Обычные реактивные самолеты не могут летать быстрее, чем при числе Маха — три (М3), иначе у них расплавятся лопатки турбин. Ракетные суда могут достигать скорости М25 и летать достаточно быстро, чтобы иметь возможность выйти на орбиту вокруг Земли; но им приходится таскать с собой огромное жуткое количество кислорода для сжигания топлива. Где-то в промежутке между традиционным реактивным двигателем и традиционной ракетой находится идея двигателя такого простого, нетрадиционного и чертовски сложного в реализации, что до сих пор сделано всего несколько попыток построить такой двигатель.
Если не считать насос для впрыскивания топлива в камеру Iюрания, прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) не имеет движущихся частей: никаких турбин, никаких вентиляторов и никаких валов. Сама форма двигателя при движении самолета вперед обеспечивает сжатие воздуха, попадающего внутрь. Единственный недостаток такой схемы состоит в том, что работает ом только на высокой скорости.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) изобрел п 1913г. французский изобретатель Рене Лорен. Предложенная им схема определенно имела смысл (на нее даже был выдан патент) но Лорен так и не смог найти материалов, пригодных для строительства прототипа. Еще один проект прямоточного воздушно-ре- ,наивного двигателя, предложенный венгерским изобретателем Альбером Фоно, зашел еще дальше: в 1932 г. был выдан патент на конструкцию двигателя, предназначенного для высотных сверхзвуковых самолетов!
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.
В проекте NASA среди сверхзвуковых самолетов серии X — мы Пудем 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 гною 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 Оксфорд шире 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 МО,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 ДО 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 Хемп селл, директор Reaction Engines по перспективным проектам. И это заявление полностью оправданно!
