Возвращение сверхзвука. Когда можно будет долететь из Киева до Нью-Йорка за два часа
Уже выросло поколение людей, не знающих, что такое сверхзвуковые самолеты. Но пройдет еще лет пять, и благодаря новым технологиям этот вид авиатранспорта вновь станет доступен желающим побыстрее добраться в другой конец света
Сверхзвук без звукового удара
Последний сверхзвуковой пассажирский самолет Concorde был выведен из эксплуатации в 2003 г. Это стало концом сверхзвуковых пассажирских авиалайнеров в том виде, в котором они существовали. На то было много причин, среди самых существенных - звуковой удар, высокий расход топлива и сложность эксплуатации.
С тех пор американские авиастроительные компании пытаются учесть ошибки инженеров минувших лет и создать сверхзвуковые пассажирские самолеты, лишенные недостатков прародителей. Среди компаний, работающих в этом направлении, - Aerion Supersonic из штата Невада. Уже в 2026 г. она намерена запустить в коммерческое производство сверхзвуковой бизнес-джет AS2. Предполагается, что он совершит первый полет в 2024 г.
AS2 рассчитан на восемь-десять пассажиров и сможет летать со скоростью 1,4 Маха (напомним, что 1 Мах - это скорость звука, она зависит от температуры и давления воздуха, но обычно превышает 1000 км/ч). Самолет будет оснащен тремя турбореактивными двигателями Affinity. Этот двигатель разрабатывается американской компанией GE Aviation из штата Огайо - "дочкой" General Electric.
Как сообщило на днях издание Flightglobal, уже в конце 2020 г. GE Aviation планирует провести серию испытаний двигателя для проверки его работоспособности и производительности. Разработчики не раскрывают подробностей об Affinity, отмечая лишь, что новый двигатель основан на технологиях, используемых в уже существующем семействе авиационных двигателей GE.
GE Aviation подчеркивает, что она придает программе Affinity очень большое значение. По словам компании, она уже имеет "сотни инженеров", работающих над этим проектом, и их число к концу года может утроиться. GE Aviation рассматривает создаваемый сейчас Affinity как первый член нового семейства двигателей для сверхзвуковой авиации. "Будущие разработки двигателей Affinity могут привести в действие будущие поколения сверхзвуковых самолетов Aerion, включая более крупные коммерческие применения", - утверждает GE Aviation.
По словам представителей компании, Affinity сможет работать на высоте до 18,3 км и будет соответствовать строгим правилам по авиационному шуму. GE Aviation акцентирует внимание на многофункциональности программы: разработка Affinity ведется для повышения эффективности как на сверхзвуковых скоростях, так и на дозвуковых. Последнее крайне важно в связи с давним ограничением на сверхзвуковой полет над американской сушей.
Отметим, впрочем, что сейчас Федеральное управление гражданской авиации США создает новые правила для сверхзвуковых полетов, заявляя, что технологии смягчения звукового удара могут позволить снять ограничения в будущем. Aerion как раз и применяет такие технологии, обещая даже, что полет на AS2 - это будет "круиз без звукового удара". "В настоящее время Aerion работает с сертифицирующими органами над утверждением этой непревзойденной круизной способности", - утверждает компания.
Судя по всему, полеты на AS2 будут весьма дорогими. Но Aerion уверена, что бизнес-джет не будет испытывать дефицита пассажиров. Ибо AS2 обещает сократить время полета из США в Европу почти в полтора раза. Например, из Нью-Йорка в Лондон можно будет долететь за 4 ч 4 мин. - это на 1 ч 55 мин. меньше, чем на обычных самолетах.
Из Нью-Йорка в Лондон за полтора часа
Еще более резко, в четыре раза, обещает сократить время полета из США в Европу компания Hermeus из штата Джорджия. В мае прошлого года она представила концепт самого быстрого пассажирского самолета в истории. Он должен развивать скорость около 5300 км/ч, то есть примерно 5 Махов. Это позволит добраться из Нью-Йорка в Лондон за полтора часа.
Сейчас это всего лишь смелый концепт. Тем не менее Hermeus объявила об успешном привлечении первоначальной суммы, необходимой для продолжения работ в рамках проекта. Финансирование позволит компании разработать демонстратор силовой установки и другие технологии, необходимые для превращения самолета в реальность.
Пока что детальные характеристики изделия неизвестны. В любом случае облик самолета и его летно-технические данные могут меняться по ходу работ. Но компания уже успела подсчитать, что этот самолет обеспечит такую глобальную экономию времени, благодаря которой будет достигнуто "увеличение мировых ресурсов на триллионы долларов".
Конечно, можно сомневаться в реалистичности этих планов. Поэтому вкратце скажем об основателях Hermeus. Это четыре профессионала в сфере сверхзвуковых технологий, работавшие вместе в компании Generation Orbit в том же штате Джорджия: один из них занимал пост генерального директора, а остальные трое выполняли функции технических директоров. В этой компании они руководили разработкой Х-60А - гиперзвуковой ракеты для американских ВВС. Также у них есть опыт работы в космических компаниях SpaceX и Blue Origin. В совет консультантов Hermeus вошли бывший президент Blue Origin Роб Мейерсон и другие профессионалы из аэрокосмической отрасли, гражданской авиации и сферы регулирования.
Hermeus уточняет, что 5300 км/ч - это крейсерская скорость разрабатываемого самолета, а по максимуму он будет способен выжать 7400 км/ч, то есть 7 Махов. Напрашиваются предположения, что это будет, по сути, ракета, так-сяк приспособленная для перевозки людей вместо бомб. Тем не менее компания обещает дальние перелеты бизнес-класса с повышенной безопасностью и уверяет, что конструкция самолета позволит ему работать с минимальными изменениями в существующей авиационной инфраструктуре. Проще говоря, специальные ракетодромы для авиатранспорта Hermeus не понадобятся.
Демонстратор Lockheed Martin
Свой проект по созданию сверхзвуковых малошумных пассажирских лайнеров имеет NASA - Национальная аэрокосмическая администрация США. В рамках этого проекта корпорация Lockheed Martin из штата Мэриленд с 2015 г. разрабатывает экспериментальный реактивный самолет X-59 QueSST. Аппарат будет летать со скоростью до 1500 км/ч на высоте до 16,8 км.
В конце прошлого года NASA после тщательной проверки дала добро на строительство первого тестового экземпляра. Предполагается, что летные испытания самолета стартуют в 2021 г.
Уточним, что это еще не полноценный пассажирский самолет, а демонстратор - экспериментальный летательный аппарат, предназначенный для отработки и тестирования технологии смягчения звукового удара. X-59 благодаря своим особым аэродинамическим свойствам должен при полете на сверхзвуковых скоростях быть настолько тихим, чтобы воспринимаемый уровень шума от него на земле не превышал 75 дБ (по громкости это примерно соответствует звуку от захлопывающейся автомобильной двери). Чтобы убедиться в этом на практике, NASA собирается в 2023 г. провести сверхзвуковые испытательные полеты X-59 над населенными пунктами, добровольно согласившимися принять участие в этом эксперименте. Задачей их жителей станет субъективная оценка шумности пролета демонстратора.
Как работает новая технология
Конечно, у каждой компании свои секреты. Но все же есть общее направление технологического поиска: борьба с ударными волнами.
При полете на сверхзвуковой скорости самолет создает в воздухе множество ударных волн, наиболее значимые из которых возникают в носовой части и в зоне хвостового оперения. Ударная волна представляет собой область, в которой давление, плотность и температура воздуха испытывают резкий и сильный скачок. Наблюдателями на земле такие волны воспринимаются как громкий хлопок или даже взрыв. Именно на этом основании Международная организация гражданской авиации в 2006 и 2008 гг. приняла новые стандарты авиационного шума, запретившие любые сверхзвуковые полеты над населенными участками суши в мирное время.
Теперь мы приведем несколько занятных технических подробностей, которые будут понятны и интересны даже чайникам. Все видели буквы N и S. Они похожи тем, что обе сильно изогнуты. Но изгибы буквы N имеют острые углы, тогда как изгибы буквы S округлы. Можно догадаться (необязательно проверять на соседе), что удар буквой N воспринимается гораздо больнее, чем удар буквой S.
Эффект взрыва или очень громкого хлопка производят ударные волны N-типа. Они названы так именно потому, что для них характерно резкое повышение давления на фронте волны с резким же падением давления за фронтом. В ходе лабораторных экспериментов было выяснено, что изменение формы самолета может сглаживать пики на графике ударной волны, превращая ее в волну S-типа. Такая волна имеет плавный и не столь значительный, как у N-волны, перепад давления. Остается построить самолет, который создавал бы только мягкие плюшевые S-волны, но не острые колющие волны N-типа.
Для снятия ограничения на сверхзвуковые полеты над населенной частью суши разработчикам придется провести множество испытаний и представить их результаты на рассмотрение авиационных властей, включая Федеральное управление гражданской авиации США и Европейское агентство по безопасности полетов. По наиболее оптимистичным оценкам, авиационные правила будут пересмотрены в 2025 г.
Впрочем, вряд ли стоит ожидать, что сверхзвуковые пассажирские самолеты будут построены и введены в эксплуатацию раньше этого срока. Если же они поспешат появиться на свет (или пересмотр авиаправил запоздает), то первое время им придется переходить на сверхзвуковой режим только над водой, а при подлете к обитаемой суше - возвращаться к дозвуковому режиму.
Гибридное, но дешевое решение
Отметим, что не все разделяют оптимизм как насчет быстрого пересмотра авиаправил, так и насчет быстрой победы над ударными волнами. Поэтому есть и другой взгляд на перспективы сверхзвуковой авиации. Его сторонники считают, что разработать "тихий" сверхзвуковой самолет, соответствующий по шумности дозвуковым лайнерам, в ближайшее время не удастся, а значит, нужно найти гибридное решение - построить самолет, который будет переходить на сверхзвук там, где это разрешено. Такой подход имеет смысл, понятно, для трансокеанских полетов, где маршрут пролегает по большей части над водной гладью.
Возможно, именно такой самолет и станет первой ласточкой, которая возвестит возвращение эпохи сверхзвука. Речь о пассажирском авиалайнере Overture, который разрабатывает компания Boom Technology из штата Колорадо. Overture будет летать над населенной сушей на дозвуковой скорости и переходить на сверхзвук над океаном. При этом его скорость в сверхзвуковом режиме будет достигать 2,2 Маха, так что экономия времени будет очень существенной.
И это будет не бизнес-джет, а полномасштабный лайнер вместимостью 55-75 пассажиров. В компании обещают, что стоимость перелета по маршруту Нью-Йорк - Лондон будет такой же, сколько сегодня стоит перелет по этому маршруту в бизнес-классе обычного дозвукового лайнера. Первый полет Overture планируется на 2025 г.
Это важный этап сборки аппарата, приближающий момент его выкатки и первого полета. Перед процедурой стыковки компания провела испытания крыла, подтвердившие его характеристики. Летные испытания XB-1 могут начаться до конца 2020 г.
Из Нью-Йорка в Лондон через космос
Возможен еще и третий подход. Почему бы не разогнаться над океаном не просто до сверхзвуковых, а почти до космических скоростей? Тут, конечно, сразу же вспоминается компания Virgin Galactic из штата Нью-Мексико, знаменитая своими планами развития суборбитальных полетов для космического туризма.
Оказывается, эти планы вызвали интерес у NASA. В мае Virgin Galactic и ее дочернее подразделение Spaceship Company объявили о подписании с NASA соглашения о содействии развитию высокоскоростных технологий. Пока что стороны не говорят о деталях сотрудничества, однако сообщают, что его конечная цель - разработка сверхзвуковых самолетов для гражданского применения.
Virgin Galactic подчеркивает, что она вместе со своими индустриальными партнерами "стремится разработать транспортное средство для следующего поколения безопасных и эффективных высокоскоростных авиаперевозок с акцентом на качество обслуживания клиентов и экологическую ответственность". Генеральный директор Virgin Galactic Holdings Джордж Уайтсайдс анонсировал "новые технические шаги, которые повысят конкурентоспособность США. Мы рассматриваем это как сферу с огромным потенциалом роста, в которую будем продолжать инвестировать, наряду с нашими коммерческими космическими полетами". Представитель NASA Джеймс Кеньон подтвердил, что соглашение нацелено на "потенциальные новые решения для коммерческой авиационной промышленности".
Резюмируя, можем утверждать, что в разработку сверхзвуковых пассажирских самолетов в последние годы хлынул поток инвестиций, причем в разные конкурирующие подходы. И это позволяет ожидать, что уже лет через пять наступит возрождение коммерческой сверхзвуковой гражданской авиации.
Однако ответ на вопрос, когда можно будет долететь из Киева до Нью-Йорка за два часа, зависит не только от новых технологий в авиастроении, но и от динамики наших отношений с США. Например, почему-то кажется, что Варшава будет для американских сверхзвуковых компаний более интересным пунктом, чем Киев, с точки зрения ожидаемого пассажиропотока. Просто потому, что поляки могут летать в США по безвизу, а мы - нет, и неизвестно, когда сможем.
