Быстрее пули: Сверхзвук

Другие киты авиастроения при обсуждении своих сверхзвуковых проектов оказываются гораздо более общительны. Харви Маклин, руководитель «Группы передовых технологий, маркетинга и государственных программ» в «Отделе транспортных и перспективных инженерных разработок» фирмы General Electric, сообщает: «У нас уже есть технические возможности для создания сверхзвукового самолета бизнес-класса — осталось только продемонстрировать их широкой публике». То один, то другой источник в околоавиационных кругах намекает на тайные планы создания хотя бы одного такого пробного самолета в ходе проекта Super 10 Initiative. К этим работам подключены все крупнейшие производители двигателей и планеров — включая и Lockheed Martin. Хотя участники этой программы проводят еженедельные встречи, до сих пор они воздерживаются от публичной огласки своих планов. К началу будущего года «Инициатива» должна представить NASA подробные предложения в расчете получить дополнительное финансирование и техническую поддержку при создании экспериментального самолета с кодовым названием «Аппарат для демонстрации сверхзвуковой технологии».

Сверхзвуковые военные самолеты строятся уже несколько десятилетий, но для гражданского населения возможность перемещаться со скоростью звука ограничивалась лишь полетами Concorde, которые были прекращены в конце прошлого года. В 1968 году был принят закон, запрещающий при гражданских полетах над территорией США производить шум, связанный с преодолением звукового барьера. Этот закон на корню зарубил проект американского сверхзвукового транспортного самолета (СЗТ), который так никогда и не поднялся в воздух. Крушение советского Ту-144 в 1973 году во время парижского авиасалона подстегнуло свертывание этого проекта, который и был похоронен в 1978 году. В течение 1990-х многие авиастроительные гиганты — американский Gulfstream Aerospace, российский КБ Сухого, французский Dassault и Boeing — игрались с идеей создания гражданского сверхзвукового самолета, однако ни один из этих проектов не принес ощутимых плодов. Тем не менее спрос на подобную технику существует. В 2004 году начался процесс возрождения, который явно набирает силу — так, по крайней мере, думает Билл Дэйн из прогностической службы Forecast International. Общий спрос на реактивные самолеты бизнес-класса за грядущее десятилетие может достичь внушительных показателей — 10 000 штук, что должно породить новую отрасль промышленности с оборотом в $135 млрд. Вырисовывается уже и первый заказчик-покупатель. Это фирма NetJets, которая занимается продажей частичных прав владения на реактивные самолеты бизнес-класса. Финансист Уоррен Баффет, чья компания Berkshire Hathaway является реальным владельцем фирмы «Нетджетс», прямо выражает заинтересованность в разработке ССБ. Как утверждает Дэйн, «спрос на сверхзвуковые полеты стал настоящей реальностью».

Десятилетиями все ворчали на склонность компании Lockheed Martin действовать за плотной завесой секретности, хотя, конечно, следует понимать, что именно такая обстановка соответствует разработке истребителя-невидимки F-117 или же великолепного самолета-разведчика SR-71 Blackbird, ставшего легендой эпохи «холодной войны».

Впрочем, совсем недавно режим секретности вокруг проекта сверхзвукового самолета бизнес-класса был нарушен.

В мае Патентное бюро США выдало Джону М. Моргенштерну, инженеру из Skunk Works, патент на «конфигурацию летательного аппарата с крылом, охватывающим хвостовое оперение, что позволяет повысить дальность сверхзвукового полета и снизить интенсивность звукового удара во время преодоления звукового барьера».

Экологическое законодательство, запрещающее над территорией США хлопки преодоления звукового барьера, было главным препятствием на пути создания новых сверхзвуковых самолетов. В течение последних нескольких лет Моргенштерн вместе с небольшой группой инженеров занимался анализом различных подходов к решению этой проблемы. На конференции, проводившейся в октябре 2000 года в Лос-Анджелесе, он выступил с подробным докладом о том, как разработки, направленные на ослабление сверхзвукового хлопка в военной авиации, создают техническую базу для гражданского малошумного ССБ.

Хлопок при переходе самолета через звуковой барьер представляет собой явление, аналогичное волне за идущим по воде судном. Когда судно движется по воде, оно излучает волны во все стороны, при этом спереди, перед носом, волны как бы уплотняются. Когда судно достигает скорости распространения самих волн, рисунок расходящихся от него волн складывается в типичную картину с двумя высокими грядами, расходящимися от носа, и двумя — от кормы.

Таков же процесс образования волн при движении летательного аппарата сквозь воздушную среду. Когда Чак Егер, летя на своем ракетоплане Bell X-1 на высоте 13 км, достиг скорости 1100 км/ч, он создал вокруг своего самолета подобную же волновую картину, а мир под ним впервые услышал грохот преодоления звукового барьера.

Звуковой удар порождается скачкообразным сжатием воздуха перед летящим со сверхзвуковой скоростью самолетом. На слух этот удар воспринимается как двойной хлопок: при полете самолета на достаточно большой высоте до Земли доходят только две ударных волны — головная и хвостовая, с почти линейным профилем падения давления между ними (так называемая N-образная волна давления). Этот скачок давления измеряется, к примеру, в кг/м2, а влияет на него множество факторов, в том числе и расстояние до источника. В результате для наблюдателя на земле эффект пролетающего над головой сверхзвукового самолета может выразиться в мягком звуке, напоминающем отдаленный раскат грома, а может привести и к прыгающей на кухонных полках посуде.

В октябре 2002 года на конференции акустиков, организованной в Центре космических и ракетных систем ВВС США, Моргенштерн утверждал: «В результате проведенных в последнее время исследований выяснилось, что ключевыми элементами, определяющими реакцию людей на хлопок перехода звукового барьера, являются вибрации зданий, треск и грохот, оказывающие пугающее воздействие. Львиная доля данных касательно реакции людей и зданий на хлопок перехода звукового барьера собрана при звуковых давлениях, превышающих 5 кг/м2». Он полагает, что создание летательного аппарата, производящего звуковое давление в пределах 1,5 кг/м2, даст возможность летать со сверхзвуковыми скоростями, не устраивая тех зубодробительных эффектов, которые в свое время положили конец разработкам коммерческого сверхзвукового самолета.

Моргенштерн, как и многие другие, полагал, что ударную волну можно ослабить, несколько изменив очертания планера. Теперь это стало общеизвестным фактом. В прошлом году фирма Northrop Grumman и Агентство перспективных оборонных разработок DARPA провели критический эксперимент. К серийному реактивному самолету ВВС F-5Е было прилажено нечто вроде накладного пузыреобразного брюшка, и только благодаря этому изменению звуковое давление в ударной волне снизилось на 20%. Пока этот эксперимент поставлен на военном самолете — гражданский экземпляр, с которым можно было бы поэкспериментировать, еще не построен.

«Инициатива Супер-10» намерена продолжить разработку этой концепции. Gulfstream, являющийся членом этой группы, заявляет, что на экспериментальном самолете они добьются звукового давления в пределах 0,7 кг/м2 с пиковым давлением в ударной волне до 3 кг/м2, что значительно ниже, чем 10 кг/м2 — оглушительный грохот, который издавал Concorde. «Инициатива» выражает надежды, что подавление ударной волны, а также использование экологически гуманных двигателей и средств борьбы с шумом при взлете сыграют свою роль, и Федеральное авиационное агентство и Агентство по защите окружающей среды снимут запрет со сверхзвуковых полетов над территорией США.

Если эти надежды оправдаются, Skunk Works имеет шанс оказаться первым среди конкурентов с почти готовым проектом самолета на руках.