Китай создает гиперзвуковой пассажирский авиалайнер. Зачем?

  • 4 марта 2018
китайский авиалайнер Правообладатель иллюстрации China Science Press
Image caption Китайский проект гиперзвукового самолета использует схему биплана

В Китае опубликованы данные о новом проекте гиперзвукового пассажирского самолета. Работы над ним ведутся в китайской Академии наук уже в течение нескольких лет.

В настоящее время беспосадочный перелет из Пекина в Нью-Йорк занимает 14 часов. Сокращение этого времени до нескольких часов было бы значительным достижением.

Исследования по этой теме ведутся в разных странах, но обычно они относятся к военной сфере, где на научно-исследовательские работы отводятся значительные средства, а соображения рентабельности не играют такой роли.

Вопрос стоит так - будет ли самолет, способный достигать скорости, в пять раз превышающей скорость звука, целесообразен в коммерческом плане?

Правообладатель иллюстрации Getty Images
Image caption Англо-французский "Конкорд" совершил последний полет в 2003 году - с тех пор у него не появилось последователей

Быстрый, быстрее, самый быстрый

Обычно при классификации скоростных типов авиатехники используется шкала, основанная на числе Маха, то есть скорость звука (в среднем 1224 километра в час на уровне моря) принимается за единицу.

  • Дозвуковые самолеты - самолеты, не достигающие скорости звука, в том числе все современные авиалайнеры
  • Сверхзвуковые - самолеты, способные летать со скоростью, превышающей скорость звука, но не более чем в пять раз - например "Конкорд", который обслуживал маршруты между США и Европой с 1976 по 2003 год.
  • Гиперзвуковые - самолеты, способные развивать скорость, превышающую скорость звука более чем в пять раз; в настоящее время испытываются экспериментальные аппараты.

Китайские разработчики ведут работу по двум важнейшим направлениям в области гиперзвукового транспорта - аэродинамике и двигателям.

Правообладатель иллюстрации Getty Images
Image caption Аппарат НАСА X-43A является самым быстрым в мире - он запускается с борта бомбардировщика B-52

Аэродинамические качества гиперзвукового самолета сильно отличаются от дозвукового; чем выше скорость, тем сильнее нагреваются корпус и крылья такого самолета.

"Аэродинамическое сопротивление растет по экспоненте - если вы удваиваете скорость, сопротивление возрастает в четыре раза", - говорит профессор Николас Хатчинс из университета Мельбурна.

Китайские исследователи предложили новую конструкцию гиперзвукового самолета - вместо привычного монокрыла у него будет второе крыло, расположенное над первым. Это поможет уменьшить аэродинамическое сопротивление.

Правообладатель иллюстрации NASA
Image caption Аппарат НАСА X-43A достиг скорости 9,6 М - 11850 км в час в 2004 году

Пока что разработчики испытывали модели в аэродинамической трубе. До реальных полетов прототипа должно пройти много времени.

Быстрее пяти скоростей звука

Даже если аэродинамические расчеты подтвердятся, предстоит решить множество других проблем.

Правообладатель иллюстрации USAF
Image caption Аппарат компании Boeing X-51 Waverider проходит программу испытаний

При переходе через звуковой барьер летательный аппарат генерирует воздушную волну, которая на земле слышна как громкий хлопок, способный спровоцировать разрушения. Кроме того, существует проблема разогрева металлической поверхности фюзеляжа и крыльев на скорости, превышающей 5М.

Далеко не решен и вопрос о том, какими двигателями предстоит оснащать такой самолет. Сейчас мало кто сомневается в типе маршевого двигателя - им наверняка станет вариант прямоточного реактивного двигателя, который может работать только на скорости более 5М.

Поэтому для взлета, посадки и разгона гиперзвуковому самолету понадобятся двигатели другого типа. Видимо, придется разрабатывать совершенно новый комбинированный двигатель, который будет сочетать в себе свойства привычных для гражданской авиации турбореактивных двигателей и прямоточных.

Правообладатель иллюстрации Darpa
Image caption Аппарат Falcon HTV-2 создан американским агентством DARPA в экспериментальных целях. Он способен достигать скорости 5 М (более 6000 км в час)

"В Китае в течение последних двух лет осуществляется крупная программа по созданию такого двигателя, - говорит профессор Майкл Смарт, возглавляющий лабораторию гиперзвуковой тяги в университете Квинсленда. - В случае успеха это станет настоящей революцией в отрасли".

Цены, цены

Если отвлечься от технических достижений, то основным вопросом является рентабельность такого гиперзвукового авиатранспорта.

Здесь поучительны уроки, которые принесла многолетняя эксплуатация сверхзвукового лайнера "Конкорд".

Этот самолет создавался совместно Великобританией и Францией и совершил свой первый полет в 1969 году.

Тогда "Конкорд" преподносился как будущее мировой авиации - однако на деле авиаперевозчики отказались от его массовой закупки.

В итоге самолет был выпущен ограниченной серией, а в 2003 году и вовсе снят с эксплуатации.

Правообладатель иллюстрации Boom
Image caption Американская фирма Boom рассчитывает на возрождение пассажирского сверхзвукового транспорта

Причин для этого было сразу несколько. Так, большинству потенциальных клиентов билеты на "Конкорд" были не по карману.

Кроме того, введенные тогда же ограничения на уровень шума означали, что сверхзвуковой авиалайнер мог преодолевать звуковой барьер только над безлюдными просторами океана.

Это ограничивало использование самолета трансатлантическими маршрутами и снижало его рентабельность.

Правообладатель иллюстрации Aerion
Image caption Компания Aerion сотрудничает с авиаконцернами Lockheed Martin и GE Aviation в разработке сверзвукового лайнера для деловых клиентов

Хотя в последние годы интерес к сверхзвуковому авиатранспорту возродился, речь пока идет об экспериментальных разработках.

Правообладатель иллюстрации Spike
Image caption Фирма Spike Aerospace имеет планы создания сверхзвукового самолета для богатых клиентов

Гиперзвуковой пассажирский самолет будет еще более сложен в производстве и эксплуатации. Такому самолету присущи все классические проблемы сверхзвука - аэродинамический удар, высокие эксплуатационные затраты и другие.

Статья, опубликованная в февральском номере журнала Physics, Mechanics & Astronomy, утверждает довольно смело, что в будущем гиперзвуковые перелеты станут более удобными и эффективными, чем нынешний авиатранспорт.

Но, как считает сотрудник сайта Flightglobal Эллис Тейлор, пройдет не менее 15-20 лет до того момента, как гиперзвуковая авиатехника станет рентабельной.

Правообладатель иллюстрации Reaction Engines
Image caption Проект гиперзвукового авиалайнера А-2 британской фирмы Reaction Engines

"Пока что трудно говорить о том, что есть спрос и рынок для таких самолетов, - говорит он. - Исторически цены на авиабилеты снижаются, и будет затруднительно найти потребителей, которые будут готовы платить за гиперзвуковые полеты. Скорее всего, первые такие самолеты появятся для обслуживания узкого круга клиентов".

Военная сфера

Как сообщали китайские средства информации, ученые, которые занимаются разработкой будущего китайского гиперзвукового авиалайнера, также участвуют в оборонных исследованиях.

Image caption Гиперзвук: уследить за таким летательным аппаратом будет очень трудно

Будущее гиперзвуковой авиатехники прежде всего связано именно с военной сферой. Гиперзвуковой авиаразведчик будет очень затруднительно перехватывать, а его развертывание будет очень быстрым. Гиперзвуковые крылатые ракеты смогут успешно преодолевать существующие системы ПВО.

На современном этапе только США, КНР и в какой-то степени Россия ведут работы в этом направлении. Неудивительно, что информации об этом доступно крайне мало, и поэтому трудно сказать, кто задает тон.

"В историческом плане США всегда лидировали в этой области, но Китай наступает им на пятки", - говорит профессор Смарт.

Новости по теме