Повернення надзвуку. Коли можна буде долетіти з Києва до Нью-Йорка за дві години
Уже виросло покоління людей, які не знають, що таке надзвукові літаки. Але пройде ще років п'ять, і завдяки новим технологіям цей вид авіатранспорту знову стане доступний бажаючим швидше добратися в інший кінець світу
Надзвук без звукового удару
Останній надзвуковий пасажирський літак " Конкорд" був виведений з експлуатації в 2003 р. Це стало кінцем надзвукових пасажирських авіалайнерів у тому вигляді, в якому вони існували. На те було багато причин, серед найбільш істотних - звуковий удар, висока витрата палива і складність експлуатації.
З тиго часу американські авіабудівні компанії намагаються врахувати помилки інженерів минулих років і створити надзвукові пасажирські літаки, позбавлені недоліків прабатьків. Серед компаній, працюючих у цьому напрямку, - Aerion Supersonic зі штату Невада. Вже в 2026 р. вона має намір запустити в комерційне виробництво надзвуковий бізнес-джет AS2. Передбачається, що він здійснить перший політ у 2024 р.
AS2 розрахований на вісім-десять пасажирів і зможе літати зі швидкістю 1,4 Маха (нагадаємо, що 1 Мах - це швидкість звуку, вона залежить від температури і тиску повітря, але зазвичай перевищує 1000 км/год ). Літак буде оснащений трьома турбореактивними двигунами Affinity. Цей двигун розробляється американською компанією GE Aviation зі штату Огайо - "дочкою" General Electric.
Як повідомило днями видання Flightglobal, вже наприкінці 2020 р. GE Aviation планує провести серію випробувань двигуна для перевірки його працездатності і продуктивності. Розробники не розкривають подробиць про Affinity, відзначаючи лише, що новий двигун заснований на технологіях, що використовуються в уже існуючому сімействі авіаційних двигунів GE.
GE Aviation підкреслює, що вона надає програмі Affinity дуже велике значення. За словами компанії, вона вже має "сотні інженерів", що працюють над цим проєктом, і їх кількість до кінця року може потроїтися. GE Aviation розглядає створюваний зараз Affinity як перший член нового сімейства двигунів для надзвукової авіації. "Майбутні розробки двигунів Affinity можуть привести в дію майбутні покоління надзвукових літаків Aerion, включаючи більш великі комерційні застосування", - стверджує GE Aviation.
За словами представників компанії, Affinity зможе працювати на висоті до 18,3 км і буде відповідати суворим правилам з авіаційного шуму. GE Aviation акцентує увагу на багатофункціональності програми: розробка Affinity ведеться для підвищення ефективності як на надзвукових швидкостях, так і на дозвукових. Останнє вкрай важливо у зв'язку з давнім обмеженням на надзвуковий політ над американською сушею.
Зазначимо, втім, що зараз Федеральне управління цивільної авіації США створює нові правила для надзвукових польотів, заявляючи, що технології пом'якшення звукового удару можуть дозволити зняти обмеження в майбутньому. Aerion якраз і використовує такі технології, обіцяючи навіть, що політ на AS2 - це буде "круїз без звукового удару". "В даний час Aerion працює з сертифікуючими органами над затвердженням цієї неперевершеної круїзної здібності", - стверджує компанія.
Судячи з усього, польоти на AS2 будуть дуже дорогими. Але Aerion впевнена, що бізнес-джет не буде відчувати дефіциту пасажирів. Бо AS2 обіцяє скоротити час польоту зі США в Європу майже в півтора раза. Наприклад, з Нью-Йорка в Лондон можна буде долетіти за 4 год 4 хв - це на 1 год 55 хв менше, ніж на звичайних літаках.
З Нью-Йорка до Лондона за півтори години
Ще більш різко, в чотири рази, обіцяє скоротити час польоту зі США в Європу компанія Hermeus зі штату Джорджія. У травні минулого року вона представила концепт найшвидшого пасажирського літака в історії. Він повинен розвивати швидкість близько 5300 км/год, тобто приблизно 5 Махів. Це дозволить дістатися з Нью-Йорка до Лондона за півтори години.
Зараз це всього лише сміливий концепт. Втім, Hermeus оголосила про успішне залучення первісної суми, необхідної для продовження робіт у рамках проєкту. Фінансування дозволить компанії розробити демонстратор силової установки та інші технології, необхідні для перетворення літака в реальність.
Поки що детальні характеристики виробу невідомі. У будь-якому разі вигляд літака і його льотно-технічні дані можуть змінюватися в ході робіт. Але компанія вже встигла підрахувати, що цей літак забезпечить таку глобальну економію часу, завдяки якій буде досягнуто "збільшення світових ресурсів на трильйони доларів".
Звичайно, можна сумніватися в реалістичності цих планів. Тому коротенько скажемо про засновників Hermeus. Це чотири професіонали у сфері надзвукових технологій, які працювали разом в компанії Generation Orbit у тому ж штаті Джорджія: один із них обіймав пост генерального директора, а решта троє виконували функції технічних директорів. У цій компанії вони керували розробкою Х-60А - гіперзвукової ракети для американських ВПС. Також у них є досвід роботи в космічних компаніях SpaceX і Blue Origin. До ради консультантів Hermeus увійшли колишній президент Blue Origin Роб Мейєрсон та інші професіонали з аерокосмічної галузі цивільної авіації та сфери регулювання.
Hermeus уточнює, що 5300 км/год - крейсерська швидкість розроблюваного літака, а по максимуму він буде здатний вичавити 7400 км/год, тобто 7 Махів. Напрошуються припущення, що це буде, по суті, ракета, так-сяк пристосована для перевезення людей замість бомб. Втім, компанія обіцяє далекі перельоти бізнес-класу з підвищеною безпекою і запевняє, що конструкція літака дозволить йому працювати з мінімальними змінами в існуючій авіаційній інфраструктурі. Простіше кажучи, спеціальні ракетодромы для авіатранспорту Hermeus не знадобляться.
Демонстратор Lockheed Martin
Свій проєкт зі створення надзвукових малошумних пасажирських лайнерів має NASA - Національна аерокосмічна адміністрація США. В рамках цього проєкту корпорація Lockheed Martin зі штату Мериленд з 2015 р. розробляє експериментальний реактивний літак X-59 QueSST. Апарат літатиме зі швидкістю до 1500 км/год на висоті до 16,8 км
В кінці минулого року NASA після ретельної перевірки дала добро на будівництво першого тестового екземпляра. Передбачається, що льотні випробування літака стартують у 2021 р.
Уточнимо, що це ще не повноцінний пасажирський літак, а демонстратор - експериментальний літальний апарат, призначений для відпрацювання і тестування технології пом'якшення звукового удару. X-59 завдяки своїм особливим аеродинамічним властивостям повинен під час польоту на надзвукових швидкостях бути настільки тихим, щоб сприйманий рівень шуму від нього на землі не перевищував 75 дБ (по гучності це приблизно відповідає звуку від закриття автомобільних дверей). Щоб переконатися в цьому на практиці, NASA збирається у 2023 р. провести надзвукові випробувальні польоти X-59 над населеними пунктами, які добровільно погодилися взяти участь у цьому експерименті. Завданням їх жителів стане суб'єктивна оцінка гучності прольоту демонстратора.
Як працює нова технологія
Звичайно, у кожної компанії свої секрети. Але все ж є загальний напрям технологічного пошуку: боротьба з ударними хвилями.
Під час польоту на надзвуковій швидкості літак створює в повітрі безліч ударних хвиль, найбільш значущі з яких виникають в носовій частині і в зоні хвостового оперення. Ударна хвиля — це область, в якій тиск, щільність і температура повітря відчувають різкий і сильний стрибок. Спостерігачами на землі такі хвилі сприймаються як гучний звук або навіть вибух. Саме на цій підставі Міжнародна організація цивільної авіації у 2006 і 2008 рр. прийняла нові стандарти авіаційного шуму, які заборонили будь-які надзвукові польоти над населеними ділянками суші в мирний час.
Тепер ми наведемо кілька цікавих технічних подробиць, які будуть зрозумілі та цікаві навіть чайникам. Усі бачили літери N і S. Вони схожі тим, що обидві дуже зігнуті. Але вигини літери N мають гострі кути, тоді як вигини літери S округлі. Можна здогадатися (не обовʼязково перевіряти на сусідові), що удар буквою N сприймається набагато болючіше, ніж удар буквою S.
Ефект вибуху або дуже гучного удару виробляють ударні хвилі N-типу. Вони названі так саме тому, що для них характерне різке підвищення тиску на фронті хвилі з різким падінням тиску за фронтом. Під час лабораторних експериментів було з'ясовано, що зміна форми літака може згладжувати піки на графіку ударної хвилі, перетворюючи її в хвилю S-типу. Така хвиля має плавний і не такий значний, як у N-хвилі, перепад тиску. Залишається побудувати літак, який створював би тільки м'які плюшеві S-хвилі, але не гострі колючі хвилі N-типу.
Для зняття обмеження на надзвукові польоти над населеною частиною суші розробникам доведеться провести безліч випробувань і представити їх результати на розгляд авіаційних властей, включаючи Федеральне управління цивільної авіації США і Європейське агентство з безпеки польотів. За найбільш оптимістичними оцінками, авіаційні правила будуть переглянуті в 2025 р.
Утім, навряд чи варто очікувати, що надзвукові пасажирські літаки будуть побудовані і введені в експлуатацію раніше цього терміну. Якщо ж вони поспішать з'явитися на світ (або перегляд авіаправил запізниться), то перший час їм доведеться переходити на надзвуковий режим тільки над водою, а при підльоті до населеної суші - повертатися до дозвуковому режиму.
Гібридне, але дешеве рішення
Зазначимо, що не всі поділяють оптимізм як щодо швидкого перегляду авіаправил, так і щодо швидкої перемоги над ударними хвилями. Тому є й інший погляд на перспективи надзвукової авіації. Його прихильники вважають, що розробити "тихий" надзвуковий літак, який відповідає по гучності дозвуковим лайнерам, найближчим часом не вдасться, а значить, потрібно знайти гібридне рішення - побудувати літак, який переходитиме на надзвук там, де це дозволено. Такий підхід має сенс, зрозуміло, для трансокеанських польотів, де маршрут пролягає здебільшого над водною гладдю.
Можливо, саме такий літак і стане першою ластівкою, яка сповістить повернення епохи надзвуку. Йдеться про пасажирський авіалайнер Overture, який розробляє компанія Boom Technology зі штату Колорадо. Overture літатиме над населеною сушею на дозвуковій швидкості і переходитиме нанадзвук над океаном. При цьому його швидкість в надзвуковому режимі буде досягати 2,2 Маха, тому економія часу буде дуже суттєвою.
І це буде не бізнес-джет, а повномасштабний лайнер місткістю 55-75 пасажирів. У компанії обіцяють, що вартість перельоту за маршрутом Нью-Йорк - Лондон буде такою ж, скільки сьогодні коштує переліт по маршруту в бізнес-класі звичайного дозвукового лайнера. Перший політ Overture планується на 2025 р.
Це важливий етап складання апарата, що наближає момент його викочування і першого польоту. Перед процедурою стикування компанія провела випробування крила, які підтвердили його характеристики. Льотні випробування XB-1 можуть початися до кінця 2020 р.
З Нью-Йорка в Лондон через космос
Можливий ще й третій підхід. Чому б не розігнатися над океаном не просто до надзвукових, а майже до космічних швидкостей? Тут, звичайно, відразу ж пригадується компанія Virgin Galactic зі штату Нью-Мексико, знаменита своїми планами розвитку суборбітальних польотів для космічного туризму.
Виявляється, ці плани викликали інтерес у NASA. У травні Virgin Galactic і її дочірній підрозділ Spaceship Company оголосили про підписання з NASA угоди про сприяння розвитку високошвидкісних технологій. Поки що сторони не говорять про деталі співпраці, проте повідомляють, що його кінцева мета - розробка надзвукових літаків для цивільного застосування.
Virgin Galactic підкреслює, що вона разом зі своїми індустріальними партнерами "прагне розробити транспортний засіб для наступного покоління безпечних і ефективних високошвидкісних авіаперевезень з акцентом на якість обслуговування клієнтів та екологічну відповідальність". Генеральний директор Virgin Galactic Holdings Джордж Уайтсайдс анонсував "нові технічні кроки, які підвищать конкурентоспроможність США. Ми розглядаємо це як сферу з величезним потенціалом зростання, в яку будемо продовжувати інвестувати, нарівні з нашими комерційними космічними польотами". Представник NASA Джеймс Кеньон підтвердив, що угода націлене на "потенційні нові рішення для комерційної авіаційної промисловості".
Підсумовуючи, можемо стверджувати, що в розробку надзвукових пасажирських літаків в останні роки хлинув потік інвестицій, причому в різні конкуруючі підходи. І це дозволяє очікувати, що вже років через п'ять настане відродження комерційної надзвуковий цивільної авіації.
Однак відповідь на питання, коли можна буде долетіти з Києва до Нью-Йорка за дві години, залежить не тільки від нових технологій в авіабудуванні, але й від динаміки наших відносин зі США. Наприклад, чомусь здається, що Варшава буде для американських надзвукових компаній більш цікавим пунктом, ніж Київ, з точки зору очікуваного пасажиропотоку. Просто тому, що поляки можуть літати в США по безвізу, а ми - ні, і невідомо, коли зможемо.