Гиперзвуковой самолет «Аякс»
О концепции гиперзвуковых летательных аппаратов «Аякс» в отечественной научной среде говорили еще в 80-е годы, а публично начали обсуждать в 90-е годы XX века. Стоит отметить, что человек всегда стремился передвигаться с как можно большей скоростью, и когда-нибудь мы обязательно будем летать на гиперзвуковых скоростях. Гиперзвук начинается там, где скорость полета превышает 6 Махов – чуть больше 8 тыс. км/ч (число Маха – это скорость распространения звука в воздухе – 330 м/с или 1100 км/ч). В настоящее время сверхзвуковые самолеты, в частности боевые истребители могут летать со скоростью 3 с лишним Маха (около 3,5 тыс. км/ч), а гражданский самолет «Конкорд» выдавал 2 с небольшим Маха. Логично, что следующим этапом развития авиации должны стать гиперзвуковые полеты.
Сегодня гиперзвук представляет собой 2-е проблемы. Первая заключается в создании непосредственно двигателя, который обеспечил бы нужную энергетику аппарату, а второй – тепловая защита. Когда любой аппарат летит в плотных слоях земной атмосферы с гиперзвуковой скоростью, его обшивка нагревается до очень высоких температур за счет трения. По этой причине силовая установка, которая и должна создавать летательному аппарату нужный движущий импульс, нуждается в достаточно серьезной тепловой защите. Сегодня данную проблему планируют решать следующим образом. На корпус гиперзвукового летательного аппарата в тех местах, где корпус принимает на себя лобовой напор воздушного потока, планируется установка особой пассивной тепловой защиты, своеобразная теплоизолирующая обмазка, подобная той, что была использована на отечественном «Буране» или на его предшественнике – американском шаттле. Такая защита одновременно и защищает оболочку летательного аппарата и в то же время отторгает от нее тепло.
В СССР в конце 80-х годов прошлого века была предложена концепция принципиально иного гиперзвукового самолета. Автором этой концепции стал Владимир Львович Фрайштадт, который в те годы трудился в Санкт-Петербургском НИПГС – Научно-исследовательском предприятии гиперзвуковых систем, которое входило в состав холдинга «Ленинец». Владимир Фрайштадт предложил не защищать гиперзвуковой аппарат, перемещающийся с огромной скоростью, от тепла, а наоборот впустить тепло внутрь для увеличения энергоресурса аппарата. Согласно предложенной концепции гиперзвуковой летательный аппарат «Аякс» (ГЛА) был открытой неизолированной аэротермодинамической системой, в которой во время всего атмосферного полета часть кинетической энергии обтекающего ГЛА гиперзвукового воздушного потока ассимилировалась бы его бортовыми подсистемами, преобразуясь в электрическую и химическую энергию и повышая общий ресурс аппарата. Такой проект решал глобальный вопрос охлаждения гиперзвукового самолета, а также множество других проблем. Концепция предложения в проекте «Аякс» была революционной, она обладала большим коэффициентом новизны, а значит и большим техническим риском.
Изюминкой советского проекта «Аякс», который первоначально создавался как ответ на планы США по созданию гиперзвукового самолета-разведчика Aurora, а позднее трансформировался в гиперзвуковой самолет большой дальности или же первую ступень для вывода на орбиту большой полезной нагрузки, было то, что в нем реализовывался совершенно иной подход, в котором все было наоборот. Тепло советским аппаратом не отторгалось, его планировалось использовать, запуская внутрь силовой установки. Те части летательного аппарата, которые необходимо было охлаждать и которые перегреваются на больших скоростях, предполагалось окружить еще одной оболочкой. Получался своего рода двойной корпус, полость которого должна была быть заполнена катализатором (обсуждались различные технологии) через нее планировалось пропустить смесь керосина и воды. Вместо теплоизолирующего твердого слоя на «Аяксе» планировалось использовать жидкостную рубашку, которая защищала бы силовую установку, при этом в роли охладителя выступало топливо.
Но и это было не самым новым и главным. По мнению разработчиков наиболее важным было то, что под воздействием высокой температуры – более 1000 градусов Цельсия – и наличия катализатора проходила бы эндотермическая каталитическая реакция. То есть происходил бы отбор тепла у наружной оболочки летательного аппарата, охлаждая обшивку до тех температур, с которыми современная наука сегодня в состоянии справиться.
При этом тепло предлагалось использовать для работы силовой установки. Избыток тепла, которые образовывался на катализаторе из воды с керосином, рвет радикалы (длинные углеводородные цепочки керосина). В результате этого прямо на борту гиперзвукового летательного аппарата должен был образовываться метан и водород. Все дело в том, что спроектировать и построить сверхзвуковую камеру сгорания можно только на том топливе, которое будет содержать водород. При этом это может быть смесь водорода с керосином, метаном или чем-то другим, но водород должен обязательно присутствовать. Без водорода просто не построить камеры сгорания для гиперзвуковой силовой установки. Таким образом, задача по отводу лишнего тепла на «Аяксе» была решена таким образом, что позволяла генерировать такой нужный водород прямо на борту самолета, это было главным зерном и основой все концепции.
В качестве маршевого двигателя планировалось использовать магнито-плазмохимический двигатель, который включал в себя МГД-ускоритель и магнитогазодинамический генератор. За счет торможения магнитным полем гиперзвукового потока создавались оптимальные условия для сгорания топлива в сверхзвуковой камере сгорания. Помимо этого должна была генерироваться электроэнергия мощностью до 100 МВт. В случае необходимости увеличить скорость полета МГД-ускоритель мог еще больше разогнать продукты сгорания, что позволило бы аппарату развить скорость на уровне 25 махов, а также обеспечить ему выход на околоземную орбиту.
Предполагалось, что ГЛА сможет преодолевать расстояние до 20 тыс. км., без дозаправки на скорости выше 10 тыс. км/ч, а также подниматься на высоту в 30-60 км. При этом, располагая достаточно мощной бортовой электроэнергией, он мог решать задачи по-настоящему планетарного масштаба. К примеру, обеспечить доставку грузов и людей в любую точку Земли, затратив на это не больше 2-х часов. Мог использоваться для осуществления экологического и метеорологического дозора за поверхностью Земли. Также он мог использоваться для оказания помощи космическим кораблям на околоземных орбитах или терпящим бедствие в Мировом океане судам.
Учитывая все это, стоит отметить, что инженера Владимира Фрайштадта достаточно долго обвиняли в том, что он работает над созданием вечного двигателя и то, что у него не научный подход к работе. Об этом сейчас смешно говорить, но в те годы речь действительно шла о том, что Фрайштадт нарушает основные физические законы. В результате только комиссия, которой руководил вице-президент Академии Наук Велихов и которая была создана в 1987 году, смогла вынести вердикт – концепция «Аякс» не является вечным двигателем и не нарушает физических законов. При этом стоит признать, что подобного рода коллизии достаточно часто возникали в истории, особенно при создании совершенно новых технологий. При этом сейчас многие полагают, что именно так и необходимо делать гиперзвуковой двигатель. Таким образом, красивая идея доказала свою способность на существование.
Стоит признать, что исследования в области гиперзвуковых полетов в рамках концепции «Аякс» носили в НИПГС фундаментальный характер. В частности был предложен принцип работы и созданы основные компоненты для реактора химической регенерации тепла с катализатором, который помещался под обшивкой конструкции планера. Помимо этого решалась проблема активного энергетического взаимодействия ГЛА с обтекающим его воздушным потоком. При этом расчеты показывали, что на всех скоростях и режимах полета температура элементов планера «Аякса» не будет превышать 800-850 градусов Цельсия. А во время испытаний, которые проводились в ЦАГИ было установлено, что разработанное углеводородное топливо сгорает быстрее, чем просто водород.
В итоге же по стечению обстоятельств на данный момент «Аякс» повторяет судьбу Ту-144 или «Бурана». При этом «Аякс» так и не был воплощен в металле и причиной всему является отсутствие финансирования. В то же время в США активно работают над созданием гиперзвуковых летательных аппаратов, а значит Россия может оказаться в роли догоняющей стороны, тратя на разработку или копирование иностранных изделий миллиарды долларов.
Источники информации:
-http://expert.ru/northwest/2001/20/20no-texno_53015
-http://www.testpilot.ru/russia/leninets/ajax/ajax.htm
-http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1994/12/ayaks.html
-http://hard-games.ru/217
Сегодня гиперзвук представляет собой 2-е проблемы. Первая заключается в создании непосредственно двигателя, который обеспечил бы нужную энергетику аппарату, а второй – тепловая защита. Когда любой аппарат летит в плотных слоях земной атмосферы с гиперзвуковой скоростью, его обшивка нагревается до очень высоких температур за счет трения. По этой причине силовая установка, которая и должна создавать летательному аппарату нужный движущий импульс, нуждается в достаточно серьезной тепловой защите. Сегодня данную проблему планируют решать следующим образом. На корпус гиперзвукового летательного аппарата в тех местах, где корпус принимает на себя лобовой напор воздушного потока, планируется установка особой пассивной тепловой защиты, своеобразная теплоизолирующая обмазка, подобная той, что была использована на отечественном «Буране» или на его предшественнике – американском шаттле. Такая защита одновременно и защищает оболочку летательного аппарата и в то же время отторгает от нее тепло.
В СССР в конце 80-х годов прошлого века была предложена концепция принципиально иного гиперзвукового самолета. Автором этой концепции стал Владимир Львович Фрайштадт, который в те годы трудился в Санкт-Петербургском НИПГС – Научно-исследовательском предприятии гиперзвуковых систем, которое входило в состав холдинга «Ленинец». Владимир Фрайштадт предложил не защищать гиперзвуковой аппарат, перемещающийся с огромной скоростью, от тепла, а наоборот впустить тепло внутрь для увеличения энергоресурса аппарата. Согласно предложенной концепции гиперзвуковой летательный аппарат «Аякс» (ГЛА) был открытой неизолированной аэротермодинамической системой, в которой во время всего атмосферного полета часть кинетической энергии обтекающего ГЛА гиперзвукового воздушного потока ассимилировалась бы его бортовыми подсистемами, преобразуясь в электрическую и химическую энергию и повышая общий ресурс аппарата. Такой проект решал глобальный вопрос охлаждения гиперзвукового самолета, а также множество других проблем. Концепция предложения в проекте «Аякс» была революционной, она обладала большим коэффициентом новизны, а значит и большим техническим риском.
Изюминкой советского проекта «Аякс», который первоначально создавался как ответ на планы США по созданию гиперзвукового самолета-разведчика Aurora, а позднее трансформировался в гиперзвуковой самолет большой дальности или же первую ступень для вывода на орбиту большой полезной нагрузки, было то, что в нем реализовывался совершенно иной подход, в котором все было наоборот. Тепло советским аппаратом не отторгалось, его планировалось использовать, запуская внутрь силовой установки. Те части летательного аппарата, которые необходимо было охлаждать и которые перегреваются на больших скоростях, предполагалось окружить еще одной оболочкой. Получался своего рода двойной корпус, полость которого должна была быть заполнена катализатором (обсуждались различные технологии) через нее планировалось пропустить смесь керосина и воды. Вместо теплоизолирующего твердого слоя на «Аяксе» планировалось использовать жидкостную рубашку, которая защищала бы силовую установку, при этом в роли охладителя выступало топливо.
Но и это было не самым новым и главным. По мнению разработчиков наиболее важным было то, что под воздействием высокой температуры – более 1000 градусов Цельсия – и наличия катализатора проходила бы эндотермическая каталитическая реакция. То есть происходил бы отбор тепла у наружной оболочки летательного аппарата, охлаждая обшивку до тех температур, с которыми современная наука сегодня в состоянии справиться.
При этом тепло предлагалось использовать для работы силовой установки. Избыток тепла, которые образовывался на катализаторе из воды с керосином, рвет радикалы (длинные углеводородные цепочки керосина). В результате этого прямо на борту гиперзвукового летательного аппарата должен был образовываться метан и водород. Все дело в том, что спроектировать и построить сверхзвуковую камеру сгорания можно только на том топливе, которое будет содержать водород. При этом это может быть смесь водорода с керосином, метаном или чем-то другим, но водород должен обязательно присутствовать. Без водорода просто не построить камеры сгорания для гиперзвуковой силовой установки. Таким образом, задача по отводу лишнего тепла на «Аяксе» была решена таким образом, что позволяла генерировать такой нужный водород прямо на борту самолета, это было главным зерном и основой все концепции.
В качестве маршевого двигателя планировалось использовать магнито-плазмохимический двигатель, который включал в себя МГД-ускоритель и магнитогазодинамический генератор. За счет торможения магнитным полем гиперзвукового потока создавались оптимальные условия для сгорания топлива в сверхзвуковой камере сгорания. Помимо этого должна была генерироваться электроэнергия мощностью до 100 МВт. В случае необходимости увеличить скорость полета МГД-ускоритель мог еще больше разогнать продукты сгорания, что позволило бы аппарату развить скорость на уровне 25 махов, а также обеспечить ему выход на околоземную орбиту.
Предполагалось, что ГЛА сможет преодолевать расстояние до 20 тыс. км., без дозаправки на скорости выше 10 тыс. км/ч, а также подниматься на высоту в 30-60 км. При этом, располагая достаточно мощной бортовой электроэнергией, он мог решать задачи по-настоящему планетарного масштаба. К примеру, обеспечить доставку грузов и людей в любую точку Земли, затратив на это не больше 2-х часов. Мог использоваться для осуществления экологического и метеорологического дозора за поверхностью Земли. Также он мог использоваться для оказания помощи космическим кораблям на околоземных орбитах или терпящим бедствие в Мировом океане судам.
Учитывая все это, стоит отметить, что инженера Владимира Фрайштадта достаточно долго обвиняли в том, что он работает над созданием вечного двигателя и то, что у него не научный подход к работе. Об этом сейчас смешно говорить, но в те годы речь действительно шла о том, что Фрайштадт нарушает основные физические законы. В результате только комиссия, которой руководил вице-президент Академии Наук Велихов и которая была создана в 1987 году, смогла вынести вердикт – концепция «Аякс» не является вечным двигателем и не нарушает физических законов. При этом стоит признать, что подобного рода коллизии достаточно часто возникали в истории, особенно при создании совершенно новых технологий. При этом сейчас многие полагают, что именно так и необходимо делать гиперзвуковой двигатель. Таким образом, красивая идея доказала свою способность на существование.
Испытания американского гиперзвукового самолета X43A
Стоит признать, что исследования в области гиперзвуковых полетов в рамках концепции «Аякс» носили в НИПГС фундаментальный характер. В частности был предложен принцип работы и созданы основные компоненты для реактора химической регенерации тепла с катализатором, который помещался под обшивкой конструкции планера. Помимо этого решалась проблема активного энергетического взаимодействия ГЛА с обтекающим его воздушным потоком. При этом расчеты показывали, что на всех скоростях и режимах полета температура элементов планера «Аякса» не будет превышать 800-850 градусов Цельсия. А во время испытаний, которые проводились в ЦАГИ было установлено, что разработанное углеводородное топливо сгорает быстрее, чем просто водород.
В итоге же по стечению обстоятельств на данный момент «Аякс» повторяет судьбу Ту-144 или «Бурана». При этом «Аякс» так и не был воплощен в металле и причиной всему является отсутствие финансирования. В то же время в США активно работают над созданием гиперзвуковых летательных аппаратов, а значит Россия может оказаться в роли догоняющей стороны, тратя на разработку или копирование иностранных изделий миллиарды долларов.
Источники информации:
-http://expert.ru/northwest/2001/20/20no-texno_53015
-http://www.testpilot.ru/russia/leninets/ajax/ajax.htm
-http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/tm/1994/12/ayaks.html
-http://hard-games.ru/217
Информация