Всего пару десятилетий назад в авиации действовали некоторые правила. Если вы хотели быстро летать в атмосфере, вы использовали реактивный двигатель. Чемпионом здесь был SR-71 Blackbird, разработанный Lockheed Martin, но его максимальная скорость составляла 3 Маха. Если вы хотели двигаться быстрее, вам нужна была ракета. Но это также означало необходимость носить собственный кислород и действовать скорее как космический корабль, чем как самолет. Это было до того, как появился НАСА X-43A.
X-43A был беспилотным самолетом с планером всего 12 футов в длину, которому в 2004 году удавалось летать со скоростью, в десять раз превышающей скорость звука. Это был результат Hyper-X, исследовательской инициативы стоимостью примерно 230 миллионов долларов, призванной доказать, что радикально новый тип двигателя, ГПВРД, действительно может работать за пределами лаборатории. До этого ученые только подсчитывали цифры с помощью компьютерного моделирования и аэродинамических труб.
X-43A не мог взлететь самостоятельно. Массивный бомбардировщик B-52B мог бы дать ему этот первоначальный толчок, подняв X-43A на высоту примерно 40 000 футов. Оттуда он сбросит корабль, привязанный к носовой части модифицированной ракеты «Пегас». Затем ракета выстрелит, подняв Х-43А на испытательную высоту.
Испытание не имело ошеломительного успеха. Первая попытка в июне 2001 года фактически провалилась после того, как ракета-носитель вышла из строя. Это заставило команду потратить два года на переработку своего подхода. Они вернулись с удвоенной силой в 2004 году. В марте корабль достиг скорости 6,8 Маха. Затем, 16 ноября 2004 года, второй автомобиль пронесся по небу на невероятной скорости 9,6 Маха, или почти 7000 миль в час, на высоте около 110 000 футов. Двигатель работал всего около десяти секунд, но в этом крошечном окошке было доказано, что гиперзвуковой полет на воздушном транспорте возможен.
Почему ГПВРД так важны
Достичь этих невозможных скоростей помогает технология, называемая ГПВРД, что по сути означает «ПВРД сверхзвукового сгорания». В отличие от обычного реактивного двигателя, в котором для подачи воздуха используются лопасти вентилятора, принцип работы ГПВРД заключается в том, что он не имеет движущихся частей. Вместо этого он использует скорость самолета для сжатия поступающего воздуха. Удивительно то, что воздух остается сверхзвуковым на протяжении всего двигателя, пока топливо впрыскивается и сгорает. Это серьезная инженерная задача, поскольку вам придется поддерживать пламя в потоке воздуха, движущемся быстрее звука. Именно поэтому ГПВРД не могут работать на низких скоростях, и им нужна ракета, чтобы заставить их двигаться достаточно быстро, чтобы «включиться».
Но все эти проблемы не напрасны, поскольку большим преимуществом является то, что ГПВРД дышат кислородом из атмосферы — в отличие от ракет, которые должны нести собственный тяжелый окислитель. Это означает, что они могут быть меньше, легче или нести больше полезной нагрузки. Все это действительно увлекательно, но программа Hyper-X никогда не предназначалась для производства серийного самолета или даже для постоянной миссии. Скорее, с самого начала он задумывался как исследовательский проект из трех полетов. После этих двух успешных полетов в 2004 году НАСА собрало все необходимые данные и завершило работу.
Как живет X-43A
Однако программа Hyper-X так и не умерла полностью. Эстафета была передана ВВС США, которым было поручено выяснить, что будет дальше. Следующим шагом стал рекордный Boeing X-51 WaveRider, прямой преемник, взявший начатое у X-43A и работавший с ним. В 2013 году X-51 продемонстрировал, насколько далеко продвинулись технологии, совершив полет с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, который длился колоссальные 210 секунд.
Но реальная история – это волновой эффект, который оказали крошечные корабли. Данные, полученные в ходе его полетов, стали своего рода учебником для всех последующих американских гиперзвуковых программ. Инженеры усвоили несколько важных уроков, например, тот факт, что весь аппарат должен быть спроектирован как единое целое с двигателем, и получили ценную информацию о том, как справиться с жарой гиперзвукового полета.
Даже сегодня эти летные данные 20-летней давности по-прежнему являются «ключом к ответу», который инженеры используют для перепроверки своих современных компьютерных симуляций при проектировании новых транспортных средств. Это также то, что удерживает мечту о полете самолета прямо на орбиту из чистой фантазии.
