Облететь Землю за пару часов. Это не миф, это реальность, если быть пассажиром супербыстрого самолета.
Boeing X-43
Гиперзвуковой самолет Х-43А – это самый быстрый самолет в мире. Беспилотник во время тестирования показал фантастические результаты, он летел со скоростью 11230 километров в час. Это примерно в 9,6 раз больше, чем скорость звука.Проектировали и создавали машину X-43A специалисты NASA, Orbital Sciences Corporation и MicroCraft Inc. Чтобы рекордсмен появился на свет понадобилось около десяти лет исследований в сфере сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей, которые способны разгонять самолеты до сверхзвуковых скоростей. На проект понадобилось четверть миллиарда долларов.
Быстрейший самолет на планете не отличается большими размерами. Размах его крыльев всего полтора метра, длина же всего 3,6 метра. На самом быстром самолете установили экспериментальный прямоточный двигатель сверхзвукового горения Supersonic Combustion Ramjet (SCRamjet). И главная его особенность в том, что нет трущихся деталей. Ну а топливо, на котором летает рекордсмен – это смесь кислорода и водорода. Создатели не стали отводить место под специальные баки для кислорода, он забирается прямо из атмосферы. Это позволило уменьшить массу самолета. В итоге, в результате использования кислорода с водородом двигатель выделяет обычный водяной пар.
Самый быстрый самолет в мире Boeing X-43 летает со скоростью 11 230 км/ч
Стоит отметить, что самый быстрый самолет в мире разрабатывался специально для испытаний новейшей технологии, а именно гиперзвуковую альтернативу современным турбореактивным двигателям. Ученые полагают, что гиперзвуковые самолеты смогут долететь до любой точки Земли всего за 3-4 часа.
Orbital Sciences Corporation Х-34
Х-34 тоже является самым быстрым самолетом. Причем, он может развивать еще большую скорость, чем предыдущий, а именно 12144 километров в час. Впрочем, в списке быстрейших он все-таки на втором месте. Все потому, что на экспериментах он смог развить скорость меньше 11230 километров в час. Ускорение самолет получает с помощью твердотопливной ракеты «Пегас» (Pegasus), которая прикреплена к воздушному судну.Впервые испытали этот быстрейший самолет в мире весной 2001 года. И на то, чтобы создать и протестировать двигатель аппарата Hyper-X ушло 7 лет и 250 миллионов долларов. Испытания Х-34 закончились успехом лишь весной 2004 года. Тогда во время запуска над Тихим океаном около острова Святого Николая машина разогналась до 11 тысяч километров в час. Этот самолет больше, чем рекордсмен. Длина самолета 17,78 метров, размах крыльев 8,85 метров, высота уже 3,5 метров. Воздушное судно хоть и быстро летает, но масса у него внушительная 1270 килограммов. Максимум, на какую высоту он может подняться – 75 километров.
North American X-15
Х-15 – это уже экспериментальный американский самолет-ракетоплан, он оснащен ракетными двигателями. Х-15 первый и в течение сорока лет единственный за всю историю пилотируемый гиперзвуковой самолет, который совершил суборбитальные космические полеты с пилотами. У этого летательного аппарата основная задача – изучать условия полета на гиперзвуковых скоростях, а так же исследовать условия входа в атмосферу крылатых аппаратов. Он предназначен для оценки новых конструкторских решений, покрытий, а также психофизических аспектов управления в условиях верхних слоев атмосферы. Концепцию проекта утвердили в 1954 году. И в полете был зафиксирован неофициальный рекорд высоты, который держался с 1963 года и до 2004 года. Этот самолет способен лететь со скоростью 7274 километров в час.Впрочем, несмотря на впечатляющую скорость, весит самолет весьма прилично – более 15 тысяч килограммов. Но это с учетом массы топлива. При посадке летательный аппарат весит в два раза меньше. Высота, на которую может подняться Х-15 – почти 110 километров. Ну а дальность полета составляет 543,4 километра.
SR-71 («Blackbird»)
SR-71 – это стратегический сверхзвуковой разведчик военно-воздушных сил США. И это самый быстрый самолет, к тому же самый высоколетящий серийный. Таковым он остается на протяжении последних 25 лет. У него довольно компактные размеры: длина 32,76 метров, высота 5,64 метра, а размах крыльев 16,95 метров. При таких данных впечатляет масса самолета, при взлете она составляет более 77 тысяч килограммов, правда, пустое воздушное судно весит около 27 тысяч килограммов. Ну а максимальная скорость, с которой способен летать SR-71 – 3715 километров в час.Миг-25 («Летучая мышь»)
А вот это самый быстрый на планете реактивный военный самолет. Именно на нем было установлено ровно 29 мировых рекордов. Разработано и построено две разновидности этого летательного аппарата: перехватчик и разведчик. Длина самолета составляет 23,82 метра, высота почти 6 метров, размах крыльев 13,95 у разведчика и 14,015 у перехватчика. Максимальная взлетная масса самолета 41200 килограммов, а при посадке она равняется 18800 килограммов. Летает Миг-25 со скоростью 3395 километров в час.Истребитель-перехватчик МИГ-25 - самый быстрый самолет в России
МиГ-31
Это двухместный сверхзвуковой истребитель-перехватчик, которые предназначен для полетов в любую погоду и является самолетом дальнего радиуса действия. МиГ-31 является первым советский боевым самолетом 4-го поколения. Он необходим для перехвата и уничтожения целей в воздухе на больших, средних, малых и предельно малых высотах, ночью и днем, в разных метеоусловиях, при активных и пассивных радиолокационных помехах у противника, даже ложных тепловых целях. Четыре самолета МиГ-31 могут контролировать воздушное пространство в 800-900 километров. Один самолет имеет длину 21,62 метра, высоту 6,5 метров и размах крыльев 13,45 метров. Летает машина со скоростью 3 тысячи километров в час.Макдоннел-Дуглас F-15 («Игл»)
А это всепогодный американский тактический истребитель 4-го поколения. Он способен завоевывать превосходство в воздухе. На вооружение «Игл» приняли в 1976 году. Всего существует 22 модификации самолета. F-15 применялись в Персидском заливе, Югославии и на Ближнем Востоке. Истребитель развивает максимальную скорость в 2650 километров в час.Дженерал Дайнемикс F-111 («Aardvark» или «Pig»)
F-111 – двухместный тактический бомбардировщик. В 1996 году его вывели из боевого состава военно-воздушных сил США. Скорость его передвижения составляет 2645 километров в час.Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен
Беспилотный самолет X-43A, который во время тестирований показал просто фантастическую скорость - 11230 км/ч, что в 9,6 раз больше скорости звука на сегодняшний день является самым быстрым самолетом в мире. Над проектированием и созданием X-43A работали конструкторы и инженеры NASA, Orbital Sciences Corporation, MicroCraft Inc, и другие. Работы по созданию самолета продолжались более 10 лет и включали в себя исследования в области сверхзвуковых воздушно-реактивных прямоточных двигателей, способных придавать ускорение самолету до гиперзвуковых скоростей. Стоимость работ оценивается в $250 миллионов.
Целью разработки самого скоростного самолета в мире является проведение испытаний новейшей технологии, представляющая собой гиперзвуковую альтернативу нынешним турбореактивным двигателям. Как утверждают ученые, в будущем, созданные на основе технологии гиперзвуковые самолеты смогут достигнуть любой точки планеты всего за 3-4 часа.
После отмены в ноябре 1984 года программы NASP, которая была направлена на создание трансатмосферного аппарата X-30, был поднят вопрос о продолжении исследований гиперзвуковых скоростей. Новая программа Hyper-X предусматривала развитие технологии NASP, продемонстрировав на практике работу гиперзвукового воздушно-реактивного прямоточного двигателя (ГПВРД).
Изначально было запланировано, что X-43A должен превзойти ракетоплан X-15, который в 1967 году развил скорость М=6,7, не только по скоростным характеристикам. Основное преимущество ГПВРД перед привычными ЖРД – использование как окислителя атмосферного воздуха, это позволяет значительно поднять время работы двигателя. X-43 - это беспилотный самолет длинна, которого 3,66 метра и вес около 1270 килограмм. В качестве ускорителя применяется твердотопливная ракета Pegasus, которая стартует с NB-52B. Программой испытаний запланировано выполнить 2 полета со скоростью М=7, а третий со скоростью М=10.
Первый пуск опытного X-43A состоялся в намеченный срок - 2 июня 2001 года, однако специалисты NASA были вынуждены были уничтожить X-43A, а так же ракету после того, как они вышли из-под контроля. Камеры наблюдения, установленные на борту двух сопровождающих истребителей F-18, зафиксировали проблемы в системе наведения ракеты Pegasus сразу через несколько секунд после ее запуска из B-52. После обнаружения проблем ракета, а вместе с ней и опытный образец X-43A были уничтожены. Образовавшиеся обломки рухнули в Тихий океан.
Первые успешные испытания X-43A были осуществлены 27 марта 2004 г. Удалось достичь максимальной скорости в М=7. 15 ноября 2004 г. X-43A установил новый мировой рекорд скорости для воздушных аппаратов подобного класса, пролетев 800 километров над территорией острова Святого Николая расположенного в Тихом океане со скоростью М=10 (это 11000 км/ч).
Hiper-X должен послужить основой для создания гиперзвуковых агрегатов различного предназначения - от боевых ударных самолетов до аэрокосмических комплексов выведения на космическую орбиту. К 2016 году возможно создание первого гиперзвукового ударно-разведывательного самолета. К 2030-2040 годам Boeing планирует создать пассажирский гиперзвуковой лайнер. Пассажирский «Хайпер-Икс» предположительно будет в два раза меньше современного аэробуса и у него будут отсутствовать иллюминаторы. Чтобы защитить пассажиров от значительных перегрузок, для них сделают особый салон с искусственно сотворенным высоким давлением.
Описание X-43A
Разработчик - MicroCraft Inc.
Тип - Экспериментальный ГЛА
Геометрические и массовые характеристики:
Размах крыла – 1500 мм.
Длина самолета – 366 мм.
Высота – 60 мм.
Стартовый вес – 1270 кг.
Силовая установка:
Двигатель – ГПВРД.
Число двигателей – 1.
Расчетные летные характеристики:
Максимальная скорость на высоте, (М=) - 7700-11000 (7-10) км/ч.
Потолок полета – 30 км.
Обычный пассажирский самолет летает со скоростью порядка 900 км/час. Реактивный военный истребитель может развивать примерно втрое большую скорость. Однако современные инженеры из РФ и других стран мира активно разрабатывают еще более скоростные машины — гиперзвуковые самолеты. В чем специфика соответствующих концепций?
Критерии гиперзвукового самолета
Что такое гиперзвуковой самолет? Под таковым принято понимать аппарат, способный летать со скоростью, многократно превышающий таковую для звука. Подходы исследователей к определению конкретного ее показателя разнятся. Распространена методология, по которой самолет следует считать гиперзвуковым, если он кратно превышает скоростные показатели самых быстрых современных сверхзвуковых аппаратов. Которые составляют порядка 3-4 тыс. км/ч. То есть гиперзвуковой самолет, если придерживаться данной методологии, должен развивать скорость от 6 тыс. км/ч.
Беспилотные и управляемые аппараты
Подходы исследователей могут разниться также в аспекте определения критериев отнесения того или иного аппарата к самолетам. Есть версия, что к таковым правомерно относить только те машины, которые управляются человеком. Есть точка зрения, по которой самолетом также можно считать и беспилотный аппарат. Поэтому некоторые аналитики классифицируют машины рассматриваемого типа на те, что подлежат управлению человеком, и те, которые функционируют автономно. Подобное деление может быть оправдано, поскольку беспилотные аппараты могут обладать намного более внушительными техническими характеристиками, например, в части перегрузок и скорости.
Вместе с тем многие исследователи рассматривают гиперзвуковые самолеты как единую концепцию, для которой ключевой показатель — скорость. Неважно, сидит ли за штурвалом аппарата человек либо машина управляется роботом — главное, чтобы самолет был в достаточной мере быстрым.
Взлет — самостоятельный или с посторонней помощью?
Распространена классификация гиперзвуковых летательных аппаратов, в основе которой — отнесение их к категории тех, что способны взлетать самостоятельно, либо тех, которые предполагают размещение на более мощном носителе — ракете либо грузовом самолете. Есть точка зрения, по которой к аппаратам рассматриваемого типа правомерно относить главным образом те, что способны взлетать самостоятельно либо при минимальном задействовании иных типов техники. Однако те исследователи, которые считают, что основной критерий, характеризующий гиперзвуковой самолет, — скорость, должен быть первостепенным при любой классификации. Будь то отнесение аппарата к беспилотным, управляемым, способным взлетать самостоятельно либо с помощью других машин — если соответствующий показатель достигает указанных выше значений, то значит, речь идет о гиперзвуковом самолете.
Основные проблемы гиперзвуковых решений
Концепциям гиперзвуковых решений — много десятилетий. На протяжении всех лет разработки соответствующего типа аппаратов мировые инженеры решают ряд существенных проблем, объективно мешающих поставить выпуск «гиперзвука» на поток — подобно организации производства турбовинтовых самолетов.
Основная сложность в конструировании гиперзвуковых самолетов — создание двигателя, способного быть в достаточной мере энергоэффективным. Другая проблема — выстраивание необходимой аппарата. Дело в том, что скорость гиперзвукового самолета в тех значениях, что мы рассмотрели выше, предполагает сильный нагрев корпуса за счет трения об атмосферу.
Сегодня мы рассмотрим несколько образцов удачных прототипов летательных аппаратов соответствующего типа, разработчики которых смогли значительно продвинуться вперед в части успешного решения отмеченных проблем. Изучим теперь наиболее известные мировые разработки в части создания гиперзвуковых летательных аппаратов рассматриваемого типа.
от Boeing
Самый быстрый гиперзвуковой самолет в мире, как считают некоторые эксперты, это американский Boeing X-43A. Так, в ходе тестирования данного аппарата было зафиксировано, что он достигал скорости, превышающей 11 тыс. км/час. То есть примерно в 9,6 раза быстрее
Чем особенно примечателен гиперзвуковой самолет X-43A? Характеристики данного летательного аппарата таковы:
Предельная скорость, зафиксированная на тестах, - 11 230 км/час;
Размах крыльев - 1,5 м;
Длина корпуса - 3,6 м;
Двигатель - прямоточный, Supersonic Combustion Ramjet;
Топливо - атмосферный кислород, водород.
Можно отметить, что рассматриваемый аппарат относится к самым экологичным. Дело в том, что используемое топливо практически не предполагает выделения вредных продуктов горения.
Гиперзвуковой самолет X-43A был разработан совместными усилиями инженеров NASA, а также компаний Orbical Science Corporation и Minocraft. создавался порядка 10 лет. В его разработку было вложено около 250 млн. долларов. Концептуальная новизна рассматриваемого самолета в том, что он был задуман с целью испытания новейшей технологии обеспечения работы двигательной тяги.
Разработка от Orbital Science
Компания Orbital Science, которая, как мы отметили выше, приняла участие в создании аппарата X-43A, успела также создать свой гиперзвуковой самолет — X-34.
Его предельная скорость — более 12 тыс. км/ч. Правда, в ходе практических тестов она не была достигнута — более того, не удалось достичь показателя, который показан самолетом X43-A. Рассматриваемый летательный аппарат ускоряется при задействовании ракеты «Пегас», функционирующей на твердом топливе. Машина X-34 была впервые испытана в 2001 году. Рассматриваемый самолет ощутимо больше аппарата от Boeing — его длина составляет 17,78 м, размах крыльев — 8,85 м. Максимальная высота полета гиперзвуковой машины от Orbical Science — 75 километров.
Летательный аппарат от North American
Еще один известный гиперзвуковой самолет — X-15, выпущенный компанией North American. Данный аппарат аналитики относят к экспериментальным.
Он оснащен что дает повод некоторым экспертам не относить его, собственно, к классу самолетов. Однако наличие ракетных двигателей позволяет аппарату, в частности, совершать Так, во время одного из испытаний в таком режиме он был протестирован пилотами. Предназначение аппарата X-15 — исследование специфики гиперзвуковых полетов, оценка тех или иных конструкторских решений, новых материалов, особенностей управления подобными машинами в различных слоях атмосферы. Примечательно, что была утверждена еще в 1954 году. Летает X-15 со скоростью более 7 тыс. км/час. Дальность его полета — более 500 км, высота превышает 100 км.
Самые быстрые серийные самолеты
Изученные нами выше гиперзвуковые аппараты фактически относятся к категории исследовательских. Полезно будет рассмотреть некоторые серийные образцы самолетов, приближенных по характеристикам к гиперзвуковым или являющихся (по той или иной методологии) ими.
В числе подобных машин — американская разработка SR-71. Данный самолет некоторые исследователи не склонны относить к гиперзвуковым, поскольку его предельна скорость составляет порядка 3,7 тыс. км/час. В числе наиболее примечательных его характеристик — взлетная масса, которая превышает 77 тонн. Длина аппарата — более 23 м, размах крыльев — более 13 м.
Одним из самых быстрых военных самолетов считается российский МиГ-25. Аппарат может развивать скорость более 3,3 тыс. км/ч. Максимальный взлетный вес российского самолета — 41 тонна.
Таким образом, на рынке серийных решений, приближенных по характеристикам к гиперзвуковым, РФ — в числе лидеров. Но что можно сказать о российских разработках в части «классических» гиперзвуковых самолетов? Способны ли инженеры из РФ создать решение, конкурентное машинам от Boeing и Orbital Scence?
Российские гиперзвуковые аппараты
В данный момент российский гиперзвуковой самолет находится в стадии разработки. Но идет она достаточно активно. Речь идет о самолете Ю-71. Его первые испытания, судя по сообщениям в СМИ, были проведены в феврале 2015 года под Оренбургом.
Предполагается, что самолет будет использоваться в военных целях. Так, гиперзвуковой аппарат сможет при необходимости осуществлять доставку поражающих средств на значительные расстояния, вести мониторинг территории, а также задействоваться как элемент штурмовой авиации. Некоторые исследователи полагают, что в 2020-2025 гг. в РВСН поступит порядка 20 самолетов соответствующего типа.
В СМИ есть сведения о том, что рассматриваемый гиперзвуковой самолет России будет размещаться на баллистической ракете «Сармат», которая также находится на стадии проектирования. Некоторые аналитики считают, что разрабатываемый гиперзвуковой аппарат Ю-71 — это не что иное, как боеголовка, которая должна будет отделяться от баллистической ракеты на конечном участке полета, чтобы затем, благодаря высокой, характерной для самолета маневренности, преодолевать системы ПРО.
Проект «Аякс»
В числе наиболее примечательных проектов, связанных с разработкой гиперзвуковых самолетов, — «Аякс». Изучим его подробнее. Гиперзвуковой самолет «Аякс» — концептуальная разработка советских инженеров. В научной среде разговоры о ней начались еще в 80-е годы. В числе наиболее примечательных характеристик — наличие системы тепловой защиты, которая призвана защищать корпус от перегрева. Таким образом, разработчики аппарата «Аякс» предложили решение одной из «гиперзвуковых» проблем, обозначенных нами выше.
Традиционная схема тепловой защиты летательных машин предполагает размещение на корпусе особых материалов. Разработчики «Аякса» предложили иную концепцию, по которой предполагалось не защищать аппарат от внешнего нагрева, а впускать тепло внутрь машины, одновременно увеличивая ее энергоресурс. Основным конкурентом советского аппарат считался гиперзвуковой самолет «Аврора», создаваемый в США. Однако в связи с тем, что конструкторы из СССР существенно расширили возможности концепции, на новую разработку был возложен самый широкий круг задач, в частности, исследовательских. Можно сказать, что «Аякс» — гиперзвуковой многоцелевой самолет.
Рассмотрим более подробно технологические новшества, предложенные инженерами из СССР.
Итак, советские разработчики «Аякса» предложили использовать тепло, возникающее как результат трения корпуса самолета об атмосферу, преобразовывать в полезную энергию. Технически это могло быть реализовано посредством размещения на аппарате дополнительных оболочек. В результате формировалось что-то вроде второго корпуса. Его полость предполагалось заполнить неким катализатором, например, смесью горючего материала и воды. Теплоизолирующий слой, изготовленный из твердого материала, в «Аяксе» предполагалось заменить на жидкостный, который, с одной стороны, должен был защищать двигатель, с другой — способствовал бы каталитической реакции, которая, между тем, могла сопровождаться эндотермическим эффектом — перемещением тепла с наружной части корпуса внутрь. Теоретически охлаждение внешних частей аппараты могло быть каким угодно. Избыточное тепло, в свою очередь, предполагалось задействовать с целью повышения эффективности работы двигателя самолета. При этом данная технология позволяла бы генерировать вследствие реакции топлива и виды свободный водород.
В данный момент доступные широкой публике сведения о продолжении разработки «Аякса» отсутствуют, однако исследователи считают весьма перспективным внедрение советских концепций в практику.
Китайские гиперзвуковые аппараты
Конкурентом России и США на рынке гиперзвуковых решений становится Китай. В числе самых известных разработок инженеров из КНР — летательный аппарат WU-14. Он представляет собой гиперзвуковой управляемый планер, размещаемый на баллистической ракете.
МБР запускает летательный аппарат в космос, откуда машина резко пикирует вниз, развивая гиперзвуковую скорость. Китайский аппарат может монтироваться на разных МБР, обладающих дальностью от 2 до 12 тыс. км. Установлено, что в ходе тестов аппарат WU-14 смог развить скорость, превышающую 12 тыс. км/ч, превратившись, таким образом, в самый быстрый гиперзвуковой самолет по версии некоторых аналитиков.
Вместе с тем многие исследователи считают, что китайскую разработку не вполне правомерно относить к классу самолетов. Так, распространена версия, по которой аппарат следует классифицировать именно как боеголовку. Причем весьма эффективную. При полете вниз с отмеченной скоростью даже самые современные системы ПРО не смогут гарантировать перехвата соответствующей цели.
Можно отметить, что разработками гиперзвуковых аппаратов, задействуемых в военных целях, занимаются также Россия и США. При этом российская концепция, по которой предполагается создавать машины соответствующего типа, значительно отличается, как свидетельствуют данные в некоторых СМИ, от технологических принципов, реализуемых американцами и китайцами. Так, разработчики из РФ концентрируют усилия в области создания летательных аппаратов, оснащенных прямоточным двигателем, способных запускаться с земли. Россия планирует сотрудничество в этом направлении с Индией. Гиперзвуковые аппараты, создаваемые по российской концепции, как считают некоторые аналитики, характеризуются меньшей стоимостью и более широкой областью применения.
Вместе с тем гиперзвуковой самолет России, о котором мы сказали выше (Ю-71), предполагает, как считают некоторые аналитики, как раз-таки размещения на МБР. Если этот тезис окажется верным, то можно будет говорить о том, что инженеры из РФ работают сразу по двум популярным концептуальным направлениям в строительстве гиперзвуковых летательных аппаратов.
Резюме
Итак, вероятно, самый быстрый гиперзвуковой самолет в мире, если говорить о летательных аппаратах безотносительно их классификации, это все же китайский аппарат WU-14. Хотя нужно понимать, что реальные сведения о нем, в том числе касающиеся испытаний, могут быть засекречены. Это вполне соответствует принципам китайских разработчиков, которые часто во что бы то ни стало стремятся сохранить свои военные технологии в тайне. Скорость самого быстрого гиперзвукового самолета — более 12 тыс. км/ч. Его «догоняет» американская разработка X-43A — многие эксперты считают самым скоростным именно его. Теоретически гиперзвуковой самолет X-43A, а также китайский WU-14 может догнать разработка от Orbical Science, рассчитанная на скорость более 12 тыс. км/ч.
Характеристики российского самолета Ю-71 пока что не известны широкой публике. Вполне возможно, что они будут приближены к параметрам китайского летательного аппарата. Российские инженеры также ведут разработки по гиперзвуковому самолету, способному взлетать не на базе МБР, а самостоятельно.
Текущие проекты исследователей из России, Китая и США так или иначе связаны с военной сферой. Гиперзвуковые самолеты, безотносительно их возможной классификации, рассматриваются в первую очередь как носители вооружений, скорее всего, ядерных. Однако в работах исследователей из различных стран мира встречаются тезисы о том, что «гиперзвук», подобно атомным технологиям, вполне может быть мирным.
Дело за появлением доступных и надежных решений, позволяющих организовать серийное производство машин соответствующего типа. Использование подобных аппаратов возможно в самом широком спектре отраслей хозяйственного развития. Наибольшую востребованность гиперзвуковые летательные аппараты, вероятно, найдут в космической и исследовательской индустрии.
По мере удешевления технологий производства соответствующих машин заинтересованность в инвестировании в подобные проекты могут начать проявлять транспортные бизнесы. Промышленные корпорации, поставщики различных сервисов могут начать рассматривать «гиперзвук» как инструмент повышения конкурентоспособности бизнеса в части организации международных коммуникаций.
В июне 1954 г., в США были разработаны тактико-технические требования к экспериментальным самолётам для космических исследований. Эти требования касались проблем аэродинамики в диапазоне скоростей до M=7,0, устойчивости и управляемости, конструкции планера и его оборудования, двигателей, а также психофизиологических аспектов космических полётов. В декабре 1954 г. был объявлен конкурс, в результате которого в 1955 г. создание самолёта было поручено фирме «North American» в кооперации с двигателестроительной фирмой «Reaction Motors». Строительству и облёту опытного образца предшествовали не только обычные аэродинамические и прочностные испытания, но также исследования аэродинамического нагрева (исследования проводились на моделях, выполненных в масштабе 1:15, в диапазоне чисел Маха 0,6-7,0) и специальная подготовка пилотов. Будущие пилоты самолёта North American X-15
должны были выполнить 2000 «полётов» на тренажере, пройти испытания на центрифуге, в условиях высоких и низких температур окружающей среды, малых давлений и в состоянии невесомости (испытания в условиях невесомости проводились на транспортном самолёте).
Первый из трёх опытных образцов North American X-15A
был впервые показан публично 15.10.1958 г. Десятого марта 1959 г. был совершен первый полёт X-15A на подвеске соответствующим образом переоборудованного самолёта «Боинг» В-52А (для испытаний трех самолётов X-15A были подготовлены два В-52), а 8 июня были предприняты отделение X-15A от самолёта-носителя и его последующий планирующий полёт. Испытание прошло успешно: самолёт X-15 совершил полёт со скоростью ~ 400 км/ч и спустя 5 мин приземлился на дне высохшего соленого озера, находящегося на территории авиационной базы им. Эдвардса в Калифорнии. Первый полёт с работающим двигателем (на втором опытном образце) был совершен 17.9.1959 г. Во время третьего полёта этого самолёта (6 ноября) в одной из камер двигателя произошел взрыв. Во время вынужденной посадки самолет потерпел аварию. Полеты (на первом опытном образце) были продолжены 4.02.1960 г. (третий был облетан 20.12.1961 г.). Во время испытаний самолёт достиг следующих рекордных скоростей и высот полета:
– 4.08.1960 г. скорость 3514 км/ч; 12.08.1960 г. высота 41 605 м;
– 7.03.1961 г. скорость 4264 км/ч; 31.03.1961 г. высота 50300 м;
– 21.04.1961 г. скорость 5033 км/ч; 12.09.1961 г. скорость 5832 км/ч;
– 9.11.1961 г. скорость 6548 км/ч; 30.04.1962 г. высота 77 720 м;
– 17.07.1962 г. высота 95 935 м; 22.08.1963 г. высота 107 906 м.
В 1962 г. было принято решение о реконструкции второго опытного образца. Самолёт был оснащен двумя дополнительными топливными баками и получил новое обозначение X-15A-2. Первый (планирующий) полёт на нем был совершен 28.6.1964 г. с пустыми баками, а первый полёт с заправленными баками и работающим двигателем осуществлен лишь в ноябре 1965 г. Во время испытаний этого прототипа дважды были достигнуты рекордные скорости:
– 18 ноября 1966 г. скорость 6840 км/ч;
– 3 октября 1967 г. M = 6,72.
Программа исследований была завершена 20.2.1968 г. после выполнения 191 полета на всех трех опытных образцах. Все три пилота-испытателя получили такие же награды, как и американские космонавты. Первым награду получил Р. Уайт (за полет 17.07.1962 г.), затем Р. Рашворт (27.06.1963 г., высота 95 300 м) и Дж. Уолкер (за полет 22.08.1963 г.).
Самолет North American X-15 представляет собой среднеплан, прямое трапециевидное крыло которого имеет относительную толщину профиля 5%, прямолинейную закругленную (радиусом ~ 6 мм в целях уменьшения аэродинамического нагрева) переднюю кромку с углом стреловидности 25° и тупую заднюю кромку толщиной от 54 мм в корневых частях крыла до 9,5 мм на концах. Крыло выполнено без кручения, а угол его поперечной установки равен нулю. Единственными подвижными поверхностями крыла являются закрылки. Система управления - комбинированного типа (реактивно-аэродинамическая). Аэродинамическими исполнительными элементами являются управляемый дифференциальный стабилизатор (с отрицательным углом поперечного V 15°) и управляемые кили (основной и подфюзеляжный). Каждый киль имеет неподвижную (околофюзеляжную) и поворотную (концевую) секции. Поворотные секции служат рулем направления. Подфюзеляжный киль выполнен разъемным. Его поворотная секция устанавливается после подвески North American X-15 под самолётом-носителем и отбрасывается перед посадкой. Неподвижные секции килей оканчиваются четырехстворчатыми тормозными щитками большой эффективности. В случае отклонения щитков на угол 90° при полете с M=2 на высоте 18 000 м тормозная сила достигает значения 53,94 кН (5500 кГ), а на высоте 46 000 м при M=5,0 ее значение составляет 9,81 кН (1000 кГ).
Другими особенностями принятого крестообразного оперения являются малая относительная толщина плоскостей стабилизатора и клиновидный профиль килей, задняя кромка которых имеет толщину порядка 300 мм. Система аэродинамического управления дополнена реактивным управлением, обеспечивающим требуемые летные характеристики самолета при полетах на высоте свыше 36 000 м. Система реактивного управления работает на газообразных продуктах разложения перекиси водорода и оснащена соплами, расположенными в концевых сечениях крыла (4 сопла управления креном) и в передней части фюзеляжа (2 сопла управления по тангажу и 2 управления по курсу). Тяга сопел управления по тангажу и курсу ~44,5 даН (45,4 кГ), а по крену ~ 17,8 даН (18,2 кГ). В целях увеличения безопасности полета реактивное управление по курсу и тангажу выполнено в виде сдвоенной системы. Управление аэродинамической и реактивной системами осуществляется независимо: аэродинамической - с помощью обычной ручки управления и педалей, а реактивной - двумя расположенными по бокам кабины рычагами.
Носовая часть фюзеляжа выполнена в виде конуса с овальным сечением; в ней размещается кабина пилота с монолитным эллиптическим фонарем, остекление которого выполнено из двух пластин толщиной 9,5 и 6,4 мм. Стекла разделены между собой воздушным пространством. Толщина воздушной прослойки составляет 19 мм. Фонарь открывается вверх-назад. Кабина оснащена катапультируемым сиденьем с двумя стабилизирующими поверхностями и выдвижным экраном, предохраняющим пилота от воздействия большого динамического давления. Пилот выполняет полет в высотном скафандре, изготовленном из пятислойной ткани, покрытой алюминиевой краской. В случае аварии на больших высотах весь самолет до момента входа в плотные слои атмосферы выполняет роль капсулы. После этого пилот совершает обычное катапультирование. Носовая часть фюзеляжа второго опытного образца сначала имела заостренный передний обтекатель с удлиняющей иглой. В 1960 г. в результате проведенной модификации всем самолетам были приданы «тупые носы», более оправданные при полетах с большими скоростями.
Центральная и хвостовая части фюзеляжа (круглого сечения) снабжены двумя боковыми гаргротами. Цилиндрическая часть занята отсеком оборудования (за кабиной), баком окислителя, баком системы реактивного управления, баком горючего и двигателем. В боковых гаргротах находятся проводка, некоторые элементы оборудования и ниши уборки главных стоек шасси. Шасси – трехстоечное, убираемое вперед. Передняя стойка - со спаренными колесами, главные - со стальными лыжами, заменяемыми после 5-6 посадок. Для перемещения по аэродрому задняя часть фюзеляжа устанавливается на специальной тележке.
Основной целью проводившихся на North American X-15 экспериментов являлось исследование условий полёта на больших скоростях в верхних слоях земной атмосферы, и прежде всего исследование влияния больших скоростей и высоких температур на конструкцию планера и механические свойства материалов, оценка надежности контрольно-измерительной аппаратуры, управляемости самолета, связи с контрольными пунктами, реакции человека на состояние невесомости и перегрузок при возвращении на землю и т.п. Все это обусловило применение разнообразного оборудования и специальной конструкции планера самолёта. Контрольно-измерительная аппаратура самолёта (массой около 600 кг) насчитывала 650 датчиков температуры, 104 датчика аэродинамических сил и 140 датчиков давления, регистратор показаний 15 приборов кабины пилота, регистратор физиологических измерений и т.д. Все измеряемые данные посредством телеметрии передавались на землю.
Для обеспечения работоспособности конструкции в условиях аэродинамического нагрева планер был выполнен из нержавеющей стали, сплавов никеля, титана и других жаропрочных материалов. Наибольшее применение нашел сплав инконель-Х, сохраняющий свои прочностные характеристики до температуры 590°С. Из него были выполнены обшивка, лонжероны крыла и переборки внутри баков, а также толстые носки крыла и оперения. Характерной особенностью планера North American X-15 является широкое применение сварки. Этим методом выполнено около 65% всех соединений. Для лучшего отвода тепла с поверхности самолет покрашен специальной черной силиконовой краской, которая кратковременно способна выдерживать воздействие температуры до 540°С. Самолёт рассчитан на семикратные перегрузки (выполнение маневров в атмосфере допускается с перегрузкой 4).
На первом опытном образце North American X-15 (№2) были опробованы (в разных полетах) два четырехкамерных ракетных двигателя на жидком топливе фирмы «Reaction Motors» XLR-11 тягой 35,59 кН x 4 (3629 кГ x 4). На следующих двух опытных образцах уже устанавливались однокамерные двигатели (XLR99-RM-1 – на одном и XLR99-RM-2-Ha другом). На высоте 13 700 м однокамерный двигатель развивал максимальную тягу 253,55 кН (25 855 кГ); он имел диапазон регулирования тяги от 102,31 кН (10 433 кГ) до 266,90 кН (27 216 кГ). Двигатель XLR-11 работал на спирте и жидком кислороде (по аналогии с самолетами Х-1), а двигатель XLR99-RM-l/2-Ha аммиаке и жидком кислороде. Внутренняя топливная система емкостью 8615 кг в опытном образце Х-15А-2 была дополнена двумя подвесными баками (длиной 6,70 м и диаметром 0,96 м) общей емкостью 6123 кг (2724 кг аммиака и 3399 кг кислорода).
Заправка топливом осуществляется перед стартом North American X-15 с борта самолета-носителя В-52А. Во время работы двигателя топливо сначала расходуется из подвесных баков, которые после опорожнения сбрасываются на парашютах. Использование дополнительных топливных баков позволило увеличить время работы двигателя с 84 до 150 с. Для привода вспомогательных устройств (системы управления, шасси, автоматики) используются два турбонасосных агрегата, работающие на продуктах разложения перекиси водорода, которые располагаются за кабиной пилота. Кроме баков аммиака, жидкого кислорода и перекиси водорода в фюзеляже (и в его хвостовом отсеке, над соплом двигателя в опытном образце Х-15А-2) размещены баллоны со сжатым гелием, используемым для наддува топливных баков, продувки двигателя и аварийного слива топлива, и жидким азотом, используемым в системе охлаждения кабины.
Тактико-технические характеристики North American X-15
Экипаж 1
Размах крыла, м 6.71
Длина, м 15.24
Высота, м 4.12
Площадь крыла, м2 18.58
Масса, кг
- пустого самолета 6350
- максимальная взлетная 15422
Тип двигателя 1 РД Reaction Motors (Thiokol) XLR99-RM-2
Тяга,кгс 1 х 25855
Максимальная скорость, км/ч 6600
Динамический потолок, м 95900
Первое предложение о создании самолета, способного превысить скорость звука в пять и более раз (будущая программа Х-15),
появилось в 1951 году в недрах правительственного Hационального управления по аэродинамике (NACA),
предшественника NASA, которая была официально создана 1 октября 1958 года. Руководство HАСА, в
принципе понимая важность этой проблемы, не проявляло особого рвения в реализации его. Это
было и дорого, и технически сложно, и неизвестно чем все это могло кончиться. Однако отдельные
сотрудники HАСА, по собственной инициативе, проводили исследования возможности создания
летательных аппаратов подобного типа. Hовый
импульс программа получила в 1953 году, когда этой же проблемой озадачились в Военно-воздушных
силах и в Военно-морских силах США. Естественно, и авиация, и флот рассматривали этот самолет, в
первую очередь, как боевую машину. Научные исследования стояли на втором плане, но, надо
отдать должное американским военным, они прекрасно понимали, что не решив чисто научные
проблемы, они не получат боевую машину. Однако уже к следующему году армейские круги осознали,
что в одиночку им этот проект не поднять ни с научной, ни с финансовой точек зрения.
Результатом этого осмысления стал меморандум о сотрудничестве между ВВС, ВМС и HАСА, подписанный
23 декабря 1954 года. Согласно этого меморандума создавался трехсторонний рабочий орган, получивший название Комитет Х-15, который
координировал все работы по этой программе.
На HАСА возлагались функции контроля за реализацией проекта в целом. ВВС брали на себя изготовление
самолета и его приемные испытания на заводе-изготовителе. Затем самолет передавался
HАСА, которая проводила программу исследований, с привлечением как своих пилотов, так и пилотов из
Воздушных сил и Военно-морских сил. Как впоследствии указывали участники проекта,
Комитет Х-15 имел, в большей степени, психологическое и политическое, чем какое-то
практическое значение. Правда, это очень помогало в получении бюджетных денег. Когда
следовала ссылка на трехсторонний комитет, как правило, деньги тут же выделялись. Именно с
момента подписания меморандума можно говорить о рождении ракетного самолета Х-15. Среди
американских компаний был объявлен конкурс.
Официальное предложение на подачу заявок было разослано 12 авиационным компаниям 30
декабря 1954 г., а 4 февраля 1955г. четырем моторостроительным компаниям было
предложено заключить контракт на производство ракетного двигателя. С
компанией Норт Америкэн в ноябре 1955 г. был заключен контракт на производство трех самолетов
Х-15 (NA-240), а с компанией Риэкшн Моторз Инк.
(Reaction Motors Inc.) в сентябре 1956г. - на производство двигателя XLR-99.
Проект, представленный Hорт Америкэн, предусматривал строительство самолета
длиной 15 метров с крыльями стреловидной формы с размахом всего-навсего 6,5 метров. Крылья предполагались относительно тонкими и
небольшими по площади. Вес самолета составлял около 7 тонн, а после заправки топливом
увеличивался до 16,5 тонн. На самолет предполагалось установить жидкостный ракетный
двигатель с тягой 27 тонн. Так как продолжительность работы ракетного двигателя
составляла всего 80-120 секунд, предполагалось, что на высоту 15 километров самолет будет доставляться с помощью специально
переоборудованного для этих целей бомбардировщика B-52, а затем будет происходить
разделение самолета-носителя и ракетного самолета, и дальнейший полет будет происходить с
использованием ракетного двигателя. Два бомбардировщика Boeing B-52A были модифицированы
для подвески ракетоплана под правой консолью крыла, между фюзеляжем и ближней к
нему парой двигателей, получив обозначение NB-52A и NB-52B. Посадка производилась на скольжении.
Основными задачами, которые ставились перед программой Х-15 были
следующие: создание мощного многократно используемого пилотируемого самолета для
высотных скоростных полетов; исследование аэродинамических процессов при таких полетах;
создание и проверка работоспособности систем управления для таких самолетов; исследования
воздействия условий полета на организм человека;
создание специальных костюмов для пилотов самолетов. С использованием самолета Х-15
предполагалось достигнуть скорость полета около М=6 и высоты 76000 метров.
Строительству и облету опытного образца предшествовали не только
обычные аэродинамические и прочностные испытания, но также исследования
аэродинамического нагрева (исследования проводились на моделях, выполненных в
масштабе 1:15, в диапазоне чисел Маха 0,6-7,0) и
специальная подготовка пилотов. Будущие пилоты самолета Х-15 должны были
выполнить 2000 "полетов" на тренажере,
пройти испытания на центрифуге, в условиях высоких и низких температур окружающей
среды, малых давлений и в состоянии невесомости (испытания в условиях
невесомости проводились на транспортном самолете).
Первый самолет Х-15 был построен в середине октября 1958 года и с завода доставлен
на авиабазу Эдвардс в штате Калифорнии. Перевозка самолета сопровождалась большой
помпой и вниманием средств массовой информации.
Программа Х-15 привлекла большое общественное внимание, особенно после
того как Советский Союз выиграл гонку за первый спутник, а гонка за первый полет человека в
космос еще не началась. Второй экземпляр самолета Х-15 был готов к апрелю 1959 года, а третий -
к июню 1961 года.
10 марта 1959 г. был совершен первый полет Х-15 на подвеске самолета Boeing NВ-52А.
Первый испытательный полет состоялся 8 июня 1959 года. Самолет,
который пилотировал летчик-испытатель фирмы North American Скотт Кроссфилд, был отделен от самолета-носителя Б-52 и начал
свободный полет. Двигатель во время этого полета не включался, однако даже при этом самолет плохо
слушался пилота и совершил несколько совершенно неожиданных разворотов. Лишь мастерство пилота
позволило ему управлять машиной и совершить через 5 мин благополучную посадку на дне
высохшего соленого озера, находящегося на территории авиабазы Эдвардс. Инженеры корпорации
Hорт Америкэн достаточно быстро изменили систему управления самолета, что сделало полеты
более безопасными. Следующий полет состоялся 17 сентября 1959 года и впервые производилось
включение ракетного двигателя. Правда, штатный двигатель XLR-99 к тому времени еще не был готов и
полет совершался с использованием двигателей XLR-11, которые ранее
использовались на самолетах Х-1 . Однако
даже использование этого двигателя позволило достигнуть скорости свыше 2000 км/ч. Именно с этого момента начинаются интенсивные
испытательные полеты самолета Х-15.
Однокамерный двигатель XLR-99 был опробован 15 ноября 1960 г.
Всю программу испытаний самолета Х-15 можно хронологически
разделить на три этапа. Первый продолжался с 1959 по 1962 год. Уже на первом этапе удалось достигнуть
всех тех целей, которые ставили перед собой организаторы и участники проекта. Была достигнута скорость 6 Махов, высота 75190 метров над
поверхностью Земли, удалось получить большой объем научной информации по тепловым процессам и
аэродинамике. В частности, исследователи установили поразительное соответствие между
аэродинамическими процессами, полученными при моделировании и в условиях реального полета. Из
других зримых и понятных результатов, например, было установлено, что увеличение скорости самолета с 3 до 6 Махов, приводит к увеличению
температуры поверхности самолета в 8 раз. Физиологи установили, что нормальным для пилотов
Х-15 является частота сокращений сердечной мышцы (пульс) от 145 до 180. Было получено много других
интересных данных, однако поломки иногда портили настроение изготовителям и испытателям. К счастью обходилось без серьезных
повреждений и без отсрочки программы испытаний.
Во время третьего полета второго опытного образца (5 ноября 1959) в одной из
камер двигателя произошел взрыв. Во время вынужденной посадки Скотта Кроссфилда на дно высохшего соляного озера
самолет потерпел аварию. Было повреждено хвостовое оперение и самолет вышел из строя
на 3 месяца. Полеты (на первом опытном образце) были продолжены 23 января 1960 г.
Подобные неисправности происходили в будущем, но, используя реальный
опыт С. Кроссфилда, другие пилоты отрабатывали данную нештатную ситуацию на
тренажере. Приблизительно в это же время на заводе Hорт Америкэн, где собирался третий
экземпляр, при наземных огневых испытаниях двигателя произошел взрыв. Пришлось двигатель
восстанавливать. Третий экземпляр был облетан 20 декабря 1961 г.
Помехи для реализации программы исследований приносила и погода.
Бывало, что над авиабазой Эдвардс, откуда стартовали самолеты, стояла прекрасная погода,
но на большой высоте была облачность и полеты переносились. Тем не менее экспериментаторы
медленно, но верно двигались вперед.