления полетом будут работать двадцать человек, в том числе специальная метеогруппа, которая проложила предварительную траекторию нашего кругосветного полета по результатам тщательного изучения погоды по маршруту за последние семь лет, — объясняет Боршберг. — Кроме того, метеорологи будут постоянно отслеживать погоду и корректировать маршрут, потому что нам не по вкусу не только турбулентность, но и сильный (более 20 км/ч) встречный ветер, и облачность, которая снижает поток солнечной энергии и может привести к обледенению».

Днем полет будет проходить на максимальной высоте (8500 м), а ночью при работе от батарей Solar Impulse 2 будет постепенно снижаться до 3000 м с аэродинамическим качеством 40 (то есть при снижении в 1 м аппарат пролетает 40 м по горизонтали), что в итоге даст дополнительные 220 км полета. Даже при низкой облачности остатка энергии в батареях будет достаточно, чтобы вновь набрать крейсерскую высоту.

В теории автономность и дальность полета Solar Impulse 2 ничем не ограничены, и он мог бы совершить даже беспосадочный кругосветный перелет. Но самое слабое звено в данном случае не техника, а человек. Для пересечения Тихого и Атлантического океанов пилотам придется провести в тесном кокпите пять-семь суток. Поэтому комфорту и оборудованию рабочего места пилота при разработке было уделено самое пристальное внимание. «Специалисты Dassault Systemes помогли нам смоделировать все эргономические аспекты в системе CATIA, и расположение приборов, и конструкцию кресла. По комфорту получилось даже лучше, чем в бизнес-классе авиакомпании SWISS, — смеется Андре Боршберг. — Кресло можно будет отодвинуть, чтобы сделать небольшую разминку, или откинуть для краткого отдыха».

Тем не менее пилотам придется нелегко. Температура снаружи во время полета будет колебаться от -40 (на высоте) до +40°С (у земли). Никакого обогрева негерметичной кабины не предусмотрено, но специальная теплоизоляция, разработанная компанией Bayer MaterialScience, будет поддерживать микроклимат внутри в комфортных пределах (костюмы пилотов также утеплены). Для восстановления сил пилота была разработана специальная методика полифазного сна, которая будет использоваться при полете над океаном: пока компьютер ведет самолет, пилот сможет отдохнуть ровно 20 минут в фазе поверхностного сна, а затем вновь вернется в состояние бодрствования. Никаких медицинских препаратов типа кофеина, по словам Андре Боршберга, использовать не планируется, поскольку они дают лишь кратковременный (10−12 часов) эффект, который невозможно растянуть на пять-семь дней. Над сушей же пилотам спать не придется вообще, это категорически запрещено из соображений безопасности, так что придется полагаться только на аутотренинг. Правда, перелеты над сушей, возможно, будут более короткими. Пилотировать самолет Андре Боршберг и Бертран Пикар планируют по очереди на каждом отрезке, причем каждому из них достанется один большой трансокеанский перелет.

«Можно ли увеличить автономность Solar Impulse 2? С точки зрения техники проблем нет, — говорит Андре Боршберг. — Но что делать с пилотом, который должен есть и пить? Для воды, впрочем, можно использовать рециркуляцию, с очисткой отходов, как на МКС, а вот еда остается проблемой. Разве что мы будем выращивать салат прямо в кабине».

На мой вопрос о коммерческих перспективах проекта у Бертрана Пикара давно готов ответ: «Конечно, Solar Impulse 2 пока перевозит одного только пилота. Но ведь и самолет братьев Райт в первом полете не вез пятьсот пассажиров через океан, как это делают современные авиалайнеры. Solar Impulse 2 несет не пассажиров, а послание — о том, чего можно добиться при использовании фантазии, новых технологий и возобновляемой солнечной энергии».