Новости всё Наука - iCity.life Пермь

В свое время два ведущих авиапроизводителя в США активно занимались разработкой сверхзвуковых пассажирских самолетов. Обозреватель BBC Future рассказывает, почему американский аналог европейского Concorde так никогда и не увидел небо.

В ноябре 1962 г. правительства Великобритании и Франции объявили о заключении соглашения, вызвавшего серьезное беспокойство в американских авиастроительных кругах.

Два европейских государства обнародовали план совместной разработки нового авиалайнера, способного развивать скорость, более чем вдвое превышающую скорость звука.

Самолет, который впоследствии назвали Concorde, был призван стать самым передовым на тот момент гражданским воздушным судном в мире — демонстрацией того, что европейской авиастроительной отрасли по силам создать высокотехнологичные летательные аппараты.

Президент США Джон Кеннеди поднял брошенную британцами и французами перчатку. Америка задалась целью потягаться со Старым светом, создав собственный сверхзвуковой пассажирский лайнер.

В рамках программы, финансировавшейся из государственного бюджета, первоначально были отобраны два проекта, представленные авиастроительными гигантами Boeing и Lockheed.

Однако вскоре программа забуксовала из-за политических разногласий, протестов защитников окружающей среды и стремительно растущей стоимости работ. В результате ни один из «американских конкордов» так и не поднялся в воздух.

Сегодня, почти полвека спустя, Америку вновь охватил интерес к сверхзвуковым полетам. Не так давно преемник Lockheed — корпорация Lockheed-Martin — объявила о намерении объединить усилия с национальным космическим агентством НАСА с целью создания малошумного сверхзвукового самолета, который, возможно, когда-нибудь будет перевозить пассажиров.

Какой же урок можно извлечь из неудачи программы по разработке американского конкурента Concorde?
В 1960-х гг. Boeing и Lockheed обладали передовым опытом разработки летательных аппаратов.

Boeing к тому времени революционизировал авиаперевозки за счет создания линейки реактивных пассажирских лайнеров, надежность которых росла от модели к модели.

Lockheed, в свою очередь, мог похвастаться истребителем F-104 Starfighter — первым в мире воздушным судном, способным летать в два с лишним раза быстрее скорости звука, — и работал над созданием еще более скоростных военных самолетов.

Еще до объявления о начале работ по программе Concorde американские авиастроители всерьез рассматривали возможность создания сверхзвукового пассажирского самолета, известного как Supersonic Transport (SST).

В 1961 г. компания Douglas Aircraft представила концепцию авиалайнера, который развивал бы скорость, втрое превышающую скорость звука. Производитель был уверен не только в том, что его детище поступит в эксплуатацию к 1970 г., но и в том, что сможет продать сотни таких машин.

Но Concorde был не единственной причиной, заставившей американскую авиапромышленность вплотную заняться сверхзвуковой тематикой. По другую сторону железного занавеса советское конструкторское бюро «Туполев» разрабатывало собственный сверхзвуковой лайнер — Ту-144.

И если поражение в битве за сверхзвук от британцев и французов еще можно было стерпеть, уступать пальму первенства Советам США не собирались. Стремление к сверхзвуковому первенству приобрело для Америки почти такое же значение, как и лунная гонка.

«Тот период характеризовался огромным количеством технологических достижений в американском авиастроении, нацеленных как на удовлетворение рыночного спроса на современные воздушные суда, так и на то, чтобы обогнать Советский Союз и Европу», — говорит Питер Коэн, специалист по сверхзвуковым проектам из исследовательского центра НАСА в Лэнгли, штат Вирджиния.

Президентская администрация мотивировала Lockheed и Boeing обещанием профинансировать 75% стоимости разработки победившего в конкурсе проекта, если получившийся в результате самолет смог бы на равных конкурировать с Concorde.

Оба производителя еще с конца 1950-х гг. на собственные деньги исследовали тематику сверхзвуковых гражданских лайнеров.

Большинство концепций в рамках этих исследований представляли собой летательные аппараты с крылом дельтовидной формы, перекликаясь с аналогичными разработками советских и европейских конструкторских бюро.

По мере развития реактивной авиации традиционные конструкции летательных аппаратов, использовавшиеся десятилетиями, становились все менее пригодными для растущих скоростей: прямое крыло создавало слишком большое лобовое сопротивление и могло попросту разрушиться при использовании мощных двигателей.

В то же время дельтовидное крыло треугольной формы отличалось прочностью к высокоскоростным перегрузкам — истребители типа французского Mirage III и советского МиГ-21 уже продемонстрировали, что крыло такой конструкции позволяет достигать скорости полета в два и более раз выше скорости звука.

Lockheed с самого начала остановился на дельтовидном крыле для своего сверхзвукового лайнера, который должен был летать со скоростью 3200 км/ч и перевозить 270 пассажиров.

Проект Boeing предусматривал крейсерскую скорость в 2900 км/ч, пассажировместимость более 270 человек и дальность полета свыше 6700 км.

Boeing изначально выбрал так называемое крыло изменяемой геометрии. На взлетном и посадочном режимах крыло было прямым, за счет чего улучшалась управляемость самолетом на низких скоростях, а на крейсерском режиме оно складывалось, принимая стреловидную форму.

Эта концепция произвела на американское правительство должное впечатление — 1 января 1967 г., после продолжительной программы испытаний, проект Boeing был объявлен победителем конкурса.

Однако программу создания сверхзвукового авиалайнера, которой дали кодовое название 2707, ожидали нелегкие времена.

Кит Митчелл в 1960-х гг. занимал ведущий пост в британском Королевском авиационном научно-исследовательском институте и участвовал в разработке Concorde.

По его словам, главной проблемой Boeing было то, что от программы 2707 ожидали достижения слишком многих целей сразу, а технологии, требовавшиеся для этого, в то время находились в зачаточном состоянии.

Митчелл отмечает, что стремление разработчиков достичь крейсерской скорости, на сотни километров в час превышавшей ожидаемую скорость Concorde, наложило серьезный отпечаток на ход американской программы.

«При создании Concorde мы и так использовали тогдашние технологии по максимуму, а перед Boeing стояла задача нас переплюнуть, что оказалось слишком трудно», — вспоминает он.

Митчелл отмечает, что американским конструкторам необходимо было учитывать последствия полета на высокой крейсерской скорости для всех элементов конструкции проекта 2707. На таких скоростях внешняя обшивка планера подвергается воздействию сверхвысоких температур.

При эксплуатации Concorde обшивка лайнера в отдельных местах нагревалась до температур, существенно превышающих температуру кипения воды — так, температура внешней поверхности носового обтекателя при полете на скорости вдвое выше скорости звука достигала +127°C.

«Абсолютно все элементы конструкции — начиная с изоляционных материалов и электрической проводки до остекления иллюминаторов — необходимо было разрабатывать с учетом высоких эксплуатационных температур. Во многом эта область материаловедения оставалась на тот момент неизученной», — вспоминает Митчелл.

Как бы то ни было, Boeing нельзя было обвинить в выделении на программу недостаточных ресурсов.

«Чтобы оценить масштаб стоявшей перед Boeing задачи, необходимо учесть, что компания параллельно работала над созданием двухпалубного пассажирского гиганта 747, а узкофюзеляжный Boeing 737 только-только поступил в эксплуатацию», — говорит официальный историк корпорации Майк Ломбарди.

«Boeing в то время также активно участвовал в американской пилотируемой лунной программе и — одновременно — вел работу над рядом военных проектов, — продолжает Ломбарди. — Но проект 2707 оставался для компании приоритетным».

«Главный конструктор Boeing 747 Джо Саттер вспоминал, с каким трудом ему пришлось выбивать для своей программы инженеров — все они были брошены на разработку сверхзвукового самолета».

На кону стоял национальный престиж. Однако одной лишь политической воли оказалось недостаточно для решения масштабных конструкторских задач, стоявших перед разработчиками сверхзвукового лайнера.

К тому времени уже существовало несколько типов военных реактивных самолетов с изменяемой геометрией крыла, но все они были невелики по размерам и брали на борт максимум двух членов экипажа.

Увеличить масштаб подобной конструкции, чтобы она смогла вмещать почти 300 пассажиров, было чрезвычайно сложно.

«Проблема Boeing заключалась в том, что необходимо было что-то делать с массой самолета, которая оказалась слишком большой из-за чрезвычайно тяжелых механизмов изменения стреловидности крыла, — говорит Ломбарди. — Конструкторам пришлось полностью переработать конструкцию планера».

По словам Митчелла, даже после отказа от крыла изменяемой геометрии в пользу дельтовидной конструкции инженерам Boeing так и не удалось решить ряд проблем с массой планера — самолет получался слишком прожорливым, и запаса топлива на борту не хватило бы для беспосадочного перелета между США и Европой.

«С такой же проблемой столкнулась команда разработчиков Concorde, — вспоминает он. — Прежде чем началось серийное производство, нам пришлось много раз вносить изменения в конструкцию опытных образцов. Лишь серийные машины были способны перелететь через Атлантику».

Крыло было не единственной проблемой американского проекта. Сложности возникли и со звуковым ударом, который возникал бы при полете проекта 2707 на сверхзвуке.

«Когда стало понятно, сколько неприятностей ударная волна может доставить на земле, от идеи сверхзвуковых полетов над территорией США пришлось отказаться», — говорит Коен.

Та же самая проблема преследовала и Concorde. В ходе работы над программой производители получали заказы на десятки лайнеров, в том числе от таких американских перевозчиков, как Pan Am и TWA, но многие из этих заказов испарились, как только выяснилось, что запрет на сверхзвуковые полеты над сушей ограничит использование самолетов трансокеанскими маршрутами, пролегающими вдали от населенных территорий.

Кстати, именно поэтому лайнеры Concorde, в итоге поступившие в эксплуатацию лишь в Британии и Франции, использовались исключительно для полетов в аэропорты восточного побережья США.

«Бизнес-модель большинства авиакомпаний не позволяет им содержать в парке самолет, который можно поставить лишь на небольшое количество маршрутов», — говорит Коен.

Если уж приобретать дорогостоящий сверхзвуковой лайнер, необходимо использовать его на полную катушку, иначе инвестиции не окупятся.

В 1960-х гг., когда разрабатывался проект 2707, авиационное топливо стоило сравнительно недорого.

Однако самолет получался настолько прожорливым, что расходы на авиационный керосин перевесили бы традиционный аргумент в пользу сверхзвукового авиасообщения — дескать, существенная экономия времени в пути позволит каждому лайнеру совершать больше рейсов в год, чем воздушному судну традиционной конструкции.

«В конечном счете программу Boeing 2707 — а в последствии и Concorde — похоронил слишком высокий расход топлива», — говорит Ломбарди.

«В 1971 г. начался экономический спад, и цены на нефть стали расти. Но даже если бы проект Boeing не сошел с дистанции тогда, его уж точно убил бы нефтяной кризис 1973 г. Так что компании еще повезло, что она закрыла программу раньше».

Boeing известен своими исключительно удачными разработками, революционизировавшими авиатранспортную отрасль. И, как подчеркивает Ломбарди, даже несмотря на то, что проект 2707 в целом завершился неудачей, у него были свои плюсы.

«Проект 2707 во многом поспособствовал коммерческому успеху Boeing 747, — говорит он. — В то время многие полагали, что авиакомпании со всего мира бросятся покупать сверхзвуковые самолеты, и спроса на дозвуковые авиалайнеры большой вместимости просто не будет. Поэтому Boeing прогнозировал, что в 1970-х гг. все построенные им 747-е придется переделывать из пассажирского варианта в грузовой. В реальности же процесс конвертации этих машин начался лишь несколько лет назад».

Кроме того, наработки по программе 2707 впоследствии неоднократно применялись при создании других экспериментальных летательных аппаратов Boeing, в том числе относительно новых беспилотных машин — таких, как проект High Speed Civil Transport, над которым компания работала в 1990-х гг.

А крыло сверхкритического профиля, которое часто используется в конструкции современных самолетов для уменьшения звукового удара и лобового сопротивления, также впервые было применено в рамках проекта 2707.

Что же касается проекта Lockheed L-2000, то он в каком-то смысле возродится благодаря сотрудничеству Lockheed Martin с НАСА по разработке экспериментального летного демонстратора, который будет применяться для испытаний будущих концепций сверхзвуковых самолетов.

Возможно, когда-нибудь сверхзвуковой авиалайнер американского производства все-таки поднимется в воздух — и на этот раз ему не придется тягаться с иностранными конкурентами.