Почти два десятилетия после вывода из эксплуатации Concorde интерес к сверхзвуковым путешествиям начал расти, и несколько сверхбыстрых самолетов находятся в разработке. Авиакомпании проявляют интерес: United уже взяла на себя обязательство предлагать сверхзвуковые маршруты уже к 2029 году.
Но что насчет гиперзвуковых путешествий, которые происходят на скорости Мах 5 – в пять раз быстрее скорости звука – и выше? Это позволило бы самолету преодолеть расстояние от Нью-Йорка до Лондона всего за 90 минут, по сравнению с примерно тремя часами для Concorde и шестью-семью часами для обычного пассажирского самолета.
Возможно ли это вообще?
Hermeus, стартап из Атланты, целью которого является разработка гиперзвуковых летательных аппаратов, считает, что да. Компания уже тестирует новый тип двигателя, который, по их словам, в конечном итоге сможет достигать скорости Мах 5 (более 3000 миль в час). Двигатель разрабатывается для небольшого беспилотного гиперзвукового самолета, который Hermeus в настоящее время создает для ВВС США, но при масштабировании до большего размера он сможет приводить в движение пассажирский самолет.
До этого пассажирского самолета еще далеко – Hermeus надеется поднять его в воздух для первого испытательного полета до конца десятилетия, в 2029 году – но поскольку его технология должна быть построена практически с нуля, компания уже планирует его разработку.
Для начала, он будет намного меньше, чем нынешние авиалайнеры и даже Concorde, который имел вместимость около 100 пассажиров.
«Чтобы помочь нам определить размер самолета, мы, по сути, построили бизнес-модель для авиакомпании», – говорит Эй Джей Пиплика, генеральный директор Hermeus. «Мы сосредоточились на пассажирах бизнес-класса и первого класса, а затем поэкспериментировали с некоторыми параметрами, такими как скорость и эксплуатационные расходы. В результате получился самолет с салоном на 20 пассажиров», – добавляет он.
Это недалеко от вместимости большого бизнес-джета, что означает, что будет только один класс.
«Мы ожидаем, что он будет прибыльным при нынешних ценах бизнес-класса», – говорит Пиплика, с оговоркой, что трудно оценить, сколько люди будут готовы заплатить, чтобы летать в пять раз быстрее, потому что «вы действительно не можете ответить на этот вопрос, пока на рынке нет продукта и у вас нет реальных данных».
Быстрее, чем когда-либо
Дальность полета самолета составит около 4000 морских миль, достаточно для трансатлантических маршрутов, таких как Нью-Йорк – Париж, но не для транстихоокеанских маршрутов, таких как Лос-Анджелес – Токио, для которых потребуется промежуточная посадка.
Маршруты над сушей, такие как Нью-Йорк – Лос-Анджелес, исключены из-за норм шума: преодоление звукового барьера сопровождается громким звуковым ударом, который обычно должен происходить над водой.
Чтобы понять, насколько смелой является идея пассажирского самолета Мах 5, полезно взглянуть на рекорды скорости полета.
Самая высокая скорость, с которой когда-либо летал самолет с двигателем, составляет Мах 9,6 (около 6800 миль в час), рекорд, установленный в 2004 году NASA X-43A – беспилотным летательным аппаратом длиной около 12 футов.
Поскольку этот полет длился всего несколько секунд, рекорд самого продолжительного устойчивого полета выше Мах 5 принадлежит Boeing X-51, еще одному беспилотному экспериментальному самолету, который в 2013 году летал более трех минут на скорости Мах 5,1 (около 3400 миль в час). Оба самолета должны были запускаться с высоты бомбардировщиком B-52, а затем разгоняться ракетой, что подчеркивает сложность таких высокоскоростных полетов.
Для самолетов с людьми на борту текущий абсолютный рекорд скорости составляет Мах 6,7 (4520 миль в час), установленный в 1967 году X-15. По сути, это была ракета с сиденьем, разработанная для достижения рекорда, и она также должна была запускаться с высоты B-52.
Для воздухозаборного самолета – то есть, приводимого в действие реактивными двигателями, а не ракетой – способного самостоятельно взлетать и приземляться, рекорд скорости составляет «всего лишь» Мах 3,3 (около 2200 миль в час), установленный SR-71 Blackbird, военным разведывательным самолетом, в 1976 году.
Максимальная скорость Concorde, одного из всего двух сверхзвуковых пассажирских самолетов, когда-либо летавших коммерчески, составляла Мах 2,04 (1350 миль в час).
Таким образом, предлагаемый пассажирский самолет Hermeus побил бы текущий рекорд самого быстрого воздухозаборного самолета с большим отрывом, а летая в течение длительного времени на скорости Мах 5, он превзошел бы достижение, которое в настоящее время находится в области беспилотных экспериментальных аппаратов (конечно, другие самолеты могут побить эти рекорды в будущем до того, как это сделает Hermeus).
«Зрелые технологии»
Неудивительно, что первоначальное внимание компании сосредоточено на двигателе. Испытания начались в феврале 2020 года для нового типа конструкции двигателя, основанного на существующей модели, используемой в истребителях и производимой General Electric.
Это будет гибрид двух традиционных технологий: турбореактивного двигателя, который похож на используемый авиалайнерами, и прямоточного воздушно-реактивного двигателя, типа двигателя, который работает только на сверхзвуковых скоростях и выше. Изначально двигатель будет приводить в движение Quarterhorse, изящный гиперзвуковой дрон, который Hermeus разрабатывает в рамках партнерства с ВВС США стоимостью 60 миллионов долларов.
Интересно, что при проектировании реактивного двигателя для увеличения скорости детали не добавляются, а удаляются. В турбореактивном двигателе воздух входит спереди и сначала сжимается (для увеличения его энергетического потенциала) вращающимися лопатками, затем смешивается с топливом и воспламеняется. Полученный горячий газ выбрасывается через заднюю часть двигателя, толкая самолет вперед.
Однако выше Мах 3 нет необходимости сжимать воздух: он сам сжимается при входе в двигатель, просто из-за того, что ему приходится так сильно замедляться. Поэтому для скоростей выше Мах 3 и до Мах 6 часто используется тип двигателя, называемый прямоточным воздушно-реактивным двигателем – так называемый потому, что он буквально врезается в воздух. У него нет движущихся частей, в отличие от турбореактивных двигателей, но он совершенно не работает на скоростях ниже Мах 3.
Hermeus будет использовать свой гибридный двигатель в режиме турбореактивного двигателя при взлете и посадке, а также на дозвуковых скоростях. Затем двигатель будет постепенно перенастраиваться в режим прямоточного воздушно-реактивного двигателя, когда достигает Мах 3 и до Мах 5.
«Турбореактивная часть и прямоточная часть сами по себе являются зрелыми технологиями, которые мы используем уже 50 лет. Трюк в том, чтобы объединить их, поэтому мы разработали собственную архитектуру на основе готового турбореактивного двигателя, а затем уже развивали ее», – говорит Пиплика.
Вдохновение от SpaceX
Существует целый ряд проблем, над которыми Hermeus даже не работает в настоящее время, таких как тип устойчивого топлива, которое следует использовать – поскольку потребление будет намного выше, чем у современных реактивных самолетов – и экстремальные температуры, которым должен противостоять фюзеляж гиперзвукового самолета.
Скорость Concorde, который летал менее чем с половиной проектируемой скорости Hermeus, была ограничена именно температурой, при этом окна и другие внутренние поверхности становились теплыми на ощупь к концу полета.
С другой стороны, SR-71 Blackbird должен был быть сделан из титана, редкого металла, способного выдерживать экстремальную жару, а стекло кабины должно было быть изготовлено из кварца, причем его внешняя температура достигала 600 градусов по Фаренгейту во время миссии.
В ответ на скептицизм по поводу шансов Hermeus на успех и необходимости потенциально огромных объемов финансирования, Пиплика приводит аналогию с SpaceX Илона Маска.
«Я думаю, люди задавали те же вопросы о новой космической индустрии в ранние дни SpaceX», – говорит он. «Люди смотрели на выход на орбиту и говорили, что это должно стоить миллиард долларов, но SpaceX сделала это за 90 миллионов долларов с Falcon 1».
Hermeus планирует финансировать себя, разрабатывая различные самолеты на пути к своему пассажирскому самолету, аналогично разработке SpaceX своих ракет Falcon 1, Dragon, Falcon Heavy и Starship, которые в конечном итоге служат видению межпланетных космических полетов, одновременно генерируя доход, работая с NASA и коммерческими партнерами.
«На самом деле нет ничего похожего на Hermeus, хотя многие подобные проекты появлялись и исчезали в прошлом», – говорит Ричард Абулафия, авиационный аналитик в Teal Group. «Никогда не получается. Если они смогут волшебным образом создать гиперзвуковой транспорт в конце 2030-х годов, и цена билета будет в диапазоне бизнес-класса, то да, это будет успешно. Но шансы на то, что это произойдет, где-то в диапазоне 1%».
Если и когда гиперзвуковой пассажирский самолет станет реальностью, каково будет летать на нем?
«Это будет довольно похоже на Concorde», – говорит Пиплика. «Вы будете ускоряться в течение более длительного периода времени, чем на сегодняшних самолетах, где вы чувствуете, что вас прижимает к сиденью примерно 30 секунд или около того.
«Этот опыт продлится, возможно, 10-12 минут. Но как только вы достигнете Мах 5, на высоте около 100 000 футов или около того, это будет действительно плавный полет. Там наверху не так много воздушного движения, и атмосфера относительно спокойная».
