ПАССАЖИРСКИЙ СВЕРХЗВУКОВИК: ГОНКА ЗА ПРИЗРАКОМ СКОРОСТИ

Александр Николаев

Четыре года назад, в октябре 2003 г., закончился летный век англо-французского сверхзвукового пассажирского самолета (СПС) "Конкорд". С грустью проводили в последний полет огромную белую птицу его создатели, члены экипажей и бывшие пассажиры. Более чем за двадцать лет эксплуатации "Конкорды" налетали сотни миллионов километров, о них сняты документальные и художественные фильмы, написаны книги. Стало расхожим мнение, что вот, мол, англичанам и французам удалось создать удачный СПС, а советские конструкторы со своим Ту-144 фактически провалились. Так ли это?

Середина пятидесятых годов минувшего века ознаменовалась появлением сверхзвуковых истребителей, поступивших на вооружение ВВС ряда стран. Чуть позднее, к началу шестидесятых, пришел черед реактивных сверхзвуковых бомбардировщиков. Относительно крупные машины В-58 "Хастлер" и Ту-22 сумели довести до приемлемого уровня лишь две страны мира - США и СССР. Еще более крупные бомбовозы-ракетоносцы В-70 "Валькирия" и М-50 остались в опытных экземплярах. Подчеркнем, что пассажирские реактивные самолеты соответствующего периода обладали максимальными скоростями порядка 800…900 км/ч (примерно такими они остались и сегодня), но в воздухе начала витать идея создания сверхзвукового пассажирского самолета. Казалось, его появление сулило немалые преимущества. Прежде всего, постройка сверхзвукового лайнера высоко поднимала политический и технический престиж страны. И кроме того, многим специалистам казалось, что массовое внедрение таких машин приведет к очередному качественному скачку авиационной отрасли в целом и гражданской авиации, в частности. К примеру, А.С. Яковлев в своей книге "Цель жизни" писал: "К числу важнейших задач относится создание трансконтинентальных сверхзвуковых транспортно-пассажирских самолетов".

Первую попытку создания сверхзвукового авиалайнера предприняла, по-видимому, американская фирма "Конвэр", изучавшая возможность создания сверхзвукового пассажирского самолета на базе бомбардировщика "Хастлер". Предполагалось удлинить и расширить фюзеляж, разместив в нем сотню пассажирских кресел, несколько изменить аэродинамику машины. Но когда проект обсчитали экономисты, от него пришлось отказаться. Выяснилось, что билет на СПС от Нью-Йорка до Сан-Франциско стоил бы в восемь раз дороже, чем на "Боинге". Кроме того, конвэровская машина не обладала трансатлантической дальностью, что автоматически исключало ее из конкурентной борьбы на одной из самых престижных авиатрасс.

При создании полноценного СПС перед конструкторами вставало несколько серьезных технических и экологических проблем. Боевые самолеты того времени хотя и считались сверхзвуковыми, но все же львиную долю полетного времени летали на дозвуке, преодолевая звуковой барьер лишь на непродолжительное время: при прорыве ПВО, броске к цели, преследовании противника, уходе из-под атаки и т.д. По-существу, их можно считать дозвуковыми самолетами, способными лишь кратковременно "выскакивать" на сверхзвук, причем лишь с включением форсажа, то есть на очень неэкономичном режиме. Пассажирский же сверхзвуковик для получения преимуществ перед обычным лайнером должен лететь со скоростью М > 1 на протяжении большей части маршрута. Как известно, в районе числа М = 1 коэффициент лобового сопротивления Сх резко увеличивается, что делает крайне нерациональным полет с соответствующей скоростью. Положение с Сх несколько улучшается с увеличением числа М примерно до 2…2,3. Далее вступает в действие так называемый тепловой барьер: из-за трения о воздух некоторые части самолета, особенно передние кромки крыла, фюзеляжа, воздухозаборников недопустимо разогреваются, что ведет к потере механической прочности. Становятся неприменимыми конструкционные материалы типа дюралюминия, а именно они являлись и до сих пор остаются самыми широко распространенными в авиации.

У самолета Ту-144 на МАКС-2007

Итак, крейсерская скорость полета СПС не могла в то время превосходить величины, соответствующей М = 2,3. Но ведь скоростной напор при такой скорости приблизительно в пять раз больше, чем при полете на дозвуке, поэтому потребная тяга двигателей возрастает многократно (с учетом увеличившегося Сх). На большой высоте (порядка 15 км) тяга газотурбинного двигателя в четыре-пять раз (в зависимости от типа ГТД) меньше, чем у земли. Так что, двигатель с "паспортной" тягой 20 тс у земли реально "выдаст" на высоте 15 км всего 4…5 тс. Его "прожорливость" сильно зависит от того, насколько велик вклад форсажной камеры в создание тяги. Грубо можно считать, что на форсаже удельный расход топлива приблизительно вдвое больше удельного расхода на бесфорсажном максимальном режиме. Суммируя все факторы, разработчики приходили к неутешительному выводу: для полета на сверхзвуковом режиме с М = 2 на некоторое расстояние требуется в четыре-пять раз больше топлива, чем для преодоления этого же расстояния на "дозвуке". Кроме того, требуется создание ГТД, способного длительно (несколько часов непрерывно) и при этом с высокой надежностью работать на сверхзвуковом режиме.

Следует учитывать, что любое тело, движущееся в атмосфере со сверхзвуковой скоростью, создает систему скачков уплотнения, которая, достигая земли, воспринимается как громовой грохот. Очевидно, что для ограничения шумового воздействия на людей полеты СПС должны происходить либо над ненаселенной местностью (океан, северная часть Сибири), либо на очень большой высоте, не менее 15…17 км.

После серии катастроф первого английского реактивного лайнера "Комета" имидж британской авиапромышленности серьезно пошатнулся. "Боинги" и "Дугласы" стали решительно вытеснять английские машины с рынка авиаперевозок. Для реванша требовалось совершить технологический прорыв в области гражданского самолетостроения. Англичане решили сфокусировать все усилия на "двумаховом" проекте. Заказы на разработку технических проектов получили фирмы, входившие в концерн ВАС - планер должен был разрабатываться компанией "Бристоль Эркрафт", а двигатели - фирмой "Бристоль Сиддли". К концу 1960 г. появился аванпроект шестидвигательной машины с 140 пассажирами. Одновременно оценили объем потребных капиталовложений и поняли, что ослабленная экономическим кризисом промышленность Великобритании не сможет самостоятельно реализовать такое "чудо века". Тогда англичане приступили к поиску партнеров в Европе.

В это же время во Франции на фирме "Сюд Авиасьон" проектировался во многом похожий СПС, несколько уступавший английскому варианту по дальности и пассажировместимости. Переговоры прошли на удивление быстро и успешно, особенно учитывая традиционную остроту конкуренции между английскими и французскими авиаконструкторами. Вскоре появился совместный англо-французский проект 100-местного пассажирского самолета со сверхзвуковой скоростью и трансатлантической дальностью, получивший имя "Конкорд", что в переводе означает "Согласие".

Американцы решили повременить и посмотреть, что получится у конструкторов Старого света. Тем более, что и русские зашевелились.
Пионером в области проектирования отечественного СПС является мясищевское ОКБ-23, еще в 1958 г. приступившее к исследованию возможных вариантов "преобразования" боевых машин М-50 и М-52 в пассажирские. Сравнительно быстро выяснилась бесперспективность этого направления, и в 1959 г. В.М. Мясищев принял решение о целесообразности создания полностью оригинального самолета. В декабре 1959 г. вышло постановление Совмина СССР № 569-232, задавшее разработку пассажирского "сверхзвуковика" под названием М-53. При полетной массе 165 т самолет должен был оснащаться четырьмя двигателями РД16-23 главного конструктора П.Ф. Зубца. Как альтернатива рассматривались также еще не существовавшие в металле двигатели ВК-15 главного конструктора В.Я. Климова. Проект самолета М-53 был представлен в Госкомитет по авиационной технике в конце августа 1960 г., но уже через два месяца ОКБ-23 прекратило существование в качестве самостоятельной организации.

Первые технические предложения ОКБ-156 главного конструктора А.Н. Туполева по СПС, относящиеся к началу шестидесятых годов минувшего века, базировались на конструкции дальнего бомбардировщика Ту-22 (вариант "134"), а также на проекте стратегического ударного самолета "135" (вариант "135П"). Специалисты туполевского ОКБ решили, что для СССР наиболее предпочтительным является создание машины, близкой к англо-французскому "Конкорду". Впоследствии это обстоятельство привело к ряду инсинуаций и появлению оскорбительных псевдоназваний применительно к Ту-144 (на Западе его именовали "Конкордский", намекая на "цельнотянутость" идеи). Наши, как обычно, отрицали плагиат, но у западноевропейцев под влиянием прессы сформировалось соответствующее мнение.

Сборка самолета "Конкорд"

Интересно, что определенную роль в формировании позиции о целесообразности разработки отечественного СПС сыграла статья шведского авиаконструктора Лундберга в американской газете "Вашингтон пост", вышедшая 15 сентября 1963 г. Каким-то образом она попала в руки первого секретаря ЦК КПСС Н.С. Хрущева, который в конце года направил статью для рассмотрения руководителям военно-промышленного комплекса СССР Д.Ф. Устинову и Л.В. Смирнову, председателю ГКАТ П.В. Дементьеву, начальнику Главного управления ГВФ Е.Ф. Логинову и генеральному конструктору А.Н. Туполеву.

Суть статьи сводилась к тому, что создание СПС сопряжено с огромным ворохом технических проблем и, по мнению Лундберга, нецелесообразно. Лундберг писал, что СПС "не может обеспечить такую же безопасность, какую обеспечивает в настоящее время самолет с дозвуковой скоростью полета".

Местами он рассуждал, не располагая достоверной информацией о проблеме, и утверждал, в частности, что "шум в салоне сверхзвукового самолета будет сильнее".

Вместе с тем, он сосредоточивал внимание читателей и на реальных проблемах: "Может оказаться, что проектируемые в настоящее время сверхзвуковые самолеты получат разрешение на полеты лишь в пределах страны, где этот самолет построен".

Совместная позиция руководителей авиапрома СССР по поводу статьи малоизвестного конструктора из Швеции была изложена в справке, направленной Н.С. Хрущеву в марте 1964 г. В ней выражалось несогласие с выводами Лундберга: "Эта задача является одной из важнейших практических задач в развитии авиации для стран с высокоразвитой промышленностью. При проектировании такого самолета потребуется провести сложные исследования и найти решение ряда проблем, однако накопленный опыт по дозвуковым реактивным пассажирским самолетам и сверхзвуковым военным самолетам дает уверенность в том, что создание сверхзвукового пассажирского самолета может быть успешно осуществлено".

Впрочем, иного ответа и не могло быть. Ведь еще в июле 1963 г. вышло постановление ЦК КПСС и Совмина № 798-271 "О создании ОКБ А.Н. Туполева СПС Ту-144 с четырьмя реактивными двигателями и о постройке партии этих самолетов".

Итак, 26 октября 1962 г. правительства Франции и Великобритании подписали финансово-экономическое соглашение о совместных работах по проектированию, постройке и испытанию СПС "Конкорд". Англичане брали на себя 2/3 работ по двигательным установкам, а французы - примерно 60 % всех работ по планеру и его системам. Головными исполнителями выступали английская фирма "Бритиш Эркрафт" и французская "Сюд авиасьон". Разработанные для самолета реактивные двигатели "Олимпус" тягой 17100 кгс также явились результатом сотрудничества двигателестроительных фирм "Роллс-Ройс" и "СНЕКМА". Сумма затрат на 8 лет программы составляла 170 млн фунтов стерлингов и распределялась между странами поровну. Однако сложнейшие проблемы, которые пришлось разрешать в процессе создания "Конкорда", существенно изменили планы первоначального финансирования. За 14 лет работ по созданию такого самолета было затрачено более 1200 млн фунтов стерлингов. Поэтому и стоимость серийного экземпляра составила не уже 10, а 60 млн долл.

Для испытания необычного, так называемого "оживального" крыла "Конкорда" в условиях реального полета было решено, помимо испытаний в аэродинамических трубах, построить самолет-аналог.

"Конкорд" - экспонат музея в Ле-Бурже

Проведенные испытания позволили фирмам назначить технический ресурс планера в 45000 летных часов. Важной особенностью СПС "Конкорд" явилось использование основной электрической системы управления самолетом. Жесткая механическая связь являлась резервной.

Полет со сверхзвуковой скоростью требовал повышенного расхода топлива по сравнению с дозвуковыми самолетами, поэтому в крыле и фюзеляже самолета "Конкорд" в 17 баках размещалось 119786 л топлива. Неважный обзор из кабины на взлетно-посадочных режимах был скомпенсирован отклонением носовой части фюзеляжа вниз на 12,5°. Именно это техническое решение в сочетании с "оживальной" формой крыла были в глазах западных обывателей наиболее убедительной уликой "цельнотянутости" конструкции отечественного Ту-144.

Первый опытный самолет "Конкорд" с заводским номером 001, построенный во Франции, совершил первый полет 2 марта 1969 г., уступив пальму первенства советскому самолету Ту-144, впервые взлетевшему 31 декабря 1968 г. Британский "Конкорд" 002 взлетел 9 апреля 1969 г. После этих двух опытных образцов были построены два предсерийных "Конкорда" и еще два планера для проведения статических испытаний на усталость. Только 6 декабря 1973 г. с заводского аэродрома в Тулузе поднялся в небо первый серийный самолет. Он и следующие три "Конкорда" летали в арктических и тропических условиях для оценки их летных и эксплуатационных характеристик.

Но будущее "Конкорда" оставалось сомнительным. Дело в том, что одноконтурные ТРДФ "Олимп" 593-1 отличались весьма высоким уровнем шума. Это обстоятельство привело к тому, что США и Япония запретили полеты самолетов "Конкорд" над своей территорией.
В 1975 г. правительства Франции и Великобритании решили прекратить серийное производство "Конкордов", а весь имевшийся в наличии авиапарк выставить на продажу за символическую цену в один франк (или в один фунт - для английских покупателей) за штуку. Правда, продажа оговаривалась условием: компания-покупатель была обязана использовать товар по прямому назначению, а не разделывать лайнер на сувениры и не устраивать в его салоне пивной бар. Перепродавать самолеты третьим лицам разрешалось с тем же условием и по той же цене, какую заплатили прежние владельцы. В результате этой беспрецедентной акции "Эр Франс" приобрела товара на пять франков, а "Бритиш Эруэйз" - на семь фунтов!

17 октября 1977 г. Верховный суд США снял запрет руководства Нью-Йоркского аэропорта на полеты "Конкорда". Коммерческие рейсы между Нью-Йорком и Лондоном возобновились в конце 1977 г., а с января 1978 г. они стали ежедневными. Довольно быстро выявилась убыточность самолетов из-за большого расхода топлива (а в 1970-х годах разразился энергетический кризис), и, как следствие, высокой стоимости билетов. Коэффициент загрузки самолета снизился до 0,4, и авиакомпании вынуждены были прекратить полеты в Южную Америку, Африку и Азию. Остались более-менее рентабельными маршруты в США.

Разработчики не сидели сложа руки. Были усовершенствованы двигатели, что позволило снизить уровень шума и повысить их экономичность. Лишь в начале 1980-х эксплуатация "Конкорда" стала приносить прибыль. В 1983 г. у авиакомпании "Эр Франс" она составила 3,1 млн долларов, в следующем - уже 6,3 млн. Английская авиакомпания "Бритиш Эруэйз" начиная с 1983 г. стала в среднем получать ежегодно 12...15 млн долларов. "Конкорды", принадлежавшие "Эр Франс", за десять лет перевезли 620000 пассажиров, преодолели расстояние протяженностью почти 70 млн км и налетали 45000 часов. Авиакомпания "Бритиш Эруэйз" перевезла на "Конкордах" за это время более 800000 пассажиров.

Вместе с тем, авиаперевозчикам приходилось выворачиваться наизнанку, чтобы приманить разборчивого клиента.

Однако все дальнейшие перспективы сломала катастрофа 25 июля 2000 г., случившаяся при взлете с парижского аэропорта. "Конкорд" загорелся и рухнул на гостиницу, погубив не только 113 человек (100 пассажиров, 9 членов экипажа и 4 посетителей ресторана), но и репутацию всей сверхзвуковой пассажирской авиации. Согласно выводам специальной комиссии, причиной катастрофы стало попадание под колесо тонкой титановой пластинки, отвалившейся от двигателя DC10 компании "Континентал". Потерянная деталь привела к разрушению покрышки, куски резины пробили нижнюю поверхность крыла, вызвав утечку из топливного бака и возгорание керосина. Затем поочередно отказали два двигателя, и двухсоттонный самолет, который к тому же еще не успел набрать достаточной высоты, упал в двух километрах от Гусенвиля - места гибели советского Ту-144 (об этой катастрофе чуть позднее).

Тем не менее, компании, эксплуатировавшие "Конкорд", сдаваться не собирались. После доработки шасси и конструкции топливных баков были восстановлены летные сертификаты, и руководство компаний торжественно объявило о возобновлении рейсов в Нью-Йорк осенью 2001 г. Однако в сентябре 2001 г. там, как известно, состоялись другие "полеты", после которых мир до сих пор не может прийти в себя. Вместе с башнями международного торгового центра рухнул и спрос на полеты в Нью-Йорк со скоростью, соответствовавшей М = 2.

Впрочем, рейсы в Нью-Йорк, хотя и с половинной заполняемостью, все же возобновили, но в декабре 2002 г. случилась новая авария: теперь уже у британского "Конкорда" в полете отвалился фрагмент закрылка. И хотя жертв удалось избежать, испытывать судьбу теперь отваживались немногие.

Прощальный рейс британского лайнера состоялся 24 октября 2003 г. (французы прекратили полеты еще 31 мая).

(Продолжение в следующем номере)