Самолеты и космолеты Рутана Бёрта

В предыдущем посте о неординарном авиаконструкторе Бёрте Рутане мы остановились на самолете «Вояджер», совершившим кругосветный полет и сделавшим Рутана всемирно известным. Однако на этом список рекордных самолетов Бёрта Рутана – и не только самолетов – не исчерпывается.
В 2005 году рекорд «Вояджера» был дополнен ещё одним достижением – на этот раз это был кругосветный перелёт на одноместном (!) реактивном самолёте. Такой самолёт был заказан Рутану известным экстремалом Стивом Фоссетом, которого поддержал британский миллиардер, глава империи «Вирджин», Ричард Бренсон. Мистер Фоссет установил более ста рекордов в различных рискованных мероприятиях; так, в 2002 году он в одиночку облетел земной шар на воздушном шаре. Теперь Фоссету захотелось повторить то же, но уже на самолёте, и не более чем за 80 часов (это, видимо, дань уважения Жюлю Верну).

Стив Фоссетт

«Скейлд Композитс» работала над машиной параллельно с подготовкой к завоеванию «Х-приза». Разумеется, «Глобал Флайер» – так называется новый рекордсмен – целиком композитный, и его конструкция ещё более эффективна, чем у «Вояджера»: вес горючего составляет 82% от общего веса машины при взлёте. Лётчик размещается в небольшом «урезанном» фюзеляже, размер кабины позволяет ему лежать; сверху на задней части установлен турбовентиляторный двигатель с тягой 1020 кг. Самолёт тоже построен по двухбалочной схеме, но, в отличие от «Вояджера» с его передним горизонтальным оперением, использована почти обычная для такой схемы конфигурация – каждая балка на хвосте несёт небольшие киль и стабилизаторы с рулями, так что выглядит это как два самолёта, «нанизанные» на одно крыло по сторонам от пилотской гондолы.

Перелёт проходил с 28 февраля по 3 марта 2005 года. За это время Стив спал всего несколько минут, у него выходила из строя спутниковая навигационная система, отмечался нерасчётный расход горючего. Но у него всё получилось, и даже лучше, чем он ожидал, – перелёт занял всего 67 часов. Ну, а Берт в очередной раз подтвердил свой недостижимый конструкторский уровень – «Глобал Флайер» показал на 75% лучшую топливную эффективность, чем любой из существующих реактивных самолётов.

Следующим Рутана сенсационным достижением в новом тысячелетии стал уже космический полёт – правда, пока только суборбитальный. Выполняя комплект критериев присуждения «Ansari X-Prize», Рутан построил аппарат, достигший высоты 100 километров. Но начал он путь к покорению больших высот несколько раньше, чем вступил в гонку коммерческих покорителей космоса.
Самолет «Proteus», совершивший свой первый полёт 26 июля 1998 года, был заказан компанией «Angel Technologies Corporation». Он предназначался для работы в составе системы сотовой телефонной связи «с элементами воздушного базирования». Задачей «Протеуса» было находиться в воздухе в течение 14 часов на очень большой высоте – чтобы оттуда охватывать ретрансляцией возможно большую площадь.

Это задание «Scaled Composites» воплотила в форме исключительно изящной машины, как всегда, необычного вида. Чтобы высоко и долго летать (при отсутствии требования большой скорости), аэроплан должен иметь крыло большого удлинения – то есть длинное и неширокое. У «Протеуса» таких крыльев два: прямое переднее и заднее, побольше размахом и изогнутое во фронтальной проекции – от фюзеляжа оно полого опускается вниз, затем поднимается вверх, и завершается это законцовками, снова отогнутыми вниз. Такая конструкция самолёта называется биплан-тандем, а форма крыла – «обратная чайка». Две балки, отходящие в хвост от заднего крыла, несут вертикальное оперение из верхнего и нижнего килей; горизонтальное оперение на этот раз вообще отсутствует. Экономичные турбовентиляторные двигатели установлены на пилонах сверху хвостовой части фюзеляжа. И на этот раз требования были выполнены, что подтверждается тремя мировыми рекордами в своём классе, установленными «Протеусом» 25–27 октября 2000 года: максимальная высота 19 137 м, высота установившегося горизонтального полёта 18 873 м, высота полёта с грузом 1000 кг – 17 032 м.

Опыт, приобретенный в процессе постройки «Протеуса», был использован при проектировании «Белого рыцаря» («White Knight») – высотного самолёта-носителя, одного из двух элементов суборбитальной системы, выигравшей «Х-приз» в номинации «освоение окружающего пространства». Второй составляющей был собственно суборбитальный космический аппарат «Space Ship One» – этой парочке и предстояло выиграть один из самых незаурядных конкурсов начала XXI века: «Х-приз».

«Х-приз» был учреждён в 1996 году для поощрения интереса частных конструкторов и производителей к созданию аппаратов, способных доставить человека за пределы атмосферы. То есть к той области, где ранее всё делалось исключительно по заказам государственных организаций и за государственные деньги. Был образован фонд «Х-приза», установивший награду в 10 миллионов долларов тому, кто сумеет выполнить следующие три условия: доставить экипаж из трёх человек на высоту не менее 100 км; совершить безопасную посадку; повторить полёт на том же самом аппарате не позднее чем через две недели. Финансирование могло осуществляться только из частных средств.
«Скэйлд Композитс» официально – проведя пресс-конференцию с тремя сотнями журналистов – подключилась конкурсу в апреле 2003 года. К этому времени состав участников практически определился: соревновались 23 команды из разных стран. Все напряжённо работали – с большими или меньшими шансами на успех. Но у Рутана уже был серьёзнейший задел. Его техника была уже разработана, «Белый рыцарь» испытывался в воздухе, завершалась постройка и наземные испытания «Спейс Шипа-1». 7 августа 2003 года был впервые произведен взлёт всей «спарки» со сбросом космической ступени. На высоте более 14 километров при скорости 400 км/ч суборбитер отделился от носителя и после 19 минут планирующего полёта (без запуска двигателя) произвел благополучную посадку.


«Белый рыцарь» представляет собой экзотического вида двухбалочный моноплан с крылом, подобным заднему крылу упоминавшегося «Протеуса» – «обратная чайка», – только законцовки у «Рыцаря» отогнуты вверх. Т-образное хвостовое оперение установлено на боковых балках причудливой формы, которые несут также колеса шасси. Самолет имеет два реактивных двигателя; вряд ли стоит говорить, что его конструкция – как, впрочем, и у космической ступени – почти полностью композитная.


Сам же «Спейс Шип-1» напоминает рисунки 1960-х годов, на которых изображены космические аппараты или гиперзвуковые самолёты будущего. Фюзеляж – как пуля или капля с острым носом, по передней части довольно прихотливо разбросаны круглые иллюминаторы – почти так же выглядит фюзеляж «Белого рыцаря». Очень широкие и короткие крылья «Спейс Шипа» несут на внешних оконечностях балки с вертикальными килями, а на последних смонтированы односторонние – наружу от фюзеляжа – плоскости горизонтального оперения. Корабль имеет трёхопорное колёсное шасси обычного самолётного типа.

Как видим, система получилась опять исключительно своеобразная, рутановская. Никто ещё не строил ничего похожего для полётов на космические высоты. И столь же уникален двигатель, подобных которому тоже ещё не встречалось на пилотируемых космических аппаратах. Такой двигатель называется гибридным, потому что его нельзя назвать ни твердотопливным, ни жидкостным. Дело в том, что горючее у этого двигателя твёрдое, а окислитель – жидкий; и эти компоненты тоже, мягко говоря, нетрадиционны. Горючим является разновидность… синтетической резины (!), а окислителем – закись азота, известная как «веселящий газ».
Как же выглядит этот самый суборбитальный полёт? «Спейс Шип-1» подвешивается под фюзеляж «Белого рыцаря», который тривиально, по-самолётному, взлетает с полосы аэродрома. Благодаря своим длинным крыльям «Рыцарь» забирается на высоту порядка 15 км – вспомним «Протеус» с его рекордом поднятия груза на высоту. Подъём занимает около часа («Рыцарь» не гонщик, для него важна высота), после чего суборбитер отделяется от носителя, включает двигатель и под углом 84 градуса к горизонту устремляется ввысь. Вот теперь всё идет быстро. Через несколько минут «Спейс Шип» достигает 100-километровой высоты. Три-четыре минуты он, переходя к этапу снижения, движется по параболе в окрестностях этой высоты – это апофеоз путешествия. В это время пассажиры наблюдают звёзды в чёрном космосе и испытывают неведомое ощущение невесомости. Если погода ясная, можно посмотреть на Землю – здесь уже можно писать «Земля» с большой буквы…
Потом начинается спуск, он занимает около 20 минут, проходит в режиме планирования и завершается самолётной посадкой. Скорость на спуске порядка трёх звуковых, так что специальной системы термозащиты конструкции, подобной известным плиткам шаттла и «Бурана», не требуется. Спуск – самый сложный этап полёта с точки зрения аэродинамики и управления, выдерживание заданного положения аппарата – примерно 70° к направлению полёта носом вверх – обеспечивается конструкцией крыла, задняя половина которого отклоняется и играет роль балансировочного щитка. На высоте 24 километра крыло принимает первоначальное положение, далее происходит обычный спуск с необходимым маневрированием и посадка.

Всё это было впервые произведено 21 июня 2004 года, управлял кораблем Михаэль Милвилл. А в октябре того же года, после пары полётов, выполненных в соответствии с правилами конкурса, Берт Рутан по справедливости – и отнюдь не неожиданно – стал обладателем «Х-приза».

Развитием «Спейс Шип-1» стал «Спейс Шип-2» (SpaceShipTwo), уже на восемь человек плюс два пилота. Этим пассажирам будут предоставлены значительно более комфортные условия: шаг кресел будет больше, их можно будет откинуть в горизонтальное положение, чтобы пожилым людям было легче переносить перегрузки. Правда, туалета не будет и в новом корабле; зато он будет подниматься на 135–140 километров, что даст туристам дополнительные полторы минуты космических впечатлений. Аппарат будет доставляться на пусковую высоту (около 20 км) с помощью «Белого рыцаря-2» (White Knight Two / WK2).

Максимальная высота полёта 135—140 км (согласно информации BBC) или 160—320 км (согласно интервью с Бёртом Рутаном) (у «SpaceShipOne» — 100—110 км), что позволит увеличить время невесомости до 6 минут («SpaceShipOne» — 3 минуты). Максимальная перегрузка — 6 g. Все рейсы планируется начинать и заканчивать на одном аэродроме в Мохаве (Калифорния). Первоначальная ожидаемая цена билета $200 тыс.

Первый тестовый полёт состоялся в марте 2010 года, успешные тестовые полеты продолжаются до сих пор – аппарат всерьез планируют пустить в коммерческую эксплуатацию. Планируется, что помимо туристических задач SpaceShipTwo будет выполнять исследования атмосферы — часть приборов будет размещена на самолёте-разгонщике с целью регулярного измерения содержания газов (метана и углекислого газа) на высотах 8-15 км и также получение проб воздуха с этих высот. При помощи же самого SpaceShipTwo будут проводиться изучения ионосферы на высотах 100—110 км.