В небе завтрашнего дня

Гильзин Карл Александрович

Часть вторая. В небе будущего

 

 

Глава VII. От «звукового» к «тепловому барьеру»

В этой главе рассказывается о том, какое грозное и неожиданное препятствие возникает при дальнейшем увеличении скорости полета.

С какой скоростью будут летать самолеты завтрашнего дня? 2000, 5000 или, может быть, 50 000 километров в час?

Чтобы летать со все большей скоростью, нужны все более мощные двигатели. Пока не появился турбореактивный двигатель, способный развивать при меньшем весе намного большую тягу, чем поршневой двигатель с винтом, авиации был не под силу «звуковой барьер». Теперь же авиация вышла на простор сверхзвуковых скоростей. Принципиально стали возможными сколь угодно большие скорости полета.

Значит, дело только во времени и, раньше или позже, наступит час, когда самолеты будут летать со скоростью 5000 километров в час. Ну, пусть не завтра и даже не послезавтра, но будут. А может быть, можно сразу совершить скачок с 2000 до 20 000 или 50 000 километров в час?

На этот вопрос, пожалуй, следовало бы ответить: и да и нет. «Да» — потому, что уже сейчас можно создать реактивный двигатель, который позволит развить такую скорость. «Нет» — потому, что такую скорость все же развить не удастся. Этому мешает обстоятельство, становящееся сейчас важнейшим препятствием на пути развития авиации.

Совсем недавно казалось: стоит преодолеть «звуковой барьер» — и дальше все должно пойти как по маслу. Но не тут-то было. Только- только взят «барьер звуковой», как на пути авиации уже возникает новый «барьер», неизмеримо более трудный, перед которым старый, «звуковой» кажется детской забавой.

Но ведь это значит, что силы авиации возросли и продолжают быстро расти. И теперь можно мечтать о победе над новым «барьером», куда более трудным.

Новый «барьер» на пути развития авиации, как и звуковой, связан со свойствами воздуха.

Наверное, большинству читателей приходилось накачивать велосипедную камеру или волейбольный мяч. И каждый при этом замечал, что насос начинает нагреваться. Тот его конец, к которому прикрепляется резиновый шланг, со временем становится очень горячим, причем нагревание особенно велико в тех случаях, когда человек не ленится и качает энергично.

Откуда появляется это тепло?

Очевидно, в тепло переходит работа, которую мы затрачиваем при накачивании, то есть при сжатии воздуха. Когда мы работаем энергичнее, то и тепла выделяется больше. Так здесь проявляется закон сохранения энергии.

И во всех других случаях, когда происходит быстрое сжатие воздуха, он нагревается. Вот почему, между прочим, воздушные компрессоры, которые подают сжатый воздух, обязательно должны иметь какое-нибудь охлаждение.

Своеобразным насосом или компрессором оказывается и быстролетящий самолет — он сжимает находящийся впереди него воздух. Сопротивление воздуха быстродвижущемуся предмету проявляется в том, что на передней поверхности этого предмета давление становится повышенным, большим, чем сзади. Разность давлений и приводит к появлению силы, которая ощущается как сопротивление встречного потока. Если, например, измерить давление воздуха у ветрового стекла быстродвижущегося автомобиля, то оно окажется большим, чем окружающее атмосферное давление. Это приращение давления называют динамическим давлением, или скоростным напором.

Такое повышение давления может быть и полезным и вредным. Лобовое сопротивление, которое оказывает воздух быстродвижущемуся автомобилю и, в особенности, самолету, вредно. Но тот же скоростной напор движет парусные суда, вращает крылья ветросиловых установок, позволяет создать прямоточный воздушно-реактивный двигатель и т. д.

Вред, связанный со скоростным напором, то есть со сжатием воз-/ духа, резко остановленного в своем беге, заторможенного, не ограничивается повышением давления. Мы уже знаем, что это увеличение давления неизбежно связано и с повышением температуры воздуха (вспомните велосипедный насос).

Действительно, точное измерение температуры воздуха перед ветровым стеклом быстродвижущегося автомобиля показало бы, что эта температура тоже чуть выше, чем у окружающего воздуха. Правда, при тех скоростях, с которыми передвигаются автомобили, повышение температуры воздуха за счет торможения встречного потока составляет доли градуса. Но все же это повышение существует, и оно может быть измерено. Если оно невелико, то только потому, что и сжатие тоже мало.

Мы знаем, однако, случаи, когда давление воздуха в результате действия скоростного напора может повыситься в десятки и даже сотни раз. Таково именно сжатие встречного потока самолетом при сверхзвуковой скорости. Значит, и повышение температуры воздуха при этом тоже должно быть гораздо большим.

Действительно, если внезапно затормозить воздушный поток, движущийся вдвое быстрее, чем звук в воздухе, то его температура увеличится на 230°, а при скорости в 10 раз большей скорости звука это увеличение составит почти 5800°!

Измерения показывают, что это действительно так. Передняя кромка крыла самолета все время как бы рассекает поток раскаленного воздуха. Если не принять специальных мер, то она быстро расплавится.

Но ведь известно, что металл хорошо проводит тепло. Значит, передние части крыла, соприкасающиеся с горячим воздухом, будут быстро отдавать тепло другим частям крыла, расположенным сзади, где торможения нет и крыло обдувается холодным воздухом.

Увы, это не так. Воздух оказывается более «коварным», чем хотелось бы. Он сообщает тепло всем частям быстролетящего самолета, а не только передним. Весь самолет оказывается окруженным оболочкой, рубашкой раскаленного воздуха. Самолет, летящий с высокой скоростью, нигде не встречается с холодным окружающим воздухом.

Но если спереди воздух нагревается из-за сжатия при его торможении, то отчего он нагревается сзади* где торможения и, значит, сжатия нет?

Здесь придется рассказать еще об одном свойстве воздуха — его вязкости.

Мы знаем так называемые вязкие жидкости — густой вар, мед, смолу. В отличие от воды или керосина эти жидкости тягучи, текут медленно, их частицы как бы связаны друг с другом. Так и есть на самом деле — именно межмолекулярные силы сцепления делают такие жидкости вязкими.

Но воздух? Разве воздух похож на смолу?

Да, похож.

Конечно, силы связи между частицами воздуха неизмеримо меньше, чем в смоле, но они все же есть. И бывают случаи, когда они обнаруживают себя сильнее, заметнее. Таким случаем и является полет скоростного самолета.

Когда в воздухе движется какое-нибудь тело, оно уносит с собой частицы воздуха, непосредственно прилегающие к его поверхности. Эти частицы как бы прилипают к поверхности тела и остаются неподвижными относительно нее.

Ну, а следующий слой воздуха, соседний с этим первым, будет обладать полной скоростью потока, то есть той скоростью, с которой движется тело? И все остальные слои воздуха тоже? Тогда скольжение воздушных слоев будет происходить только непосредственно у самой поверхности тела, там где самый первый, неподвижный слой соседствует со следующим, обладающим полной скоростью потока?

Да, дело обстояло бы именно так, если бы воздух не обладал вязкостью, если бы между частицами воздуха не существовало сил сцепления, которых мы обычно не замечаем. В действительности же частицы тончайшего слоя воздуха, непосредственно прилегающего к слою «прилипшему», застывшему на поверхности движущегося тела, будут притягиваться к частицам этого неподвижного слоя. Поэтому они не смогут двигаться с прежней скоростью, то есть с полной скоростью потока относительно тела. Их скорость будет значительно меньше.

Но то же самое произойдет и с частицами следующего слоя, прилегающего уже не к неподвижному, а к соседнему с ним слою, движущемуся с малой скоростью. Понятно, что скорость частиц этого второго слоя будет уже несколько больше.

Так от слоя к слою будет расти скорость частиц воздуха, пока на некотором расстоянии от поверхности тела она не станет практически равной скорости так называемого свободного потока относительно тела, или, что все равно, скорости самого движущегося тела. В отличие от этого свободного потока, прилегающие к поверхности слои воздуха называют пограничным слоем.

Легко видеть, какое огромное влияние оказывают свойства пограничного слоя на характер движения тела. По существу, изучение пограничного слоя — главное в аэродинамике.

В частности, например, особый интерес в последнее время вызывает проблема управления пограничным слоем на крыле самолета. С помощью специальных щелей можно изменять свойства пограничного слоя на поверхности крыла, если через эти щели подавать изнутри воздух под давлением или, наоборот, отсасывать воздух из пограничного слоя внутрь крыла. Управление пограничным слоем, проблему которого сейчас решают ученые, намного улучшит летные характеристики самолета и, несомненно, найдет широкое применение в авиации будущего .

Но нас сейчас интересует другое. Если в пограничном слое скорость движения частиц воздуха уменьшается из-за силы вязкости, значит, их кинетическая энергия уменьшается, как и при простом торможении. Куда же она девается? Ведь исчезнуть энергия не может? Нет. Она переходит в тёпло, точно так же, например, как переходит в тепло работа трения твердых тел.

Значит, вся поверхность быстродвижущегося тела оказывается окруженной раскаленным воздухом. Правда, температура задней кромки крыла будет несколько меньше, чем передней. Ведь спереди воздух останавливается, тормозится полностью, а сзади его скорость лишь постепенно уменьшается до нуля. Но все же спасительной отдачи воздуху тепла от задней поверхности крыла не происходит.

Так рост скорости полета выдвигает перед авиацией поистине грозную перспективу: оказывается, скоростной полет должен неизбежно протекать в раскаленном воздухе. Пусть на улице мороз в 60 или даже больше градусов, каким он бывает на высоте 10–11 километров, — самолет, летящий со сверхзвуковой скоростью, будет находиться как бы в раскаленной печи. И чем больше скорость полета, тем выше температура в этой печи.

Но разве может самолет совершить такой полет хоть сколько-нибудь длительный? Металлы, из которых он построен, расплавятся или даже испарятся; а ведь им достаточно только потерять свою прочность, что всегда бывает при нагреве, чтобы самолет рассыпался в воздухе. Летчик в кабине такого самолета неминуемо погибнет от жары. Все оборудование самолета — электрическое, радио, электронное, гидравлическое — выйдет из строя. Топливо воспламенится, резина сгорит, различные рабочие жидкости испарятся. Да и как тут не вспомнить о судьбе мириадов небесных камней, с огромной, космической скоростью врывающихся в земную атмосферу и сгорающих, Испаряющихся в ней, — «падающих звезд»!

А ведь судьбу метеоритов разделило уже немало их искусственных собратьев — высотных ракет и искусственных спутников Земли. Они закончили свой жизненный путь в плотных слоях атмосферы, врываясь в нее с огромной скоростью на обратном пути из космоса. Земной поверхности достигали в этих случаях только отдельные оплавленные обломки, немые свидетели полыхавшего в небе пламени. Багровое пламя, лизавшее стенки кораблей-спутников «Восток», видели их космические капитаны, когда направляли свои корабли на посадку. Это пламя все-таки появлялось, хотя предварительно скорость кораблей была намного уменьшена с помощью тормозных двигателей. Скорость полета самолетов неумолимо и быстро приближается к этой роковой черте. В рекордных полетах самолета «Х-15», о которых говорилось выше , температура обшивки достигала 760°!

Так на пути развития авиации возникает новый и, судя по всему, страшный «барьер», получивший название «теплового». Но этот новый барьер имеет одно принципиальное отличие от старого, звукового. «Звуковой барьер» действительно напоминает барьер тем, что связан с узкой зоной скоростей полета: перешагни через эту опасную полосу — и барьер позади.

Новый «барьер» гораздо хуже. Это скорее не барьер, а огромная гора, круто поднимающаяся в небо, и чем дальше (то есть чем больше скорость полета) — тем круче, так что и конца ей нет.

Как же преодолеть «тепловой барьер»? Какие пути решения этой сложнейшей задачи видит авиационная наука, какие средства она для этого предлагает?

Существует одно радикальное средство — высота полета. Чем выше, тем больше допустимая скорость.

Легко понять, почему это так. Тепло, сообщаемое воздухом поверхности быстролетящего самолета, представляет собой, по существу, как уже говорилось выше, кинетическую энергию мириадов частиц воздуха, тормозящихся у этой поверхности. Но ведь если число этих частиц действительно огромно у земли, в плотной атмосфере, то с высотой оно быстро уменьшается. Поэтому уменьшается и тепло, сообщаемое самолету в результате аэродинамического нагрева. Дело не меняется даже от того, что на больших высотах скорость беспорядочного, так называемого теплового движения каждой частицы оказывается очень большой, то есть температура воздуха — очень высокой, достигающей сотен и даже тысяч градусов. Если бы воздух при такой температуре был к тому же и плотным, то на этих высотах стал бы невозможен не только скоростной, но и вообще любой полет. Эта «огненная завеса» заставила бы надолго, если не навсегда, распроститься с идеей межпланетного полета.

К счастью, дело обстоит иначе. Воздух на больших высотах крайне разрежен. Число частиц воздуха там так мало (оговоримся — не абсолютное число; даже на высотах 100–150 километров в 1 кубическом сантиметре все еще находятся сотни миллиардов молекул воздуха), что они могут сообщить поверхности самолета лишь ничтожное количество тепла. В то же время поверхность самолета излучает в этих условиях много тепла. Поэтому там, на большой высоте, «теплового барьера» не существует. Выше примерно 80-100 километров практически уже нет ограничения в скорости полета.

Понятно теперь, почему максимально допустимая скорость полета зависит от высоты — чем выше, тем она больше. Только на большой высоте можно летать со скоростью, значительно превышающей скорость звука. Но, к сожалению, на большой высоте не только можно, но и нужно летать быстро: при недостаточно высокой скорости горизонтальный полет становится невозможным, потому что не создается необходимой подъемной силы. Поэтому полет самолетов будущего может происходить лишь в определенной, узкой полосе высоты и скорости — ее так и называют обычно «коридором». Авиация борется за расширение «коридора» — в первую очередь это касается преодоления «теплового барьера».

Полет в «коридоре» возможен с любой скоростью, была бы только достигнута нужная высота. Но увеличение высоты полета далеко не всегда применимо. Ведь это требует огромных расходов топлива и затрат времени. А иногда и вообще высотный полет не может быть использован, например для ряда военных самолетов.

Авиация настойчиво ищет иных путей преодоления «теплового барьера». Пусть не полного, пусть барьер будет только отодвинут в область еще больших скоростей полета — одно это было бы серьезной победой. А такие «невидимые» победы авиация одерживает сейчас изо дня в день.

Обычные металлы, из которых строятся самолеты — легкие и прочные сплавы алюминия и магния, — теряют свою прочность при нагреве примерно до 200°. Это ограничивает уже сейчас рост скорости полета. Значит, надо искать другие конструкционные материалы, сохраняющие прочность при более высоких температурах. Разумеется, они должны быть и достаточно легкими.

1* Подробнее об этом см. главу XV.

2* По сообщению журнала «Интеравиа эр леттер», № 5036, 1962 г.

«Коридор» длительного полета самолетов.

Какие же новые жаропрочные материалы исследуют сегодня авиаконструкторы вместе с металлургами, чтобы сделать их основными конструкционными материалами авиации завтрашнего дня? Конечно, на первом месте стоит здесь титан и его сплавы. Не зря титан называют металлом будущего. Он всего примерно в полтора раза тяжелее алюминия, но зато сохраняет прочность до температуры 500–600°, что отодвигает «тепловой барьер» примерно с 2 тысяч километров в час до 3–4 тысяч.

Уже сейчас титан находит все большее применение в авиации, и не только для изготовления частей самолета, но и его двигателя. С наступлением «теплового барьера» воздух, проходящий по компрессору двигателя, приобретает температуру, достигающую и даже превышающую температуру газов перед турбиной современных турбореактивных двигателей. Нечего сказать, хороша «холодная» сторона двигателя, как обычно называют теперь переднюю его часть в отличие от «горячей», задней! Вот почему лопатки первых ступеней компрессора теперь все чаще изготовляют не из алюминия, а из титана. Задние же ступени имеют зачастую лопатки из жаропрочной нержавеющей стали.

Но титан — не единственный перспективный материал для авиации будущего. Несомненный интерес представляют собой и сплавы бериллия, лития, молибдена и др. Можно думать, что будут найдены и другие жаропрочные и легкие металлические сплавы.

Большое внимание привлекают керамические материалы, известные своей жароупорностью. К сожалению, они не обладают нужной прочностью и особенно плохо противостоят ударам. Плохо также выдерживают они и резкие изменения температур, обычные для двигателей. Но существуют большие возможности различных сочетаний жароупорной керамики с жаропрочным металлом. Многие из этих сочетаний настойчиво изучаются в настоящее время и, несомненно, найдут применение в будущем как в двигателях, так и для изготовления частей самолетов.

Конечно, нужно искать не только новые жаропрочные материалы. В самолете и его двигателе применяется значительное количество различных материалов, не идущих на изготовление их основных частей, но тем не менее играющих важную роль. Таковы, например, резины, обеспечивающие уплотнение механизмов и нужную во многих случаях упругость, изоляция электрических проводников, шланги и многочисленные другие детали из резин и пластмасс, специальные жидкости для гидросистем и многое другое. Понятно, что и они должны сохранять надежность и все свои замечательные свойства в условиях «теплового барьера». Это требует настоящей революции в производстве таких материалов. Новые сорта жароупорных пластмасс, стеклоткань, металлизованный графит, замечательные кремниевые резины — силиконы и множество других новых веществ, рождающихся сейчас в лабораториях ученых, станут рядовыми в авиации будущего. Без них «теплового барьера» не преодолеть.

Изменится и топливо, на котором работает двигатель. Новые топлива не только не должны воспламеняться в баках из-за нагрева в полете, но и сильно испаряться в условиях скоростного полета . Они должны быть очень калорийными, чтобы обеспечить дальний полет, должны устойчиво гореть при полете в разреженной атмосфере — на больших высотах.

Найти новые материалы, способные отодвинуть «тепловой барьер», — это еще пол дела. Перед авиацией стоят и другие не менее важные задачи.

Стоит упомянуть, например, о разработке новых методов конструирования самолета. До сих пор практически все части самолета имели примерно одинаковую температуру. Теперь, в условиях «теплового барьера», положение изменится. Как только самолет полетит с большой, «тепловой» скоростью, температура его обшивки быстро повысится. Какое-то время внутренние части конструкции будут оставаться по-прежнему холодными, но затем снаружи внутрь потечет тепло. До тех пор, пока не установится одинаковая температура во всех частях самолета, будет существовать этот тепловой поток. Но такой неравномерный нагрев очень вреден для конструкции. Отдельные ее части начнут коробиться, изгибаться, трескаться. Самолет может из-за этого рассыпаться в воздухе. Очевидно, наука о прочности самолетов, совершившая за последние годы чудеса и сумевшая значительно облегчить самолет, должна сделать еще один важнейший шаг вперед. Она должна указать конструктору, как построить самолет, способный выдержать большие разности температур, и как их уменьшить.

Не менее серьезные задачи возникают и перед аэродинамиками. Нужно научиться точно рассчитывать аэродинамический нагрев быстролетящего самолета, определять температуру поверхности в любой точке. Для этого надо детально исследовать процессы, происходящие в пограничном слое. В частности, теплопередача в условиях полета в разреженной атмосфере с большой скоростью подчиняется иным законам, чем при полете в обычном, плотном воздухе. Необходимо также уточнить роль излучения тепла нагретым крылом в окружающую атмосферу. Некоторые данные позволяют считать, что такое излучение при его умелом использовании сможет значительно снизить температуру поверхности крыла и этим существенно отодвинуть «тепловой барьер».

Нужно найти и наивыгоднейшие формы самолета, чтобы уменьшить аэродинамический нагрев. Так, оказывается, что эти формы вовсе не всегда соответствуют минимальному лобовому сопротивлению. В частности, острая передняя кромка крыла, напоминающая лезвие ножа и характерная для современных сверхзвуковых самолетов, должна будет, вероятно, снова уступить место закругленной, овальной кромке. Сопротивление при этом возрастет, но зато температура крыла будет ниже .

Не менее важны задачи создания самолетного оборудования, работоспособного в условиях «теплового барьера». Ведь в современной авиации роль вспомогательного оборудования стала исключительно большой. Все эти многочисленные устройства навигационного оборудования, электро-, радио- и радарного оборудования и многие другие жизненно важны для самолета, без них невозможен полет. А между тем они очень чувствительны к своей рабочей температуре и выходят из строя при ее чрезмерном повышении. И здесь, очевидно, работа должна вестись в двух направлениях: во-первых, нужны исследования в области создания «жароупорного» оборудования, способного работать при повышенных температурах (эти трудные исследования настойчиво ведутся в ряде стран), и, во-вторых, разработка охлаждения оборудования в полете.

Но если для приборов и агрегатов возможны два варианта решения задачи, то, к сожалению, только один путь остается, когда речь заходит о летчике, экипаже самолета. Работоспособность экипажа самолета должна быть обеспечена созданием наиболее благоприятной для человека температуры. Так возникает проблема создания «искусственного климата» в кабине самолета.

Эта проблема не представляет чего-нибудь принципиально нового для техники. Довольно давно применяются, например, установки для создания «искусственного климата» в зданиях — театрах, гостиницах, магазинах, жилых домах. Применяются эти установки — они называются установками кондиционирования воздуха — ив железнодорожных пассажирских вагонах и даже в автомобилях. Но задача авиационных установок подобного рода оказывается неизмеримо сложнее.

Наиболее широкое распространение в авиации получили установки кондиционирования, в которых воздух охлаждается при расширении в специальной турбине. В кабину самолета, изолированную от окружающей атмосферы, он поступает обычно из компрессора двигателя. Практически на всех высотах давление воздуха за компрессором еще достаточно для этого велико — ведь компрессор сжимает воздух раз в десять, а то и больше. Но и температура за компрессором при таком сжатии тоже сильно повышается и достигает 350–500°. Для охлаждения воздух из компрессора сначала пропускают по трубкам теплообменника, снаружи которых течет атмосферный воздух. А затем охлажденный воздух поступает в крохотную воздушную турбинку, вращающуюся со скоростью 100 тысяч и даже более оборотов в минуту. При расширении в турбинке давление воздуха снижается, тем самым снижается и его температура, так как турбинка совершает полезную работу, — ее мощность чаще всего расходуется на вращение вентилятора, который гонит атмосферный воздух через упомянутый выше теплообменник, улучшая этим предварительное охлаждение кабинного воздуха.

Теперь остается подать охлажденный до нужной температуры воздух в кабину самолета, предварительно увлажнив или осушив его, чтобы и влажность воздуха в кабине была тоже «комфортной». Нечего говорить, что нормальным должно быть и давление воздуха в кабине вне зависимости от высоты полета. Конечно, все эти процессы осуществляются автоматически, ими управляют довольно сложные регуляторы.

Установки для охлаждения с помощью воздушной турбинки — турбохолодильники — получаются очень компактными, легкими и вместе с тем способными поддерживать охлаждение воздуха в кабине огромного многоместного самолета, — так велика их «холодопроизводительность». Но, увы, они не пригодны для авиации завтрашнего дня. Ведь атмосферный воздух, которому передает свое тепло воздух, идущий из компрессора в кабину, при больших скоростях полета приобретает столь высокую температуру, что способен лишь нагреть кабинный воздух.

Вот почему сейчас интенсивно исследуются другие возможности кондиционирования воздуха. Так, например, бесспорные перспективы имеют установки с «теплоносителями» — хладоагентами, которые испаряются и при этом отводят тепло от кабинного воздуха. Именно такие системы нашли наиболее широкое применение для комнатных и различных других стационарных холодильников. В них испаряется аммиак, фреон или другой хладоагент — и при этом охлаждается воздух в камере холодильника. Правда, для авиации придется подобрать такой хладоагент, который был бы пригоден при высоких температурах «теплового барьера». Ученые создают и исследуют десятки, сотни различных веществ, стремясь найти наилучший хладоагент для авиации будущего.

Если полет кратковременный, то хорошие результаты можно получить, используя так называемую испарительную систему охлаждения. В этом случае кабинный воздух отдает свое тепло (до расширения в турбохолодильнике) какой-нибудь жидкости, свободно испаряющейся в атмосферу. Конечно, жидкость безвозвратно теряется, но если полет с большой скоростью не очень продолжителен, то это не так уж страшно.

Трудно даже перечислить все направления, по которым ведется в настоящее время штурм, точнее — подготовка к штурму «теплового барьера». Тут и теплоизоляция самолета слоями специального материала; и охлаждение обшивки самолета методом «выпотевания» (обшивка делается пористой, и через нее выдавливается охлаждающая жидкость, испаряющаяся на поверхности); и такая защита поверхности, когда на нее заранее в наиболее опасных местах наносятся слои вещества, которое «погибнет» само — расплавится или даже, может быть, испарится, — но зато спасет жизненно важные части самолета.

Проблемы охлаждения «сверхзвуковых самолетов» еще ждут своего решения. И это решение будет найдено.

«Тепловой барьер» под натиском науки и техники будет непрерывно отступать.

3* Правда, обычно топливные баки изолируют от атмосферы, создавая в них повышенное давление. При этом увеличение испаряемости топлива приводит к увеличению этого давления и, следовательно, веса баков.

4* Об этом сообщает, например, журнал «Эроплейн», 1959 г.

 

Глава VIII. Дорога в будущее

Из этой главы читатель узнает о том, как создается сегодня авиационная техника завтрашнего дня, как в лабораториях и на экспериментальных станциях испытываются самолеты и двигатели будущего, какие труднейшие задачи приходится при этом решать.

Летчик, испытывающий самолет, вручает свою жизнь людям, создавшим новую машину.

Но не одно это делает движение авиации вперед таким специфичным, особым, не похожим на развитие других отраслей науки и техники.

Вот произошла катастрофа экспериментального самолета. Погиб летчик, погиб самолет. Что случилось там, в небе? В чем порок, как его устранить?

Хорошо, если летчик спасся, выбросившись на парашюте. А если это беспилотный самолет, ракета или управляемый снаряд? Кто расскажет, в чем причина неудачи?

И даже это еще, пожалуй, не самое существенное. Разве может конструктор самолета или беспилотной ракеты передать их на испытания, не будучи твердо уверенным в успехе? Но на чем должна быть основана эта уверенность? На опыте прошлого? Но в авиации новое всегда так сильно отличается от старого. На предвидениях теории? Но в науке так много недомолвок, в особенности если это наука авиационная, стремительно развивающаяся.

Конечно, имеющийся опыт и теория — основа, на которой строит свою уверенность конструктор. Но одной этой основы явно недостаточно. Решающей должна быть проверка экспериментом. Все, что можно, проверить заранее — вот девиз авиации, залог успеха ее развития. Эта проверка, экспериментальная «доводка» не только сохранит жизни, она сэкономит уйму времени и средств, а часто и вообще предопределит судьбу всего дела. Именно в лабораториях научно-исследорательских институтов и опытно-конструкторских бюро, а потом на опытных аэродромах и полигонах прокладывается дорога в будущее авиации. Здесь куется та «сила разума», о которой говорил отец русской авиации Н. Е. Жуковский.

Но ошибется тот, кто представит себе эксперимент проходящим в тиши научной лаборатории, за столом неторопливого ученого, собирающего хрупкие конструкции из стекла и проводников. В авиации все обстоит совсем иначе, хотя есть и стеклянные трубки и электрические схемы.

Вот, например, конструкторское бюро, где создаются новые мощные реактивные двигатели — сердце современных самолетов. Сотни, тысячи людей заполняют заводские корпуса этого бюро. Мы входим в один из них. Здесь исследуются компрессоры турбореактивных двигателей. Из кабины инженера, ведущего испытание, виден компрессор, установленный на испытательном стенде. Только гул воздуха, протекающего через компрессор, слабо доносится через звукоизолированные стены бокса. Там, внутри бокса, шум этот оглушил бы нас. Но там людей нет, они здесь, у пульта управления с его бесчисленными ручками, кнопками, лампочками, циферблатами.

Неподвижен только корпус компрессора. Внутри него с огромной скоростью вращается ряд больших дисков с венцами тончайших, изящно изогнутых лопаток. Это — ротор. Исследователь изучает законы течения воздуха в компрессоре, десятки и сотни раз меняет профили лопаток, их закрутку, чтобы еще немного повысить коэффициент полезного действия компрессора. Ведь на его вращение расходуется мощность, уже сейчас превышающая 50 тысяч лошадиных сил! Один процент этой мощности равен 500 лошадиным силам, то есть мощности десяти автомобилей «Победа».

В двигателе компрессор вращается газовой турбиной. А здесь, на стенде? Здесь для этого удобнее использовать паровую турбину. Она занимает больше половины испытательного зала. В соседнем здании расположена котельная, откуда поступает пар, питающий турбину. Мощность турбины равна многим тысячам лошадиных сил — как на крупнейшей электростанции! И вся эта мощность вместо того, чтобы приводить в движение станки на заводах и электропоезда, освещать дома, театры, улицы, тратится на вращение компрессора. Вот почему такие уникальные испытательные установки исключительно дороги.

Но ведь мощность авиационных двигателей быстро растет. Это делает грозной проблему испытания компрессора. И наука настойчиво ищет пути решения этой проблемы. Можно испытывать компрессор на разреженном воздухе, тогда его мощность будет значительно меньше. Еще лучше заставить течь через компрессор не воздух, а особый газ, точнее — смесь газов, специально подобранных так, чтобы условия испытания имитировали истинные, но затрата мощности была бы значительно меньше.

Такая имитация — настоящая «изюминка» эксперимента с новой авиационной техникой. Действительно, ведь создать истинные условия полета со сверхзвуковой скоростью на огромной высоте можно только… в таком именно полете. Конечно, он и будет венчать дело, но начинать надо не с него. И вот тут-то изыскиваются условия, имитирующие истинные.

Зайдем в другое огромное здание конструкторского бюро. Это — святая святых. Уже позади тщательные, придирчивые, многочасовые испытания отдельных элементов двигателя, например того же компрессора. Счастье еще, что новые газотурбинные авиационные двигатели позволяют вести такие поэлементные испытания — отдельно компрессора, отдельно турбины, отдельно камеры сгорания и т. д. Со старыми поршневыми двигателями это было невозможно, там проверяется все сразу на двигателе или, в лучшем случае, на одноцилиндровой установке.

Теперь дело дошло наконец до всего двигателя целиком. Только эти испытания будут решающими. Но как испытать двигатель в условиях высотного скоростного полета? Испытательная установка, имитирующая эти условия, становится громоздкой, сложнейшей, колоссальной.

Так выглядит современная станция для испытаний реактивных двигателей (из журнала «Америкен авиэйшн», 1957 г.).

Воздух входит в двигатель не просто из атмосферы. Его давление либо предварительно повышается, либо понижается; он либо охлаждается, либо нагревается. Еще сложнее дело обстоит с газами, вытекающими из двигателя. Ведь на высоте они вытекают в среду с очень малым давлением. Значит, и здесь на выходе из двигателя должен существовать вакуум. Для этого приходится устанавливать серии массивных вакуум-насосов, требующих мощных двигателей. Мало того, до подачи в эти насосы газы должны быть охлаждены, так как иначе их объем будет слишком большим. Значит, нужно поставить батареи огромных охладителей. Целые реки воды втекают ежесекундно в эти испытательные станции, в них устремляются ураганные воздушные потоки, а из них рвутся наружу газы. Чтобы заглушить страшный шум работающего двигателя, коридоры-каналы для воздуха и газов перегораживают глушителями, стены здания сооружают из специального звукоизолирующего материала, покрывают слоями стеклянной ваты и других материалов, в которых должны завязнуть остатки звука…

А вот еще одна установка для испытаний двигателя. Мы рассказываем о ней не потому, что такие установки получили особенно широкое применение или ведущиеся на них испытания имеют какое-то особо важное значение. Просто это наглядный пример того, насколько сложной является проблема всестороннего испытания современных авиационных турбореактивных двигателей.

… Мы снова в кабине наблюдения испытательной станции. Через толстое многослойное стекло виден рвущийся с опор двигатель — его грохот здесь, в кабине, у пульта управления и приборных щитов, совсем не слышен. Испытание как испытание, что в нем особенного? И вдруг… Что это? Может быть, нам почудилось? Да и ведущий испытание инженер, кажется, совершенно спокоен. Значит, явно почудилось. А ведь отчетливо было видно, как в потоке воздуха, с огромной скоростью врывающегося в чрево двигателя, промелькнула… птица. Откуда ей взяться здесь, в испытательном боксе, если по пути в двигатель атмосферный воздух проходит через ряд фильтров и глушителей?! Никакая птица проникнуть через них, конечно, не может. Почудилось…

Схема устройства одного из боксов для испытания турбореактивных двигателей (из журнала «Флайт», 1957 г.).

Но снова — в двигатель стремглав влетела, нелепо растопырив крылья, еще одна птица. Потом еще, еще… Мы теперь видим, что ведущий испытание инженер командует появлением этих птиц. Быстрое нажатие красной кнопки на пульте — птица, еще нажатие — еще птица, два нажатия подряд — две птицы. А вот длительное нажатие — и целая стайка ворон или каких-то еще птиц, и разглядеть-то их как следует не удается, скрылась в утробе бешено работающего двигателя.

Что это, испытания турбореактивного двигателя на. птицах?! Чертовщина какая-то.

Но дело объясняется очень просто. Действительно, здесь проверяется, как сказывается на работе двигателя попадание в него птицы. И ясно, что такое испытание производится не случайно. Уж очень много бед доставляют ныне птицы авиации — сколько раз реактивные лайнеры разбивались из-за того, что с ними неуважительно обошлись птицы. Обычно это случается на взлете, но иногда и на высоте 1200–1800 метров, в сезоны перелета птиц. В одних только США за два года, 1961–1962, произошло более 60 случаев попадания птиц в турбореактивные и турбовинтовые двигатели самолетов, причем часто это заканчивалось катастрофой.

Конечно, иногда птицы вызывают катастрофы самолетов и по другой причине. Например, в 1962 году американский самолет с 17 пассажирами и членами экипажа разбился в 20 километрах от Балтиморы потому, что столкнулся со стаей лебедей и один из них разбил рулевое управление самолета . Но чаще всего дело именно в двигателе. Вот только один из многих случаев. Большой американский турбовинтовой самолет «Электра» разбился при взлете в аэропорту Бостона 4 октября 1960 года, погибло 62 человека, и 11 человек было ранено. Причина — в двигатели самолета попали… скворцы . Оказывается, компрессоры двигателей этого самолета при работе создают шум, очень похожий на стрекотание большого числа кузнечиков. Ошибка скворцов обошлась дорого.

5* Газета «Московская правда», 30 ноября 1962 г.

6* Журнал «Авиэйшн Уик», № 6, 1962 г.

Модель нового самолета установлена для испытания в сверхзвуковой аэродинамической трубе (по журналу «Эроплейн», 1956 г.).

А за несколько дней до этого только чудо спасло от подобной же катастрофы 58-местный самолет «ДС-8», у которого три турбореактивных двигателя из четырех вышли из строя в результате попадания в них в полете над Данией… чаек .

Поэтому-то в США введено в качестве обязательного испытание двигателей самолета на последствия попадания птиц . Двигатель должен безболезненно проглотить при таком испытании до 16 птиц, малых-весом 85-115 граммов, и больших — весом 0,9–1,4 килограмма. Неплохой аппетит!

Но вернемся к испытательным станциям. В других конструкторских бюро, например создающих совершенные образцы самолетного оборудования, применяют специальные сложнейшие установки — термобарокамеры, имитирующие высотный полет. Многочисленные установки кондиционирования воздуха создают в этих огромных стальных, обычно цилиндрических по форме, камерах нужный экспериментатору искусственный климат. Воздух в камерах то холодный, то горячий, то сжатый, то разреженный, то сухой, то влажный. И все это регулируется с величайшей точностью, чтобы испытываемый агрегат точно так же бросало «то в жар, то в холод», как это случается в истинном полете.

Но вот наконец все, что можно, отработано, проверено и установлено на самолете. Как испытать теперь сам самолет?

Делается это не сразу.

Сначала конструкторы и ученые долго возятся с моделями самолета, изготовленными из дерева, пластмасс, металла. Затем эти модели «продувают» в аэродинамической трубе.

Вряд ли есть какое-либо другое устройство, которому авиация была бы так обязана, как аэродинамической трубе. От почти игрушечной трубы Циолковского, через первые трубы Жуковского, к современным трубам — колоссальный путь, путь непрерывного совершенствования, настойчивых поисков, остроумнейших находок и открытий.

7* Об этом сообщил канадский журнал «Эркрафт», № 8, 1962 г.

8* По реферативному журналу «Авиационные и ракетные двигатели», № 3, 1963 г.

Так выглядит человек в большой аэродинамической трубе (из журнала «Эронотикел инжиниринг ревью», 1957 г.).

Испытание в аэродинамической трубе дает ответ почти на все вопросы, волнующие конструктора. Оно говорит ему, какова будет скорость нового самолета, будет ли он устойчивым в полете, маневренным, не будут ли возникать в нем опасные колебания, носящие хитрые иностранные названия — флаттер, бафтинг и другие. Для этого модель самолета помещают на точнейших и сложнейших аэродинамических весах. Они не просто измеряют усилия, действующие на самолет в трубе, но делают это очень точно и регистрируют отдельно силы, действующие вверх, в стороны, вниз, отдельно — так называемые моменты, стремящиеся опрокинуть самолет вправо или влево, повернуть его вверх, вниз или-в стороны. И при этом весы не только измеряют все эти усилия, но и автоматически записывают их в течение всего хода испытания.

Но вот модель самолета установлена на весах, и труба начинает работать. По ней с огромной скоростью устремляется воздушный поток. Он тоже должен имитировать условия истинного полета, значит, воздух в трубе должен быть плотным или разреженным, теплым или холодным, его скорость должна точно соответствовать скорости полета. Выходит — опять мощные вентиляторы и воздуходувки, опять насосы и компрессоры, опять печки и холодильники, опять специальные газы, заменяющие воздух.

Если труба пригодна лишь для испытания небольших моделей самолета, она может уместиться в комнате, а то и на столе экспериментатора. Но модель ведь всего только модель. Конечно, наука о моделировании, позволяющая заменять исследование настоящего объекта исследованием его модели, сделала в авиации чудеса. Но все же модельное испытание далеко не всегда способно заменить полномасштабное, натурное.

И вот в трубу вводится уже целиком весь самолет. Теперь труба — это уже не труба, а огромный, длиннейший коридор. Человек в нем кажется букашкой. И весы — это уже не те миниатюрные весы аптечного вида, которые применяются в малых трубах, а грандиозное сооружение. Но самое большое изменение претерпевает воздуходувка. Теперь это уже не вентилятор вроде того, что спасает нас летом от жары. Гигантские многолопастные винты создают ураган в трубе. И понятно, что для привода их во вращение нужны уже не миниатюрные электромоторчики, а двигатели колоссальной мощности.

Эта мощность тем больше, чем больше размеры трубы и чем больше имитируемая скорость полета. Когда эта скорость приближается к звуковой, а затем и превышает ее, мощность двигателей трубы становится колоссальной. Гигантские электростанции питают силовую установку трубы. Иной раз даже прекращается подача тока всем остальным потребителям.

Но порой и это не помогает, когда скорость намного превышает звуковую. Тогда приходится переходить на трубы, в которых течет сильно разреженный воздух, или снова уходить от натуры к модели, однако и это ненамного облегчает задачу. И настойчивая мысль экспериментатора бьется, пытаясь найти пути преодоления необычайных трудностей.

Если нельзя создать в трубе непрерывный поток огромной, сверхзвуковой скорости, то, может быть, удастся создать такой поток хоть на короткое время?

И исследователи обращаются к разнообразным трубам кратковременного действия. В гигантский стальной шар мощные насосы накачивают воздух. Так продолжается час, два. Наконец давление в шаре достигает заданного значения. Теперь насосы останавливаются и открывается заслонка, через которую воздух из шара устремляется в аэродинамическую трубу, создавая поток огромной скорости, и вот уже шар снова пуст. Надо опять его заряжать… Чтобы сэкономить время, устанавливается не один, а два-три шара: пока один срабатывает, другой накачивается — готовится к испытанию. Такие установки, конечно, значительно дешевле, чем трубы непрерывного действия.

Создать поток большой скорости — это главное, но этим не ограничиваются задачи исследователей. Ведь нужно имитировать и «тепловой барьер». Как нагреть воздух до температуры в сотни градусов?

Значит, и здесь без «печек» не обойтись. По пути в шар воздух проходит через электрические подогреватели или подогревается в батареях, снаружи которых текут раскаленные газы — продукты горения топлива в специальных топках. Но вот воздух вошел в шар. Пока шар накачивается, воздух остывает, теряя драгоценное тепло, полученное столь дорогой ценой. Как уменьшить потери тепла? Для этого в одной из труб гигантские шары — резервуары сжатого воздуха — заполнены миллионами… пустых консервных банок. Банки служат своеобразными аккумуляторами тепла, запасая его в своих тонких стенках .

Но впереди еще большие скорости полета, в 5-10-20 раз превышающие скорость звука. Мало того, эти условия полета существуют ведь уже и сейчас. С такой скоростью, например, врывается в плотные слои атмосферы высотная дальняя баллистическая ракета, завершающая свой тысячекилометровый полет. Что испытывает ракета в этих условиях? Как имитировать их в лаборатории?

И наука ищет решения все усложняющихся задач. В обычных трубах не удается создать поток нужной скорости. Но что произойдет, если испытываемая модель будет мчаться навстречу потоку? Тогда относительная скорость потока и модели станет равной сумме обеих скоростей. Так появляются «трубы свободного полета». Ничтожные мгновения длится полет модели в такой трубе, но на худой конец и их достаточно. Чувствительные приборы расскажут ученому-экспериментатору, какова была в полете температура в разных точках модели. Остроумнейшие устройства сфотографируют невидимый поток воздуха, обтекающий летящую модель, и раскроют тайны этого обтекания, без знания которых нельзя правильно рассчитать самолет или ракету и их полет. Часто оказывается более целесообразным «выстрелить» моделью не в воздушный поток, а в струю какого-нибудь газа или смеси газов . И это, конечно, делается — ученого не остановят никакие препятствия.

Понятно, что трубы свободного полета далеко не так удобны для экспериментатора, как обычные аэродинамические трубы. Нельзя ли все же именно их использовать для исследования полета с большой сверхзвуковой, или, как ее иногда называют, гиперзвуковой скоростью?

Можно. Для этого служат так называемые ударные трубы, рожденные быстро развивающейся техникой авиационного эксперимента. Очень просты эти трубы по идее, но, как это часто бывает, чрезвычайно сложны в использовании. Представьте себе длинную, в десятки метров, трубу сравнительно небольшого сечения. Слева у этой трубы- пушки своеобразная «казенная часть» — камера с сильно сжатым газом. Эта камера отделена от остальной трубы — ствола, другой конец которого открыт в атмосферу, металлической перегородкой — диафрагмой. В стволе установлена испытываемая модель; ее можно увидеть сквозь кварцевые окошки в стенке трубы. Когда нужно произвести испытание, диафрагма моментально рвется, часто с помощью электрического тока. Сжатый газ из камеры устремляется в трубу, предшествуемый мощной волной повышенного давления. Эта невидимая волна (впрочем, в трубе ее удается видеть и даже сфотографировать с помощью специально разработанных устройств) мчится с огромной скоростью, набегает на модель, имитируя условия гиперзвукового полета. И опять лишь мгновения длится опыт — мгновения, которые должны дать ответ на многие вопросы, волнующие ученого и конструктора.

Но и здесь трудно, очень трудно имитировать «тепловой барьер». А именно проблема «теплового барьера» как раз и требует особенно тщательных экспериментов. Как имитировать условия, при которых самолет или ракета мчатся как бы в струе раскаленных газов? Нельзя ли найти устройства, способные создать такую струю?

И экспериментатор обращается к жидкостному ракетному двигателю. Теперь струя газов, хлещущих из него, используется как раскаленный поток. Модель вносится в этот поток, рвущийся из двигателя. Пусть она сразу же начинает раскаляться добела — так и нужно, ведь именно эти условия встретят самолет или ракета в полете.

Больше того, истинные условия могут оказаться и гораздо труднее. Поэтому нет ли источника газов более высокой температуры, чем считавшийся недавно рекордистом в этом отношении ракетный двигатель?

На помощь химии приходит электричество. Используя мощную электрическую дугу, удается создать поток раскаленной плазмы с температурой более 10 000°, вдвое превосходящей температуру поверхности Солнца. Вот это уже, пожалуй, то, что устроит даже авиацию завтрашнего дня!

Мы еще, конечно, далеко не исчерпали весь арсенал экспериментальных средств, состоящих ныне на службе аэродинамических исследований в авиации. Тут и сверхскоростные ракеты, используемые в качестве «летающих лабораторий», — на них, обычно спереди, устанавливаются испытываемые модели или элементы будущих конструкций; тысячи раз в минуту передаются на землю с такой «летающей лаборатории» показания многих десятков приборов. И ракетные тележки, со сверхзвуковой скоростью мчащиеся по рельсовому пути длиной в несколько километров. На тележке устанавливаются испытываемые части конструкции или агрегаты. Очень удобными оказались, в частности, тележки для исследования катапультируемых сидений, позволяющих летчикам выбраться из гибнущего самолета. Сотни и тысячи раз выстрелят из такой тележки манекеном, прежде чем будет совершен первый прыжок летчика с самолета.

Используются и небольшие модели будущих самолетов, снабженные тем не менее достаточно мощными ракетными двигателями, чтобы разгонять их до весьма больших скоростей. Радиотелеметрирование и здесь помогает получить все необходимые сведения о полете модели, да и на ней самой могут быть установлены записывающие приборы.

9* Об этом сообщил журнал «Каррент Сайенс энд Авиэйшн», 1957 г.

10* «Рипорт НАКА», 1956 г.

С помощью такой ракетной тележки испытываются иногда летчики на инерционные перегрузки (из журнала «Америкен авиэйшн», 1955 г.).

Аэродинамика — главный, но далеко не единственный объект исследования при создании нового самолета. Кому нужен самый скоростной самолет, если он рассыпается в воздухе? И сложнейшие установки исследуют прочность всего самолета и его элементов, имитируя истинные условия полета. Нетрудно испытать на прочность, например, крыло самолета в обычных условиях, но как испытать его, если оно нагрето до нескольких сот градусов, как это будет в скоростном полете? И в сложных установках крыло нагревается в ходе испытаний с помощью инфракрасного излучения или другим способом до нужной температуры. Можно испытать на прочность фюзеляж, но если это — махина в десятки тонн весом, то задача становится непростой. И вот иногда весь такой фюзеляж погружается в бассейн с водой, имитирующей нагрузку на стенки фюзеляжа в полете. Не так сложно нагрузить стенки герметической кабины постоянным давлением, но в полете эта нагрузка сотни раз меняется вместе с режимом полета. Если не проверить, как ведут себя стенки кабины в условиях переменной нагрузки, то новый самолет может постигнуть печальная участь английского пассажирского реактивного самолета «Комета», рассыпавшегося в воздухе. И создаются специальные испытательные установки, имитирующие переменные нагрузки, меняющиеся в определенной последовательности.

Новые самолеты, летящие с огромной скоростью, подвергаются неизмеримо большим нагрузкам. Если исходить из старых норм и тре-. бований, то современные самолеты должны стать такими тяжелыми, что их скоростной полет окажется практически невозможным. Ученые непрерывно исследуют тайны прочности материалов, из которых изготовлены детали самолета.

Неоценимую помощь оказывают при этом методы фотоупругости. Деталь из специальной прозрачной пластмассы, находящаяся под нагрузкой, изрисовывается на экране прибора причудливыми кривыми и дугами. По этим разноцветным изображениям ученый и конструктор отчетливо представляют себе, в каком месте материалу особенно трудно, и облегчают ему «жизнь», меняя конструкцию детали.

Фюзеляж самолета погружается в воду для испытания на прочность.

Но мало создать самолет или ракету, рассчитанные на полет с заданной скоростью и обладающие необходимой прочностью. На что способны они? Какой полет им под силу?. Как определить наивыгоднейший полет?

Конечно, все это можно установить экспериментально, посылая самолет или ракету в полет раз, другой, десятый. Но нужно ли говорить, как это невыгодно!

И на помощь приходят новые средства имитации истинного полета. На этот раз нет нужды в самих самолетах и ракетах или даже в их моделях. Достаточно сообщить имитирующему устройству все необходимые данные. И тогда такие «бумажные» самолеты и ракеты совершат в имитирующем устройстве любой, самый причудливый полет, какой только придет на ум экспериментатору. И сразу станет ясно, на что способен самолет или ракетный снаряд. Таким имитирующим чудо-устройством является электронная моделирующая машина. Правда, она получается весьма громоздкой и иной раз одна занимает довольно большое здание. Но разве оценишь ее истинную роль!

И все же — как бы там ни было! — наступает момент, когда в самолет должен сесть летчик.

Все ли сделано, чтобы облегчить сложнейшую и ответственнейшую задачу испытателя?

Нет, еще не все.

С помощью панорамного кино летчик совершает «посадку» на аэродром, не выходя из помещения (из журнала «Америкен авиэйшн», 1956 г.).

На помощь приходят те же электронные моделирующие машины. Они «совершат» за летчика, предварительно, любой полет, проверят прочность самолета и его поведение в любых условиях, установят все недочеты новой конструкции. А сам самолет будет в это время еще только готовиться к первому полету.

Так самолет совершает свой первый полет, не отрываясь от земли. То же самое делает и летчик. Для него создаются многочисленные устройства, позволяющие совершить полет, точно имитирующий настоящий, но происходящий на земле. Специальный тренажер чрезвычайно полно и точно воссоздает условия истинного полета, вплоть до широкой панорамы аэродрома, как бы видимой летчиком через стекла «фонаря» кабины, а на самом деле проецируемой на экране панорамного кино. Только после таких тренировок подготовленный летчик садится на всесторонне «прощупанный» и исследованный самолет.

И тогда… тогда начинается истинный полет, как всегда отличный от всех модельных и имитированных, — так же как живое отличается от любой схемы. И там, в небе, летчик завершит труд большого коллектива людей, создающих новую авиацию, прокладывающих путь в ее будущее.

 

Глава IX. На воздушном лайнере

Эта глава переносит читателя в завтрашний день гражданской авиации. Завершается она рассказом о полете трансконтинентального турбовинтового авиалайнера.

С каждым годом все большее число людей пользуется воздушным транспортом. Да и как не полюбить авиаэкспресс, по сравнению с которым скорость железнодорожного поезда кажется черепашьей!

Правда, и солнце не без пятен, есть свои недостатки и у пассажирских самолетов. Сколько людей из-за этого так и не могут стать воздушными путешественниками и, с грустью проводив глазами быстро тающий в воздухе пассажирский самолет, отправляются на железнодорожный вокзал!

Одних из этих несостоявшихся авиапутешественников пугают опасности полета, другие содрогаются даже при мысли о воздушной болезни, третьих останавливает цена билета на воздушный экспресс. Есть, правда, и такие, кто просто ни на что не променяет железнодорожного путешествия — быстро меняющихся пейзажей, открывающихся из окна вагона, неторопливой беседы с попутчиками, суеты вокзалов и… жареной курицы, победно влекомой с шумного пристанционного базара…

И все же ряды приверженцев старых, «проверенных» способов путешествия будут все быстрее и быстрее редеть. Полвека существования авиации привели к тому, что воздушное пассажирское сообщение серьезно потеснило перевозки по железнодорожным и водным путям. Мы, пожалуй, не ошибемся, если скажем, что к концу «авиационного» столетия воздушный транспорт по количеству пассажиров будет первым среди своих собратьев.

Воздушный флот будущего станет многоликим и разнообразным, чтобы удовлетворять самые прихотливые вкусы путешественников. Хотите, можете перепрыгнуть с континента на континент за какой-нибудь час, забравшись при этом на высоту в сотни километров. Но можете и любоваться с небольшой высоты медленно проплывающими пейзажами, совершая посадки через каждые 200–300 километров, да еще при желании с продолжительным «парением» над полюбившимся местом.

Уйдут в прошлое и недостатки современной пассажирской авиации. Уже сегодня по числу катастроф и несчастных случаев авиация — самый безопасный транспорт в мире (если учитывать количество пройденных в пути километров). Самолет оставил в этом отношении позади и поезд, и автомобиль, и пароход. Конечно, в будущем воздушные путешествия станут еще более безопасными. Уже сейчас авиация в ряде случаев — самый дешевый вид транспорта, а в будущем она станет и в этом отношении вне конкуренции. И даже муки воздушной болезни превратятся в старую легенду — на тех высотах, где летают и тем более будут летать пассажирские самолеты, никакой болтанки нет. Полет там совершается настолько плавно и бесшумно, что его и сравнивать нельзя с ездой в поезде или автобусе.

Какими же они будут — пассажирские самолеты завтрашнего дня? Как будет протекать полет на них?

Понятно, что и тогда не удастся создать универсальный пассажирский самолет. Разным назначениям будут соответствовать и различные типы летательных аппаратов. Так, одно дело — трансокеанский или трансконтинентальный перелет, а другое — полет на короткое расстояние, например на соединительных или, как их называют, фидерных авиалиниях, по которым пассажир добирается из «глубинки» к пунктам посадки магистральных авиаэкспрессов. Одно дело — вместительные туристские авиабусы, другое — комфортабельные авиатакси..

Но, пожалуй, для пассажирской авиации будущего наиболее характерными станут дальние многоместные скоростные экспрессы. Именно им суждено заменить пассажирские поезда, корабли и автобусы.

Сейчас еще во всем мире на авиалиниях летают чаще всего комфортабельные многоместные самолеты с двумя или четырьмя поршневыми двигателями. Летают такие самолеты и на наших линиях, например, всем хорошо известные самолеты «ИЛ-14» конструкции С. В. Ильюшина. Выходит, что в гражданской авиации поршневой двигатель успешнее борется за «место под солнцем», чем в авиации военной, которая уже в основном стала реактивной. Это, конечно, не случайно. В гражданской авиации, в отличие от военной, решающее значение имеет экономика, стоимость перевозки. И вот тут-то сказалась лучшая экономичность поршневого двигателя, его меньший расход топлива на лошадиную силу развиваемой мощности при относительно малых скоростях полета. Определенную роль сыграли, правда, и недостатки реактивных самолетов — большая длина взлетно-посадочных полос и, следовательно, большие размеры аэродромов, больший шум и др.

Однако уже давно стало ясно, что будущее принадлежит не этим поршневым самолетам. На смену им приходят турбореактивные и турбовинтовые экспрессы. Многие из них уже прочно вошли в обиход гражданской авиации, успешно летают на авиалиниях. И ведущая роль в этом отношении принадлежит нашей стране.

Замечательные советские реактивные авиалайнеры, первыми вышедшие на мировые авиатрассы, заслуженно пользуются широкой популярностью.

Кто не слышал, например, о красавцах самолетах «ТУ-104» конструкции «старейшины» цеха советских авиаконструкторов А. Н. Туполева? Эти самолеты покорили не только пространство, но и сердца людей во многих странах мира. Впрочем, все больше становится тех, кто не только слышал и видел самолеты «ТУ-104», но и летал на них — эти самолеты вошли в быт советских людей.

Хорошо известны и турбовинтовые лайнеры: «АН-10» конструкции О. К. Антонова и «ИЛ-18» конструкции С. В. Ильюшина. На этих самолетах установлено по четыре турбовинтовых двигателя.

Прославленный рекордсмен мирового пассажирского авиафлота, двухпалубный самолет «ТУ-114» конструкции А. Н. Туполева с четырьмя мощными турбовинтовыми двигателями, вмещает до 220 пассажиров, больше, чем любой другой самолет на земном шаре. Даже трапы для пассажиров ему нужны новые, старые, имеющиеся во всех аэропортах мира, уже не годятся, низковаты…

Все эти самолеты успели завоевать любовь пассажиров Аэрофлота, вынужденных совершать путешествия на дальние и сверхдальние расстояния. В их семью входит и новый, огромный, на 182 пассажира, реактивный экспресс «ИЛ-62» конструкции С. В. Ильюшина с четырьмя турбовентиляторными (двухконтурными) двигателями (о них мы уже говорили). Кстати сказать, двигатели этого самолета расположены не совсем обычно, не на крыле, а у хвоста самолета, сзади. Это намного уменьшает шум в пассажирской кабине и создает ряд других преимуществ. Неудивительно, что подобная установка двигателей начинает все чаще применяться в последнее время на пассажирских самолетах.

Выходят на трассы и новые реактивные самолеты, предназначенные для полетов на средние расстояния, в частности, самолет «ТУ-124» с двумя турбовентиляторными двигателями и самолет «АН-24» с двумя турбовинтовыми двигателями.

Воздушные лайнеры Страны Советов и некоторые иностранные реактивные пассажирские самолеты.

Так может выглядеть реактивный лайнер-экспресс будущего (проект англо-французского сверхзвукового пассажирского самолета «Конкорд», рассчитанного на длительный полет со скоростью, в 2,2 раза превышающей звуковую. По журналу «Эрлифт», ноябрь 1962 г.).

Мы видим, что в пассажирскую авиацию внедряются и турбореактивные и турбовинтовые двигатели. Каковы же перспективы тех и других, какому из них суждено стать основным двигателем пассажирской авиации будущего?

Судя по всему, двигатели обоих типов будут долго «сосуществовать» в гражданском воздушном флоте. В настоящее время самолеты с турбореактивными двигателями совершают длительный полет со скоростью до 1000 километров в час, тогда как самолеты с турбовинтовыми двигателями — 650–700 километров в час, то есть раза в полтора меньше. Однако перелет на большое расстояние, например Москва- Иркутск, эти самолеты совершают практически за одно и то же время, но только турбовинтовой летит без посадки, а турбореактивный с двумя-тремя посадками.

Вероятно, в дальнейшем самолеты с турбореактивными двигателями будут служить для экспрессного сообщения со скоростями 2000–3000 километров в час, а самолеты с турбовинтовыми двигателями — для наиболее дальних перелетов, в частности трансокеанского сообщения, делая по 800–900 километров в час. (С такой скоростью уже летает самолет «ТУ-114».) Промежуточные скорости полета станут, вероятно, уделом двухконтурных турбореактивных двигателей, которые обладают наилучшими характеристиками при подобных скоростях.

… Давайте совершим с вами полет на турбовинтовом трансокеанском самолете будущего. Неважно, что мы находимся сейчас в самом центре Атлантики на газотурбоэлектроходе Трансатлантической компании, совершающем очередной рейс из Европы в Южную Америку. Раз у нас появилось желание пересесть на воздушный лайнер, мы сможем сделать это, не дожидаясь прихода в порт назначения. Уже давно все дальние воздушные экспрессы принимают пассажиров прямо в воздухе, а океанские корабли имеют на борту небольшие реактивные самолеты и вертолеты, которые при необходимости всегда к услугам пассажиров.

Короткая беседа с помощником капитана, обмен радиограммами с аэропортом. И вот мы — на верхней палубе корабля. Усаживаемся в небольшой самолет с узким стреловидным крылом. Этот самолет может вертикально взлетать с палубы и садиться на нее, как обычный вертолет. Через несколько минут дверь герметической кабины захлопнулась за нами, и колеса самолета, накрепко принайтованные к палубе, были освобождены. Из сопел обоих турбореактивных двигателей вырвались факелы пламени, обжигая защитное покрытие палубы. Самолет вздрогнул, плавно отделился от палубы и начал увеличивать скорость. Сотни пассажиров на всех палубах газотурбоэлектрохода наблюдали за этим зрелищем. Вот уже самолет поднялся на несколько сот метров. Вдруг все увидели, как сигары двигателей на концах крыла, бывшие ранее вертикальными, стали поворачиваться и заняли горизонтальное положение. Самолет вначале спланировал, а затем резко начал набирать высоту. Покачавшись на вираже с крыла на крыло, точно прощаясь с кораблем, самолет быстро исчез в голубоватой дымке неба…

Нам нужно разыскать в бездонном воздушном океане стремительно мчащуюся точку — воздушный лайнер. Но прошло всего лишь несколько минут, и на светящемся экране радара перед летчиком появилось крохотное изображение самолета. Почти в тот же миг в динамике приемо-передающей рации нашего самолета что-то щелкнуло, и затем раздался голос помощника капитана корабля, с которым мы недавно расстались:

— Экипаж авиалайнера предупрежден и готов вас принять. Связывайтесь с ним. Желаю успеха.

Летчик повернул ручку настройки, и через минуту в динамике отчетливо раздалось:

— Наша скорость 960. Курс ост-норд-ост. Высота 10 250. Посадка с хвоста на скорости 970–980.

Наш самолет круто идет вверх. Стрелка радиоальтиметра ползет по кругу: 6000-7000-8000… Неожиданно справа, внизу под нами, показывается огромный самолет. Восемь воздушных винтов на его крыльях сливаются в ослепительно сверкающие диски. Самолет медленно поворачивается — это делаем разворот мы сами. Теперь уже он внизу, прямо под нами.

Несколько мгновений кажется, что самолет впереди остановился. Но вот он начал медленно приближаться. Верхняя палуба огромного самолета совершенно ровная, плоская, шириной, вероятно, метров 10–12 и длиной в добрую сотню метров. Она представляет собой идеальную посадочную площадку, летающий аэродром.

Посадка на палубу воздушного лайнера.

Наш самолет медленно и плавно, хотя все это происходит на скорости около тысячи километров в час, Пролетает между двумя широко расставленными килями экспресса, касается колесами его палубы, катится по ней. Скорость движения самолета по этой своеобразной посадочной полосе все уменьшается. Вот он уже остановился, хотя двигатели продолжают работать.

В динамике раздалось:

— Арестующие ловушки сработали, выключите двигатели.

Еще через мгновение часть верхней палубы с нашим самолетом стала медленно опускаться. У нас в кабине сразу потемнело. Кажется, спуск прекратился? Или еще нет? Трудно понять — ничего не видно вокруг.

Вдруг вспыхнул яркий свет. Наш самолет оказался в помещении, чем-то напоминающем «Наутилус» капитана Немо. Но это мгновенное впечатление было нарушено появлением человека в форме гражданского воздушного флота.

Покидая вслед за ним этот своеобразный «приемный покой» для прибывающих гостей лайнера, мы увидели, как наш самолет медленно поднимался на платформе-лифте к потолку.

Вот мы и на лайнере. Совершим по нему прогулку, благо не ощущается никакой качки и болтанки. Вдаль уходит коридор, по обе стороны которого двери пассажирских кают, совсем как на покинутом нами корабле. Под ногами — упругая дорожка из губчатого синтетического каучука. Да и вообще в коридоре тихо, сюда не доносится шум работающих двигателей. Трудно представить себе, что мы мчимся на высоте 10 километров над океаном!

Лайнер рассчитан на 600 пассажиров, его полный взлетный вес превосходит 800 тонн. На самолете установлено 8 турбовинтовых двигателей, каждый из них развивает мощность почти в 25 тысяч лошадиных сил. Лайнер совершает регулярные рейсы Буэнос-Айрес — Москва, покрывая без посадки почти 15 тысяч километров за 16 с небольшим летных часов. Максимальная скорость полета более 1000 километров в час, высота — 13 километров. Запас топлива на самолете превышает 300 тонн — пять-шесть огромных железнодорожных цистерн.

Все внутренние помещения лайнера герметизированы, и в них сохраняется такое давление, как на каком-нибудь высокогорном курорте. Автоматическая система кондиционирования воздуха создает искусственный климат на лайнере. Она не только обеспечивает нужную температуру и влажность воздуха, осуществляет его фильтрацию и очистку от вредных примесей, ионизирует и дезинфицирует, но и насыщает его тонкими ароматами, разными для разных помещений лайнера. В каждой каюте можно подобрать, например, один из трех запахов — озона, фиалки или свежего сена — простым нажатием кнопки.

Впрочем, на этом самолете можно выбрать не только свой аромат в каждой каюте, но, по желанию, и свой… цвет стен и потолка, свой оттенок света в каюте. Это достигается с помощью принципиально новой системы электрического освещения (исследования этой системы начаты в последнее время), так называемой электролюминесценции. При этой системе источником света служат сами стены и потолок, панели которых одновременно используются и для электрического нагрева воздуха. На эти панели наносится слой специального светящегося порошка, возбуждаемого для свечения электрическим током. Для того чтобы можно было подобрать цвет светящихся стен по своему желанию, на них наносится не один, а несколько слоев светящегося вещества различного рода. Тогда выбор желаемого оттенка осуществляется простым нажатием кнопки. Конечно, это замечательное освещение найдет применение не только в авиации.

На трех палубах лайнера, не считая верхней, аэродромной, на которую совершил посадку наш самолет, расположены 150 пассажирских кают, салоны, ресторан, бассейн для плавания, спортивный зал, большая библиотека, концертный холл и кинозал. Все это не дает пассажирам скучать в пути. В каждой каюте — телевизор на десять программ, радиоприемник и видеотелефон, позволяющий вести радиотелефонный разговор и видеть собеседника, находящегося практически в любом пункте земли. Радиотелевизионная релейная сеть, обслуживающая воздушный транспорт и делающая возможной такую связь, раскинулась по всему земному шару. Она использует, в частности, автоматические ретрансляционные станции на искусственных спутниках Земли. Целые эскадры таких спутников мчатся по орбитам вокруг Земли, с их помощью можно быстро связаться с любым пунктом земного шара, посмотреть телевизионную передачу любого телецентра на Земле. Другие аналогичные спутники позволяют экипажу лайнера без всякого труда в любой момент точно определить местонахождение корабля, его координаты.

Экипаж лайнера насчитывает сорок человек. Это не так уж много, если учесть размеры корабля и его сложное устройство. Все управление самолетом и двигателями, самолетовождение, навигация, службы безопасности полностью автоматизированы и не требуют внимания экипажа. За их работой следит на центральном командном пункте, представляющем собой настоящий «мозг» самолета, электронное вычислительное устройство весьма сложного типа.

В конструкции лайнера широко применены титановые и бериллиевые сплавы и особенно многие замечательные пластмассы. Так, одна из палуб, называющаяся прогулочной и представляющая собой, по существу, зимний сад, имеет сплошные стены из прозрачной пластмассы с серебристым оттенком. Специальный солярий на корме лайнера, как и плавательный бассейн, защищены крышей из прозрачной пластмассы золотистого цвета, пропускающей ультрафиолетовые лучи. Из пластмассы изготовлены перегородки, мебель, топливные баки и многие другие части самолета.

Понятно, что этот материал должен быть не только легким, но и очень прочным. Достаточно вспомнить хотя бы о том, что на большой высоте внутри самолета давление намного превышает наружное и потому стенки как бы распираются. Хорошо известен, например, случай, происшедший с английским турбовинтовым самолетом «Вайкаунт»: под действием избыточного внутреннего давления одно из окон-иллюминаторов было выдавлено. Окно оказалось достаточно большим для того, чтобы сидевший около него пассажир был выброшен мощной струей воздуха…

Но, пожалуй, пора отправляться в ресторан, если мы хотим успеть поесть на самолете — приближается конец рейса.

Займем свободный столик, их здесь много. Звучит тихая музыка, легкий ветерок от невидимых вентиляторов чуть колеблет шелковые занавески у окон-иллюминаторов. Бокалы налиты доверху. Давно позади время, когда в пассажирском самолете стакан можно было наполнить лишь наполовину, не рискуя выплеснуть кипяток на собственные колени. Непрерывные и сильные вибрации изматывали экипаж и пассажиров гораздо сильнее, чем грохот двигателей. Изматывали они, конечно, и конструкцию самолета — ее приходилось делать тяжелее, рассчитывать на «усталостные» нагрузки. Здесь, на борту лайнера, вибрации совершенно не ощущаются.

Пока электрическая кухня, расположенная под нижней палубой, приготовит заказанные блюда, а пневматический лифт доставит их, поговорим вот о чем: не подумайте, пожалуйста, что мы с вами — на самом большом трансокеанском авиалайнере. Есть и значительно большие. Рекорд принадлежит одной из летающих лодок с турбовинтовыми двигателями, имеющей 1100 пассажирских мест. Неудивительно, что это именно летающая лодка: взлет и посадка таких гигантов требует больших аэродромов.

Кроме того, может возникнуть неправильное представление и о том, что все дальние пассажирские самолеты обязательно турбовинтовые. Вовсе нет. Летают через океан и лайнеры с турбореактивными двигателями, они совершают свой полет обычно на большей высоте и с большей скоростью. Но эти самолеты пока имеют меньше пассажирских мест, хотя по размерам и не уступают турбовинтовым. Так сказывается большая затрата топлива на полет реактивных самолетов. Неудивительно, что билет на реактивный экспресс стоит чуть ли не вдвое дороже и туристы обычно предпочитают турбовинтовые самолеты.

… Лайнеры, подобные описанному, появятся, вероятно, на воздушных магистралях лет через 15–20. Значит ли это, что такие самолеты — единственное направление развития пассажирской авиации будущего? Конечно, нет.

 

Глава X. В небе — атом

В этой главе рассказывается о возможностях использования атомной энергии в авиации будущего, об атомных «буксирах» и «тягачах» и даже о гигантском атомном… дирижабле.

Мысль об использовании для дальних пассажирских самолетов атомной энергии не дает конструкторам покоя. Еще бы! Атомные установки позволили бы летать сколь угодно далеко, на огромных высотах, с практически любой возможной скоростью. Как известно, такие установки (точнее говоря, их основная часть — атомный реактор) расходуют ничтожно мало ядерного горючего и не нуждаются в атмосферном воздухе.

Вот почему в фантастических и научно-популярных книгах можно найти многочисленные описания атомных пассажирских самолетов будущего. Часто эти описания украшаются и картинками таких самолетов — с длиннющим, вынесенным далеко вперед фюзеляжем, пассажирской кабиной на носу и атомными двигателями на крыле, расположенном у самого хвоста. Такая не совсем обычная схема самолета легко объяснима — авторы этих описаний хорошо знают опасности, связанные с радиоактивным излучением работающего атомного реактора, и стараются поместить пассажиров как можно дальше от источника смертоносных лучей.

И все же вряд ли можно ожидать скорого появления атомных авиалайнеров, как ни заманчивы их технические возможности. Причем именно пассажирских атомных самолетов, хотя это, конечно, и очень печально. На то имеются серьезные причины. На самом деле, в военной авиации риск — дело естественное, но кто станет подвергать ненужному риску пассажиров, вверивших свою жизнь рейсовому самолету гражданской авиации?

Такими представляются обычно атомные пассажирские самолеты будущего.

Дело, однако, не только в этом. Можно организовать тщательные наблюдения за дозой радиоактивного излучения, полученного каждым членом экипажа военного самолета, чтобы исключить опасность превышения максимально допустимого уровня облучения. Но кто знает, какова «предыстория» каждого пассажира в отношении воспринятого им вредного ионизирующего излучения?

Однако и это еще не главное. Допустим, на самолете можно устроить такую мощную биологическую защиту, которая сделает безопасным для экипажа и пассажиров излучение атомной силовой установки. Правда, полной изоляции достигнуть трудно — слишком много должна весить подобная экранировка. Но не исключено, что в будущем вес ее удастся уменьшить. В этом направлении ведутся интенсивные исследования . В частности, подыскиваются такие легкие материалы, которые обладают «избирательной» экранизирующей способностью, то есть поглощают лишь один какой-либо вид опасного излучения. Тогда вся экранировка должна состоять из нескольких слоев различных легких материалов, обладающих такими свойствами. Вес этой экранировки удастся, вероятно, значительно снизить по сравнению с существующими защитными устройствами. Так или иначе, тех, кто будет находиться на борту атомного самолета, вероятно, можно защитить от радиоактивного излучения. Значит ли это, что удастся создать и атомные пассажирские самолеты?

Нет, не значит, ибо главное препятствие на этом пути связано вовсе не с судьбой экипажа и пассажиров, а с опасностью катастрофы, о которой говорилось выше .

Одна только такая опасность делает практически невозможным использование атомных линейных пассажирских самолетов. Для того чтобы преодолеть эту опасность, нужно сначала создать атомные двигатели, работа которых не была бы связана с образованием в них «радиоактивной сажи», смертельно опасной в случае катастрофы. Пока еще не ясно, как это возможно и возможно ли вообще. Разве только на помощь придут термоядерные двигатели, в которых вместо расщепления атомов происходит их слияние с образованием атомов более сложного вида, как это происходит, например, при взрыве водородной бомбы. Однако эта проблема не решена еще даже теоретически, хотя ею усиленно занимаются многие ученые.

В качестве одного из возможных путей разрешения проблемы создания атомных пассажирских самолетов иногда предлагается использование атомных «тягачей». В этом случае предполагается, что на самом пассажирском самолете будут установлены не атомные, а обычные двигатели. Они предназначаются лишь для работы в течение короткого времени, например при взлете и наборе высоты, а также при посадке. Поэтому на самолете будет находиться очень небольшой запас топлива. Весь остальной полет такой пассажирский самолет будет совершать на буксире у атомного, служащего своеобразным тягачом. Атомный тягач будет летать без экипажа и управляться на расстоянии — возможно, летчиком одного из буксируемых пассажирских самолетов. На буксире будет находиться, как правило, сразу несколько пассажирских (а может быть, и грузовых) самолетов. При такой системе опасность излучения для экипажа и пассажиров буксируемых самолетов становится незначительной. Однако угроза катастрофы атомного тягача по-прежнему сохраняется, хотя его маршрут можно построить таким образом, чтобы он пролегал в стороне от крупных населенных центров страны.

Кстати, в этой связи надо упомянуть и еще об одной идее, которая может найти применение в будущем. За последние годы все более широкое применение находит новый метод буксирования морских и речных судов, при котором тягач превращается в «толкача». Выгода заключается в том, что буксируемому судну не приходится двигаться в струе, отбрасываемой винтом тягача. Это значительно уменьшает потребную мощность буксирования. Кроме того, при этом повышается маневренность всего каравана. Вот такие же «толкачи» и предполагается использовать в воздушном флоте.

Нужда в «толкаче» возникает потому, что мощность, необходимая для взлета и набора высоты, намного превышает мощность установившегося горизонтального полета. Вот почему самолету как бы требуются два различных двигателя: один, гораздоболее мощный, — для взлета, другой — для остального полета. Конечно, менять двигатели в полете невозможно, зато можно воспользоваться услугами дополнительного двигателя при взлете. Для этого и предполагается использовать «толкач».

11* Об этом сообщает, например, журнал «Эроплейн», 1956 г.

12* См. главу VI.

Самолетный «толкач». Вверху — взлет и набор высоты, внизу — отделение и возвращение «толкача» на аэродром.

В качестве «толкача» может служить специально спроектированный самолет с очень мощными турбореактивными и турбовинтовыми двигателями и весьма небольшим запасом топлива — ведь полет «толкача» длится очень недолго.

По существу, такой «толкач» будет представлять собой летающую силовую установку. Он взлетит, толкая перед собой самолет, наберет необходимую высоту, а потом отцепится и совершит посадку на своем аэродроме. Самолет же, поднятый в воздух, будет продолжать полет.

Но вернемся к атомной авиации. С ней связано еще одно интересное и несколько неожиданное предложение. Неожиданное потому, что оно представляет собой, на первый взгляд, возврат к давно прошедшему этапу борьбы за покорение воздушного океана. Речь идет об использовании дирижаблей, казалось навсегда ушедших со сцены.

Секрет такого возврата прост. С помощью атомной установки дирижабль способен совершать полет любой, практически неограниченной дальности. Скорость его может быть, конечно, большей, чем у самых быстроходных океанских кораблей. Атомный дирижабль, кроме того, может предоставить пассажирам не меньший, если не больший комфорт, чем огромные океанские лайнеры. В то же время особенности дирижабля позволяют устранить значительную часть тех опасностей, с которыми связано радиоактивное излучение атомной установки.

Представьте себе такой атомный дирижабль. Металлическая сигара длиной метров 300, высотой побольше некоторых московских высотных зданий. Грани сигары, изготовленной из алюминиевого сплава, обработаны методом глубокого анодирования. Они имеют красивый голубоватый оттенок, причем, кажется, каждая грань — свой, в зависимости от освещения. Эта обработка придает особую поверхностную твердость оболочке дирижабля, наполненной гелием. В передней части, под сигарой, расположены пассажирские помещения, напоминающие снаружи океанский корабль. В них могут разместиться почти 2000 пассажиров. Сзади под сигарой расположены два пояса гигантских многолопастных воздушных винтов, приводимых в движение газовыми турбинами. Эти турбины работают на том же гелии, который заполняет оболочку, и развивают каждая мощность 100 тысяч лошадиных сил. Так как всего двигателей на дирижабле 12, то общая мощность его силовой установки составляет 1200 тысяч лошадиных сил.

Какое колоссальное количество топлива потребляли бы двигатели корабля, если бы они работали на бензине или керосине! Но в действительности общий расход топлива составляет всего примерно… 100 граммов в час. И это неудивительно. Двигатели работают на ядерном горючем, в невидимом клокотании внутри атомных реакторов освобождающем свою колоссальную энергию. Два таких реактора, снабжающие энергией все двенадцать двигателей, скрываются в недрах гигантской сигары дирижабля, где-то в ее задней части, над двигателями. Гелий, охлаясдающий реакторы, поступает затем в газовые турбины и, передав им полученную в реакторах энергию, возвращается обратно. Таким образом, он циркулирует в замкнутом контуре бесконечное количество раз, путешествуя из реакторов в турбины и обратно.

Удаленность реакторов от пассажирских помещений позволяет снабдить их сравнительно небольшой и легкой биологической защитой.

Меньше и угроза катастрофы дирижабля, — если откажут двигатели, падение ему не грозит.

Мы могли бы долго перебираться с одного этажа этого гигантского корабля на другой, осматривая каюты-люкс, рестораны, солярии, кинозалы, теннисные корты…

Удобств здесь значительно больше, чем на знаменитых океанских лайнерах. А стоимость полета на таком дирижабле, скорость которого будет не меньше 250 километров в час, гораздо ниже, чем на лайнере.

Кто знает, может быть, читателям этой книги и удастся совершить межконтинентальный полет на атомном дирижабле…

Кстати сказать, атомные дирижабли могли бы с большим успехом применяться не только в пассажирском, но и грузовом авиасообщении. Это был бы очень дешевый и быстрый способ перевозки самых различных грузов. Но особенно ценной помощь дирижаблей может быть в тех случаях, когда приходится перевозить так называемые негабаритные грузы, то есть грузы очень больших размеров. Их перевозка иногда превращается в сложнейшую инженерную проблему.

Вот, например, одна из таких проблем, с которой встретились строительные организации у нас в стране . Как перевезти на заводскую площадку огромные цементные печи? Размеры этих печей таковы, что ни один вид транспорта с их перевозкой справиться не может. Приходится идти, по существу, на варварское средство: резать эти печи на части и затем сваривать их снова уже на цементном заводе. Да и «куски», на которые режут печь, оказываются все равно столь громоздкими, что для их перевозки по железной дороге приходится приостанавливать встречное движение поездов и снимать электрические провода на электрифицированных участках пути. А дирижабль с такой ношей, как целая цементная печь, справится шутя, под ним можно подвесить хоть весь цементный завод…

А можно подвесить, например, целый огромный участок магистрального трубопровода. Сейчас какой-нибудь газопровод сваривается из труб длиной 10–12 метров — более длинную трубу не доставишь на место. А дирижабль в состоянии перевезти трубу длиной 100–150 метров! И не просто перевезти, но и уложить ее в траншею. Так можно перевозить и длинные участки готового к укладке железнодорожного пути , и целые мосты.

Сколько других подобных грузов (вроде гигантских турбин сверхмощных сибирских гидроэлектростанций, огромных космических ракет и т. п.) мог бы без труда перевезти дирижабль! Это сэкономило бы колоссальные средства, труд и, главное, время, столь дорогое в наш век. Да, поистине, дирижабли рано списали в расход, им уготовано, судя по всему, большое место и в эпоху реактивных лайнеров и космических скоростей полета.

13* Газета «Правда», 9. X. 1962 г.

14* Газета «Комсомольская правда», 30 апреля 1964 г.

 

Глава XI. Баллистический экспресс

Из этой главы читатель узнает о сверхскоростной дальней авиации будущего и примет участие в молниеносном перелете с континента на континент на баллистическом пассажирском ракетном корабле.

И все же наиболее замечательные перспективы пассажирского авиасообщения связаны не с атомной энергией. Они определяются успехами в развитии техники, не имевшей до сих пор ничего общего с пассажирской авиацией, — техники баллистических ракет.

Баллистика — наука о движении артиллерийских снарядов, пуль, бомб. Слово «баллистика» происходит от мирного греческого ballo — бросаю, мечу. Однако очень скоро это слово наполнилось грозным боевым содержанием. Уже в древности печальную славу приобрела метательная машина — баллиста, служившая осадным орудием. Она метала камни, бревна с металлическими наконечниками и другие малоприятные «гостинцы» осажденным…

Но какой детской забавой кажется баллиста по сравнению с изобретением наших ^дней — сверхдальней, межконтинентальной баллистической ракетой! Эта ракета летит по законам баллистики, то есть как артиллерийский снаряд; она способна перелетать с континента на континент, на многие тысячи километров.

Нас уже давно перестали удивлять перелеты самолетов на столь большие расстояния. Они стали возможными в результате сочетания чудесной подъемной силы крыла самолета, несущего на себе десятки тонн груза, с замечательным двигателем, способным работать много часов подряд. Но как может совершить подобный полет ракета, если она вовсе лишена крыла, а ее двигатель, как известно, работает считанные минуты, поглощая тонны топлива?

Вот здесь-то и приходят на помощь законы баллистики в союзе с замечательными свойствами ракетного двигателя.

Бросьте сильнее камень — он залетит дальше и поднимется выше. Можно перебросить камень и с материка на материк, только для этого придется уж очень сильно его бросить. И то, что не под силу мышцам человека, совершается его разумом. С помощью ракетного двигателя на коротком взлетном участке ракета разгоняется до скорости в несколько километров в секунду. На всем остальном многотысячекилометровом пути двигатель не работает. Ракета летит по дуге гигантского эллипса, в одном из фокусов которого помещается центр земного шара. Чтобы совершить перелет на несколько тысяч километров, нужна начальная скорость в 6–7 километров в секунду. При таком разгоне ракета поднимается на тысячу километров и даже более.

Создание межконтинентальной баллистической ракеты является вершиной развития современной ракетной техники. Оно стало возможным благодаря развитию многих отраслей знания, совершивших гигантский скачок вперед, — и автоматики, и телемеханики, и радиоэлектроники, и металлургии, и техники полупроводников, и кибернетики, и многих-многих других отраслей науки и техники. Только страны с высокой культурой и передовой индустрией в состоянии создать межконтинентальную ракету.

Но какое отношение имеет все это к пассажирской авиации? Уж не собираемся ли мы, чего доброго, перебрасывать и пассажиров с континента на континент в ракетном «камне»?

А почему бы и нет? Что этому мешает?

Конечно, пассажиры — не заряд взрывчатки и даже не электронные приборы. Организация «баллистических» пассажирских сообщений связана со многими очень серьезными трудностями. Но эти трудности преодолимы, и потому в таких пассажирских сообщениях ничего принципиально невозможного нет. Их будущее зависит скорее от того, по какому пути пойдет развитие баллистических ракет.

Появление на свет дальней баллистической ракеты связано с мрачными событиями. Правда, ее первый прыжок был гораздо более скромным, чем с континента на континент. По пути к цели ей пришлось перенестись через Ла-Манш, пролетев всего около 300 километров. Однако жители британской столицы до сих пор не могут забыть грохота неожиданных взрывов, рушащихся зданий, крови и смерти, которые несли с собой фашистские «Фау-2».

Неужели баллистические ракеты не могут сослужить людям мирную службу?

Конечно, могут. И уже служат. Сотни тяжелых баллистических ракет поднимались в верхние слои атмосферы с грузом научных приборов. С помощью ракет удалось и удается получить ценнейшие сведения — ведь только одни эти ракеты и способны доставить их. Астрономия, геофизика, ядерная физика, метеорология, радиотехника, геодезия, картография, магнитология и многие другие науки шагнули далеко вперед, используя эти сведения, а в будущем шагнут еще дальше. Недаром в программу исследований Международного геофизического года были включены многочисленные запуски высотных ракет. В частности, советские ракеты поднимались в небо и у Северного, и у Южного полюсов Земли.

Но высотные ракеты — не единственный пример мирного использования баллистических ракет. Уже давно известны случаи, когда ракеты применялись для оказания помощи гибнущим кораблям или горным селениям, отрезанным от всего мира обвалами, для переброски почты в труднодоступные районы и т. д.

Но, пожалуй, особенно велика роль мощных баллистических ракет в астронавтике — эти ракеты стали истинными локомотивами космоса. С помощью баллистических ракет советские ученые запустили первые искусственные спутники Земли, положив этим начало космической эре. Искусственные спутники уже дали науке сведения неоценимого значения. Ведь как ни хороши высотные исследовательские ракеты, их полет длится считанные минуты, а на какой-нибудь нужной высоте они и вовсе бывают лишь мгновения.

Взлет пассажирской баллистической ракеты.

Баллистические ракеты вышли уже на орбиты вокруг Солнца. Первой в мире искусственной планетой стала советская космическая ракета, запущенная в январе 1959 года. Так были разорваны навсегда цепи земного тяготения, превзойдена скорость отрыва, или вторая космическая скорость, равная 11,2 километра в секунду. С помощью баллистических ракет-носителей были осуществлены исторические полеты советских «лунников», выведены на межпланетные трассы автоматические станции «Венера-1», «Марс-1», «Зонд-1».

У баллистических ракет большое будущее в космосе. С их помощью будут созданы многие новые искусственные спутники Земли — научно- исследовательские, связные, метеорологические, навигационные и другие. Без них невозможно сооружение крупных населенных искусственных спутников, целых «островов у берегов Земли», с большими коллективами ученых различных специальностей. Ракеты, с помощью которых уже совершен полет человека в космос, пока еще полет по орбите вокруг Земли, унесут и первых космонавтов на Луну и на планеты солнечной системы.

Баллистические ракеты станут основным сверхскоростным пассажирским сообщением и здесь, на Земле. Это будет, кстати сказать, не только самый скоростной, но и самый дешевый вид транспорта.

.. Оглушительный грохот наполнил ракетодром, расположенный недалеко от большого города. Но в уютных каютах межконтинентальной баллистической ракеты царила абсолютная тишина. Последний взгляд через иллюминаторы на провожающих… Впрочем, с этой высоты никого узнать не удается, хотя ночной ракетодром залит ослепительным светом.

Пилот корабля нажимает кнопку. Серебристо-синяя ракета, высотой с небольшой небоскреб, медленно и величаво отрывается от бетонного ложа и взмывает вверх. С каждым мгновением ее скорость увеличивается. Вот уже ракета на высоте нескольких километров. От нее отделяются и опускаются на парашюте стартовые ракеты твердого топлива, они помогали нашей ракете взлетать. Теперь она продолжает полет с помощью собственных жидкостных двигателей — целая батарея их установлена снизу. Тонны топлива — жидкого озона и нового высококалорийного горючего — исчезают в прожорливой глотке двигателей. Снопы пламени извергаются из их сопел.

Ракета непрерывно увеличивает скорость. Прошло несколько минут — и двигатели выключены, нужная скорость набрана. Ракета пролетает каждую секунду 6,5 километра. Сразу перестает действовать сила, вдавливавшая пассажиров в кресла, — их вес исчез. Теперь можно бы и «поплавать» в воздухе внутри кабины, но это не разрешено…

Стремительно уходит вниз Земля, ставшая огромным шаром.