Первый самолет с ПВРД был советским и появился всего через семь лет после этого, но и до сего дня данный двигатель почти не нашел себе применения — разве что в самых мудреных военных самолетах. Причина в основном заключается в том, что самолет, которому нужно два типа тягового усилия — один для набора скорости, на которой другой может начать работать, — по определению окажется очень дорогим.
Этого мало. У прямоточного воздушно-реактивного двигателя, который становится эффективным, начиная где-то с одного Маха, есть и верхний предел скорости. Дело в том, что воздух внутри двигателя приходится замедлять до дозвуковых скоростей, иначе не произойдет воспламенения топлива. При принудительном замедлении воздуха двигатель нагревается до невероятных температур, какой бы метод замедления вы ни применили. На скорости выше пяти Махов ПВРД просто развалится.
Тут появляется сверхзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (СПВРД). В нем топливо, впрыскиваемое в двигатель, разгоняется до сверхзвуковой скорости, — и, соответственно, воздух, поступающий в мотор, замедлять не требуется. Достоинство такого двигателя заключается в том, что он способен нормально работать на скоростях выше пяти Махов и на высоте 74 км над поверхностью Земли, где самолет не может нанести никакого вреда атмосфере. Его недостаток заключается в том, что, если скорость попадающего внутрь воздуха падает ниже М1, двигатель захлебывается — и происходит взрыв.
Национальный консультативный комитет по аэронавтике США (NACA) поджигает фитильВ проекте NASA среди сверхзвуковых самолетов серии Х — мы будем говорить о них в следующей главе — уже есть экспериментальные СПВРД. Если Алану Бонду удастся настоять на своем, Европа от США не отстанет.
Бонд — бывший британский авиаинженер, который начинал свою карьеру в ракетном подразделении Rolls-Royce; под его руководством команда ученых разработала проект межзвездного космического корабля Daedalus. В настоящее время он на деньги Европейского космического агентства (ESA) разрабатывает двигатель, который мог бы обеспечивать и полет самолета со скоростью, впятеро превышающей скорость звука, и выход на орбиту Земли, причем без заметного вреда для экологии.
Компания Бонда Reaction Engines со штаб-квартирой в Оксфордшире работает над проектом авиалайнера под названием А2. Предполагается, что типичный рейс А2 будет выглядеть примерно так: вылет из международного аэропорта Брюсселя и выход на нормальной дозвуковой скорости М0,9 в воздушное пространство над Атлантическим океаном; затем набор скорости М5 и полет через Северный полюс и дальше над Тихим океаном в Австралию. Полное полетное время составит примерно 40 минут. Сегодня полет по такому маршруту занимает около 22 часов.
Главный секрет А2 — двигатель: это ПВРД с хитроумным теплообменником; он отбирает тепло у входящего в двигатель воздуха и передает его водороду, который здесь используется в качестве топлива. Это означает, что двигатель может спокойно работать даже в том случае, если воздух проносится через него с огромной скоростью. Чем быстрее движется воздух, тем холоднее двигатель. Специалисты Reaction Engines считают, что для их ПВРД не потребуются экзотические материалы; наоборот, его можно будет делать из легких сплавов.
Но есть еще и Skylon — ракетный корабль Алана Бонда. Этот летательный аппарат на водородном топливе взлетает с обычной взлетной полосы, разгоняется до М5,5, а затем — благодаря все тому же хитроумному теплообменнику — начинает замораживать кислород, попадающий в двигатель, для дальнейшего использования вне пределов атмосферы. На этом этапе Skylon смешивает собранный из атмосферы и сжиженный кислород с имеющимся на борту запасом жидкого водорода и получает традиционное ракетное топливо.
— Это совершенно уникальный проект, — говорит Марк Хемпселл, директор Reaction Engines по перспективным проектам. И это заявление полностью оправданно!
Концепция корабля Skylon Алана Бонда: самолет, который считает себя ПВРД, который считает себя ракетой!В 1670 г. в Италии священник-иезуит по имени Франческо де Лана придумал схему летательного аппарата. Он предложил изготовить пустотелую медную сферу. Стенки сферы следовало сделать тонкими, но прочными, чтобы она не смялась, если изнутри откачать воздух. Как только воздух будет откачан, рассуждал де Лана, сфера станет легче воздуха и будет в нем плавать.
Двести с лишним лет спустя, в 1898 г., шестнадцатилетний подросток из Вустера (штат Массачусетс) придумал примерно то же самое. Он сделал свой шар из алюминия и наполнил водородом. Шар не взлетел. Но юноша, которого звали Роберт Хатчингс Годдард, заразился тайной полета. В 1919 г. он написал блестящую и очень основательную книгу о будущем ракетной техники, которая называлась «Способ достижения экстремальных высот» (А Method of Reaching Extreme Altitudes). В ней говорилось и о возможности космических путешествий. Идея была высмеяна; Годдард не забыл этого до конца жизни.
Он продолжал работать: 16 марта 1926 г. профессор Годдард, больной туберкулезом и избегавший всякой публичности, запустил на ферме своей тетушки в Оберне (штат Массачусетс) первую в мире ракету на жидком топливе. Ракета, получившая название Nell, поднялась на 12,5 м и упала на капустное поле. Соседи были недовольны.
Годдард всю жизнь шел своим путем, но его голос не остался гласом вопиющего в пустыне. Коллеги по научной деятельности любили и уважали Годдарда, хотя и посмеивались над его «безумными» идеями. Нашлось и несколько влиятельных людей, которые поняли, что «безумные» идеи профессора не так уж безумны. Среди этих людей был и Чарльз Линдберг, который познакомил Годдарда с финансистом Дэниелом Гуггенхаймом. В 1930 г. Гуггенхайм согласился финансировать исследования Годдарда в течение четырех лет с общим бюджетом $100 000. После многих лет не слишком успешного поиска денег Годдард, должно быть, решил, что он умер и попал в рай.
Рай, по мнению Годдарда, находился в городке Розвелл (штат Нью-Мексико). Здесь он практически в полной изоляции и тайне работал с командой помощников около двенадцати лет; он запускал твердотопливные ракеты, жидкостные и даже многоступенчатые ракеты, некоторые из которых достигали скорости 250 м/с. Тео Камеке в 1970 г. включил в свой прекрасный документальный фильм «Первая лунная прогулка» (Moonwalk One) интереснейшие кадры этих экспериментов. Американские ученые и американская публика не были готовы к футуристическим достижениям Годдарда, а вот немцы, как выяснилось, были.
Рай в представлении Роберта Годдарда: так выглядели его ракетные эксперименты в штате Нью-Мексико, когда денег была достаточноРакетная лихорадка захватила воображение германской публики еще в 1920-е гг. Именно тогда появились всевозможные авангардные фильмы, романы и картины на эту тему. Идея космических путешествий была так популярна, что лунные ракеты стали привычной деталью любого карнавального шествия, а первопроходцы ракетного дела Максимилиан Валье, Фриц фон Опель и Рудольф Небель прославились постановкой зрелищных публичных экспериментов.
В 1920-е гг. с благословения немецких физиков, таких как Герман Оберт, был организован самый важный, наверное, ракетный клуб того времени — Ракетное общество (Verein fur Raumschiffahrt, или VfR). Они персонально опекали самых талантливых молодых ракетчиков страны, таких как Вилли Лей и Вернер фон Браун.
Фриц Ланг заразился ракетной лихорадкой во время съемок фильма «Женщина на Луне» (Frau im Mond, 1928 г.). Сценарий к фильму написала его жена Теа фон Харбоу, которая в дальнейшем продолжала писать сценарии для шедевра Ланга «Метрополис» (Metropolis). Ланг понимал, что снимает для весьма подготовленной аудитории, и делал все возможное, чтобы обеспечить высокий научный уровень сценариев. Он обратился за консультацией в VfR, откуда его перенаправили к самому ценному научному консультанту Общества — австро-венгерскому физику Герману Оберту[11]. Началось необычное и замечательное сотрудничество.
Оберт начал интересоваться ракетами с одиннадцати лет, когда мать дала ему книгу Жюля Верна «С Земли на Луну»; мальчик прочел книгу «по крайней мере пять или шесть раз и в конце концов знал практически наизусть». Когда Оберт выяснил, что расчеты писателя не были совершенной выдумкой, его судьба была решена.
Во время учебы в Гейдельбергском университете Оберт услышал о книге Годдарда «Способ достижения больших высот». Найти эту книгу он, однако, не смог и написал автору. Годдард прислал молодому человеку трактат и дружеское письмо, в котором рассказал о своих экспериментах с жидкостными ракетами. Оберт, сраженный познаниями Годдарда, стал его пророком в Германии. В 1923 г. он написал книгу «Ракета в межпланетное пространство» (Die Rakete zu den Planetenraeumen), в которой изложил основные принципы космического полета. Оставаясь технически точным, Оберт пошел в своих предсказаниях намного дальше Годдарда. Среди его предложений были и космические станции, и огромные орбитальные зеркала, и экспедиции на обратную сторону Луны, и использование отделяемых топливных капсул на орбите для полета к ближайшим планетам!
