Можливо, пасажирський літак, здатний подолати маршрут будь-якої протяжності менше ніж за три години, стане реальністю вже до 2030 р прийшов до висновку кореспондент BBC Future.
Concorde долав відстань між Лондоном і Сіднеєм за 17 годин, три хвилини і 45 секунд - для порівняння, політ на Boeing 747 по тому ж маршруту займав близько 22-ї години.
Після закінчення холодної війни один з варіантів Ту-144 використовувався в інтересах американського космічного агентства НАСА, а також в якості льотної лабораторії в рамках спільної російсько-американської дослідницької програми по створенню нового покоління надзвукових літальних апаратів цивільного призначення.
З виведенням з експлуатації обох ринок надзвукових пасажирських перевезень спорожнів. Тепер же, через 12 років після припинення регулярних польотів Concorde, відразу кілька конструкторських бюро працюють над створенням ще більш швидкісних літаків.
Розробка буде більш екологічною, ніж існуючі пасажирські літаки, не менше безпечної і не набагато більш витратною в експлуатації
Один з таких проектів - європейський Lapcat II. в рамках якого планується створити відразу два надзвукових лайнера.
Причому один з них повинен розвивати крейсерську швидкість в 8500 км / год, тобто в 8 разів вище швидкості звуку, що дозволить йому перевозити пасажирів між Брюсселем і Сіднеєм за 2 години 55 хвилин.
За їх словами, результати серії попередніх випробувань вказують на те, що ця розробка буде більш екологічною, ніж існуючі пасажирські літаки, не менше безпечної і не набагато більш витратною в експлуатації, ніж нинішні далекомагістральні лайнери.
Яке паливо вибрати?
Координує програму Lapcat II співробітник Європейського космічного агентства (ЄКА) Йохан Стілант.
В рамках Lapcat II паралельно розробляються два проекти. Один з них - Lapcat A2, здатний розвивати швидкість, відповідну числу Маха 5 (М = 5).
Він буде обладнаний гібридним повітряно-реактивним / ракетним двигуном з попереднім охолодженням Scimitar.
Інший літак, розробкою якого займається безпосередньо ЕКА, буде використовувати гіперзвукової прямоточний повітряно-реактивний двигун. Його крейсерська швидкість, як очікується, буде відповідати М = 8.
В якості окислювача в прямоточном повітряно-реактивному двигуні (ПВРД) використовується забортний повітря: високошвидкісний набігає повітряний потік, що потрапляє в повітрозабірник, стискається і подається в камеру згоряння.
На цьому принципі працюють, наприклад, ракети, якими озброєний європейський винищувач Eurofighter Typhoon.
Літак, оснащений ПВРД, здатний розвивати дуже високу швидкість. Але на якому паливі повинні працювати гіперзвукові двигуни майбутнього?
Це дуже важливе питання, з огляду на те, що одним з вирішальних факторів при створенні надшвидкісних авіалайнерів є необхідність максимально знизити рівень шкідливих викидів.
На відміну від сучасних дозвукових літаків, авіалайнери, що працюють на водні, що не будуть викидати в атмосферу речовини, які посилюють парниковий ефект
З цієї причини ЕКА вибрало водень, який є більш екологічно чистим, ніж вуглеводневі типи палива.
Крім того, хоча рідкий водень і можна підпалити, він запалюється не так легко, як гас (стандартне паливо сучасних авіалайнерів), тому ризик вибуху або пожежі на борту істотно нижче. На рідкому водні, наприклад, працювали двигуни космічних човників НАСА "Спейс Шатл".
"На відміну від гасу, рідкий водень при попаданні в атмосферу миттєво випаровується. Тому в разі витоку на стоянці під літаком ні утворюватися калюжі витекло палива, - говорить Стілант. - Як і гасу, водню для займання потрібен джерело тепла, тому мимовільне загоряння виключено ".
Lapcat II - не єдина існуюча програма розробки надшвидкісного літака. ЕКА обмінюється знаннями і технологіями з Японським агентством аерокосмічних досліджень JAXA в рамках спільного японо-європейського проекту Hikari.
JAXA же працює над створенням гіперзвукового авіалайнера під назвою Hytex, який, як очікується, буде здатний перетинати Тихий океан за дві години зі швидкістю М = 2.
Правовласник ілюстрації Getty Image caption Один з радянських Ту-144 в 1973 р зазнав катастрофу на авіасалоні в Ле-Бурже. Це була перша в історії катастрофа надзвукового авіалайнера
В ході випробувань в аеродинамічній трубі турбореактивний двигун Hytex вже досяг швидкості в М = 1,8. Двигун використовує рідкий водень як в якості палива, так і в якості охолоджувача при польотах на гіперзвукових швидкостях.
"Ми завершили формування образу Hytex і виконали серію продувок в аеродинамічній трубі. Витрата палива становитиме одну п'яту від того, що витрачають ракетні двигуни", - зазначає Хідеюкі Тагучі, провідний співробітник JAXA у напрямку гіпершвидкісних авіаційної техніки.
Де взяти водень?
Головною проблемою, що пояснює високу потенційну вартість експлуатації гіперзвукових літаків, залишається низька ефективність існуючого способу отримання водню.
Якби водень витягували з природного газу, а не отримували шляхом електролізу води, ціна квитка на гіперзвукової рейс могла б скласти приблизно половину від сьогоднішньої вартості квитка в бізнес-клас.
А при використанні нинішньої технології видобутку водню квиток на літак майбутнього, згідно з прогнозами, обійдеться в середньому в три рази дорожче квитка бізнес-класу на сучасний дозвуковій авіалайнер.
Правовласник ілюстрації Science Photo Library Image caption НАСА і ряд інших організацій досліджують можливість створення нових надзвукових пасажирських літаків
Так, за квиток в один кінець з Брюсселя в Сідней доведеться заплатити 5000 євро.
Як же більш ефективно видобувати водень в необхідних кількостях?
"У водень можна перетворювати електроенергію, вироблювану вітроелектростанціями, - вважає Стілант. - Цей принцип уже реалізований однією з бельгійських мереж супермаркетів - її магазини обладнані вітряками, що виробляють водень, на якому працюють вилочні навантажувачі".
На відміну від сучасних дозвукових літаків, авіалайнери, що працюють на водні, що не будуть викидати в атмосферу речовини, які посилюють парниковий ефект, такі як вуглекислий газ, окиси сірки та сажа.
Однак у водневих двигунів є свій недолік: в процесі їх роботи утворюються водяні пари, які надовго залишаються в стратосфері і можуть зіграти свою роль в процесі глобального потепління.
Гучність звукового удару, що досягає землі, може досягати 160 дБ - досить, щоб привести до незворотної втрати слуху
Причому викиди, що утворюються при згорянні водню, здатні виявитися навіть більш згубно для клімату, оскільки розсіюються вони дійсно дуже довго.
"Нам ще належить більш детально вивчити механізм цього процесу", - зазначає Стілант.
Проведені раніше дослідження показали, що період розсіювання водяної пари експоненціально скорочується при збільшенні висоти: на висоті в 25 км він може становити 30 років, а на висотах, що перевищують 32-34 км - менше року ".
Розробники літака Lapcat II, здатного розвивати швидкість М = 8, планують, що він буде літати на ешелонах набагато вище 33 км, що, як вони розраховують, зменшить шкідливий вплив на навколишнє середовище.
Альтернативою водню міг би стати скраплений природний газ - наприклад, переохолоджену метан, який при зберіганні в рідкому стані займає набагато менший обсяг, ніж в газоподібному.
"Це може покласти початок формуванню ринку гіперзвукової ділової авіації", - говорить Стілант.
Що робити зі звуковим ударом?
Над створенням такого ринку вже працюють інші компанії. Європейський виробник Airbus недавно запатентував концепцію гіперзвукового повітряного судна з дельтовидним крилом, здатного розвивати швидкість М = 4,5. Цю концепцію можна було б використовувати для створення ділових літаків.
Airbus також працює - спільно з американським стартапом Aerion - над створенням надзвукових реактивних літаків для забезпечених клієнтів.
Алюміній і титан при таких температурах плавляться, подібно маслу
А оборонний виробник Lockheed Martin працює над цивільним літаком N + 2. здатним літати зі швидкістю М = 1,7.
Однак на таких високих швидкостях польоту виникає ще одна проблема - вплив звукового удару, що викликається ударною хвилею від літака, що рухається з надзвуковою швидкістю.
Гучність звукового удару, що досягає землі, може досягати 160 дБ - досить, щоб привести до незворотної втрати слуху.
Фіксується на землі звуковий удар від летить на сверхзвуке Concorde становив 135 дБ - набагато голосніше, ніж в середньому шум, вироблений дозвуковими авіалайнерами.
Гіперзвуковим літакам довелося б літати між Європою і Америкою через Північний полюс, прокладаючи маршрут далеко від населеної місцевості.
Ще голосніше звуковий удар при зміні швидкості або маневруванні. Причому гучність досягає землі ударної хвилі в цьому випадку в два або три рази вище, ніж на висоті, на якій пролітає літак.
Правовласник ілюстрації Reaction Engines Image caption Літак, що розробляється в рамках проекту Lapcat A2, зміг би долати відстань між Європою і Австралією всього за кілька годин
Однак, оскільки європейський гіперзвукової літак буде літати вище звичайних авіалайнерів, площа звукового удару на місцевості виявиться більше, а його гучність - нижче.
Тим часом в Європі команда Стіланта продула в аеродинамічній трубі модель 300-місцевого гіперзвукового літака в масштабі 1: 120 на швидкості М = 8.
Випробування підтвердили здатність літака створювати позитивну тягу. Хоча він і буде витрачати вдвічі більше палива, ніж проектований авіалайнер, що розвиває швидкість М = 4, економія часу в дорозі складе близько 50%, так що на один і той же маршрут обом літакам буде потрібно приблизно однакову кількість палива.
Як перемогти проблему нагрівання?
Ще одна проблема, яку треба буде розв'язати, - це нагрівання зовнішніх поверхонь гіперзвукового літака: при польоті на швидкостях від М = 5 і вище температура його обшивки буде досягати 1000 ° C.
Алюміній і титан при таких температурах плавляться, подібно маслу. Доведеться використовувати керамічні матеріали.
В ході продувок на швидкості М = 8 поверхню моделі нагрівалася до температури приблизно на 30% нижче, ніж на швидкості М = 5.
Цей парадокс став приємним сюрпризом для команди Стіланта, яка представила результати випробувань на конференції в Глазго.
Пасажирами були б люди, які цікавляться незвичайними способами пересування і готові заплатити суму, еквівалентну сьогоднішнього квитку першого класу
"Маса термозащитного покриття, необхідного для повітряного судна, що літає на швидкості М = 8, може бути нижче, ніж для літака, що літає на М = 5. Чим легше літак, тим нижче витрата палива; відповідно, знижується обсяг паливних баків, а це, в свою чергу, веде до ще більшого полегшення конструкції ", - говорить Стілант.
Команда японських інженерів, що працюють над проектом Hytex, вивчила потенційний ринок гіперзвукових авіалайнерів з крейсерською швидкістю М = 5 і прийшла до висновку, що найбільш затребуваним став би 100-місцевий варіант, здатний виконувати два оборотних рейси за день (тобто всього чотири рейси від зльоту до посадки).
Пасажирами в основному були б люди, які цікавляться незвичайними способами пересування і готові заплатити суму, еквівалентну сьогоднішнього квитку першого класу.
Згідно з дослідженням, проведеним Airbus і японської Japan Aircraft Development Corporation. 2030 року вартість сегмента гіперзвукового авіабудування може скласти 3,5 млрд євро, а кількість зайнятого в ньому персоналу - перевищити 500 000 чоловік.
"Прогнозована ціна квитка на рейс з Токіо в Лос-Анджелес була б порівнянна з вартістю нинішнього квитка першого класу на тому ж напрямку", - говорить Тагучі.
Таким чином, гіперзвукові перельоти виявилися б доступними приблизно 10 відсоткам всіх авіапасажирів - тобто тим, хто має можливість і бажання платити за більш швидкісні перельоти.