Майже два десятиліття після виведення з експлуатації Concorde інтерес до надзвукових подорожей почав зростати, і кілька надшвидких літаків знаходяться в розробці. Авіакомпанії проявляють інтерес: United уже взяла на себе зобов’язання пропонувати надзвукові маршрути вже до 2029 року.
Але що щодо гіперзвукових подорожей, які відбуваються на швидкості Мах 5 – у п’ять разів швидше швидкості звуку – і вище? Це дозволило б літаку подолати відстань від Нью-Йорка до Лондона всього за 90 хвилин, порівняно з приблизно трьома годинами для Concorde і шістьма-сімома годинами для звичайного пасажирського літака.
Чи можливо це взагалі?
Hermeus, стартап з Атланти, метою якого є розробка гіперзвукових літальних апаратів, вважає, що так. Компанія вже тестує новий тип двигуна, який, за їхніми словами, в кінцевому підсумку зможе досягати швидкості Мах 5 (понад 3000 миль на годину). Двигун розробляється для невеликого безпілотного гіперзвукового літака, який Hermeus наразі створює для ВПС США, але при масштабуванні до більшого розміру він зможе приводити в рух пасажирський літак.
До цього пасажирського літака ще далеко – Hermeus сподівається підняти його в повітря для першого випробувального польоту до кінця десятиліття, у 2029 році – але оскільки його технологія повинна бути побудована практично з нуля, компанія вже планує його розробку.
Для початку, він буде набагато менший, ніж нинішні авіалайнери і навіть Concorde, який мав місткість близько 100 пасажирів.
«Щоб допомогти нам визначити розмір літака, ми, по суті, побудували бізнес-модель для авіакомпанії», – каже Ей Джей Піпліка, генеральний директор Hermeus. «Ми зосередилися на пасажирах бізнес-класу та першого класу, а потім поекспериментували з деякими параметрами, такими як швидкість і експлуатаційні витрати. В результаті вийшов літак із салоном на 20 пасажирів», – додає він.
Це недалеко від місткості великого бізнес-джета, що означає, що буде тільки один клас.
«Ми очікуємо, що він буде прибутковим за нинішніх цін бізнес-класу», – каже Піпліка, із застереженням, що важко оцінити, скільки люди будуть готові заплатити, щоб літати в п’ять разів швидше, тому що «ви дійсно не можете відповісти на це питання, поки на ринку немає продукту і у вас немає реальних даних».
Швидше, ніж будь-коли
Дальність польоту літака складе близько 4000 морських миль, достатньо для трансатлантичних маршрутів, таких як Нью-Йорк – Париж, але не для транстихоокеанських маршрутів, таких як Лос-Анджелес – Токіо, для яких потрібна проміжна посадка.
Маршрути над сушею, такі як Нью-Йорк – Лос-Анджелес, виключені через норми шуму: подолання звукового бар’єру супроводжується гучним звуковим ударом, який зазвичай має відбуватися над водою.
Щоб зрозуміти, наскільки сміливою є ідея пасажирського літака Мах 5, корисно поглянути на рекорди швидкості польоту.
Найвища швидкість, з якою коли-небудь літав літак з двигуном, становить Мах 9,6 (близько 6800 миль на годину), рекорд, встановлений у 2004 році NASA X-43A – безпілотним літальним апаратом довжиною близько 12 футів.
Оскільки цей політ тривав лише кілька секунд, рекорд найтривалішого стійкого польоту вище Мах 5 належить Boeing X-51, ще одному безпілотному експериментальному літаку, який у 2013 році літав понад три хвилини на швидкості Мах 5,1 (близько 3400 миль на годину). Обидва літаки повинні були запускатися з висоти бомбардувальником B-52, а потім розганятися ракетою, що підкреслює складність таких високошвидкісних польотів.
Для літаків з людьми на борту поточний абсолютний рекорд швидкості становить Мах 6,7 (4520 миль на годину), встановлений у 1967 році X-15. По суті, це була ракета з сидінням, розроблена для досягнення рекорду, і вона також повинна була запускатися з висоти B-52.
Для повітрозабірного літака – тобто, приведеного в дію реактивними двигунами, а не ракетою – здатного самостійно злітати і приземлятися, рекорд швидкості становить «лише» Мах 3,3 (близько 2200 миль на годину), встановлений SR-71 Blackbird, військовим розвідувальним літаком, у 1976 році.
Максимальна швидкість Concorde, одного з всього двох надзвукових пасажирських літаків, що коли-небудь літали комерційно, становила Мах 2,04 (1350 миль на годину).
Таким чином, запропонований пасажирський літак Hermeus побив би поточний рекорд найшвидшого повітрозабірного літака з великим відривом, а літаючи протягом тривалого часу на швидкості Мах 5, він перевершив би досягнення, яке наразі знаходиться в області безпілотних експериментальних апаратів (звісно, інші літаки можуть побити ці рекорди в майбутньому до того, як це зробить Hermeus).
«Зрілі технології»
Не дивно, що початкова увага компанії зосереджена на двигуні. Випробування розпочалися в лютому 2020 року для нового типу конструкції двигуна, заснованого на існуючій моделі, що використовується в винищувачах і виробляється General Electric.
Це буде гібрид двох традиційних технологій: турбореактивного двигуна, який схожий на використовуваний авіалайнерами, і прямоточного повітряно-реактивного двигуна, типу двигуна, який працює тільки на надзвукових швидкостях і вище. Спочатку двигун буде приводити в рух Quarterhorse, витончений гіперзвуковий дрон, який Hermeus розробляє в рамках партнерства з ВПС США вартістю 60 мільйонів доларів.
Цікаво, що при проєктуванні реактивного двигуна для збільшення швидкості деталі не додаються, а видаляються. У турбореактивному двигуні повітря входить спереду і спочатку стискається (для збільшення його енергетичного потенціалу) обертовими лопатками, потім змішується з паливом і запалюється. Отриманий гарячий газ викидається через задню частину двигуна, штовхаючи літак вперед.
Однак вище Мах 3 немає необхідності стискати повітря: воно саме стискається при вході в двигун, просто через те, що йому доводиться так сильно сповільнюватися. Тому для швидкостей вище Мах 3 і до Мах 6 часто використовується тип двигуна, званий прямоточним повітряно-реактивним двигуном – так званий тому, що він буквально врізається в повітря. У нього немає рухомих частин, на відміну від турбореактивних двигунів, але він зовсім не працює на швидкостях нижче Мах 3.
Hermeus буде використовувати свій гібридний двигун у режимі турбореактивного двигуна при зльоті та посадці, а також на дозвукових швидкостях. Потім двигун буде поступово переналаштовуватися в режим прямоточного повітряно-реактивного двигуна, коли досягає Мах 3 і до Мах 5.
«Турбореактивна частина і прямоточна частина самі по собі є зрілими технологіями, які ми використовуємо вже 50 років. Трюк у тому, щоб об’єднати їх, тому ми розробили власну архітектуру на основі готового турбореактивного двигуна, а потім вже розвивали її», – каже Піпліка.
Натхнення від SpaceX
Існує цілий ряд проблем, над якими Hermeus навіть не працює наразі, таких як тип стійкого палива, яке слід використовувати – оскільки споживання буде набагато вищим, ніж у сучасних реактивних літаків – і екстремальні температури, яким повинен протистояти фюзеляж гіперзвукового літака.
Швидкість Concorde, який літав менш ніж з половиною проєктованої швидкості Hermeus, була обмежена саме температурою, при цьому вікна та інші внутрішні поверхні ставали теплими на дотик до кінця польоту.
З іншого боку, SR-71 Blackbird повинен був бути зроблений з титану, рідкісного металу, здатного витримувати екстремальну спеку, а скло кабіни повинно було бути виготовлено з кварцу, причому його зовнішня температура досягала 600 градусів за Фаренгейтом під час місії.
У відповідь на скептицизм щодо шансів Hermeus на успіх і необхідності потенційно величезних обсягів фінансування, Піпліка наводить аналогію з SpaceX Ілона Маска.
«Я думаю, люди ставили ті ж питання про нову космічну індустрію в ранні дні SpaceX», – каже він. «Люди дивилися на вихід на орбіту і казали, що це повинно коштувати мільярд доларів, але SpaceX зробила це за 90 мільйонів доларів з Falcon 1».
Hermeus планує фінансувати себе, розробляючи різні літаки на шляху до свого пасажирського літака, аналогічно розробці SpaceX своїх ракет Falcon 1, Dragon, Falcon Heavy і Starship, які в кінцевому підсумку служать баченню міжпланетних космічних польотів, одночасно генеруючи дохід, працюючи з NASA і комерційними партнерами.
«Насправді немає нічого схожого на Hermeus, хоча багато подібних проєктів з’являлися і зникали в минулому», – каже Річард Абулафія, авіаційний аналітик у Teal Group. «Ніколи не виходить. Якщо вони зможуть чарівним чином створити гіперзвуковий транспорт у кінці 2030-х років, і ціна квитка буде в діапазоні бізнес-класу, то так, це буде успішно. Але шанси на те, що це станеться, десь у діапазоні 1%».
Якщо і коли гіперзвуковий пасажирський літак стане реальністю, яким буде літати на ньому?
«Це буде досить схоже на Concorde», – каже Піпліка. «Ви будете прискорюватися протягом більш тривалого періоду часу, ніж на сьогоднішніх літаках, де ви відчуваєте, що вас притискає до сидіння приблизно 30 секунд або близько того.
«Цей досвід триватиме, можливо, 10-12 хвилин. Але як тільки ви досягнете Мах 5, на висоті близько 100 000 футів або близько того, це буде дійсно плавний політ. Там нагорі не так багато повітряного руху, і атмосфера відносно спокійна».
