«Знание - сила» №12 1958 год
Нашей авиационной технике предстоит освоить верхние разреженные слои атмосферы, лежащие на высоте сотен километров над поверхностью Земли. Запуск искусственных спутников Земли явился первым этапом решения этой задачи. Вторым этапом будет запуск на большую высоту летательного аппарата с человеком на борту.
Каким образом можно осуществить этот замысел? И почему современные реактивные самолеты не в состоянии достичь подобных высот?
До настоящего времени ни один пилотируемый самолет, то есть самолет, управляемый человеком, не поднимался выше 40 километров. Объясняется это тем, что для полета обычного самолета необходима аэродинамическая подъемная сила. Эта сила создается потоком воздуха на несущих поверхностях — крыльях, которые обязательны для всех летательных аппаратов «аэродинамического» типа.
Однако известно, что величина аэродинамической подъемной силы зависит от плотности окружающего воздуха. Чтобы самолет смог совершать полеты на больших высотах, он должен принципиальным образом изменить характер своего полета, избавиться от необходимости опираться на воздух.
В настоящее время верхних слоев атмосферы могут достигать и совершать там полеты только искусственные спутники Земли и баллистические ракеты. Эти типы летательных аппаратов не нуждаются в крыльях. Ведь сила притяжения Землей искусственного спутника уравновешивается центробежной силой, возникающей при быстром вращении спутника вокруг земного шара. А вес баллистической ракеты во время ее подъема уравновешивается силой тяги ракетного двигателя.
Таким образом, баллистические ракеты обладают явным преимуществом по сравнению с обычными самолетами, вынужденными летать в плотных слоях атмосферы.
Кроме того, современные баллистические ракеты дальнего действия могут развивать во время полета громадные скорости, достигающие 20 000 км/час и более, которые недоступны для современных реактивных самолетов.
Столь явное превосходство баллистических ракет по высоте и скорости полета натолкнуло конструкторов на мысль об использовании достижений современной ракетной техники и авиации для создания новых пилотируемых самолетов, обладающих большой скоростью и высотой полета.
Ввиду того, что на таких больших высотах не могут быть применены обычные двигатели, самолет должен быть снабжен ракетными двигателями, работа которых не зависит от окружающей воздушной среды.
Основная проблема, стоящая на пути создания такого пилотируемого самолета, заключается в обеспечении безопасного снижения аппарата в плотных слоях атмосферы.
В немногочисленных попытках создания дальней скоростной почтовой связи при помощи ракет для их безопасного снижения применялись парашюты. Этот же способ был использован и для возврата на Землю некоторых экспериментальных ракет.
Но существует и другой способ безопасного снижения. Он основан на сочетании баллистического полета с последующим планирующим полетом. Баллистическая ракета одноразового действия превращается в баллистически-планирующий ракетный самолет многоразового действия, управляемый пилотом. На рисунке изображена предполагаемая траектория полета такого самолета с жидкостным ракетным двигателем.
Начальная стадия полета ракетоплана аналогична полету баллистической ракеты. Весь путь, проходимый ракетным самолетом, можно разделить на два участка: полет с работающим двигателем (так называемый активный полет) и свободный — пассивный полет с неработающим двигателем. Запас топлива самолета расходуется на быстрый подъем за пределы плотных слоев атмосферы. К концу активного участка самолет-ракета входит в разреженное пространство.
Быстрый набор высоты обеспечивает аппарату большой запас кинетической и потенциальной энергии. Когда все топливо выгорает, а двигатель останавливается, ракетоплан продолжает двигаться под действием сил тяжести и инерции по баллистической кривой.
По мере проникновения в плотные слои воздуха крыло самолета будет приобретать все большую подъемную силу. Аппарат сможет отклониться от первоначальной баллистической траектории. Для остальной части пути ракетоплана предложено использовать два метода свободного планирующего полета.
Первый из них предполагает, что потенциальная и кинетическая энергия аппарата и аэродинамическая подъемная сила будут использованы для нового подъема планирующего самолета в разреженное пространство по другой баллистической кривой. Такой набор высоты и возвращение в разреженную атмосферу могут повторяться несколько раз. В этом случае самолет, летящий по нисходящей ветви баллистической кривой, как бы рикошетирует, отталкивается своими крыльями от нижних плотных слоев атмосферы и снова устремляется вверх. Прыжки планера, сначала очень большие, становятся с каждым разом короче, и в конце концов аппарат переходит к планированию по нисходящей кривой. Надо отметить, что описанный выше метод полета выгоден лишь для самолетов, имеющих дальность не меньше 500-600 км.
Второй метод свободного планирования предусматривает переход на нисходящую траекторию сразу же, как только самолет начнет отклоняться от баллистической кривой, то есть после выхода из пикирования. Это позволит сверхзвуковому планеру оставаться на высоте в течение продолжительного времени. По мере спуска скорость планера постепенно уменьшится и ракетоплан приземлится обычным способом при достаточно умеренной посадочной скорости.
Длина пути планирования будет зависеть от величины полной энергии, которой располагает самолет. Чем большую скорость разовьет аппарат за время работы ракетного двигателя, тем большее расстояние он пролетит. При этом дальность полета может превысить дальность обычной баллистической ракеты.
Баллистически-планирующая ракета должна быть снабжена несущими поверхностями, создающими необходимую подъемную силу, то есть крыльями. И эта крылатая ракета займет промежуточное положение между аэродинамическими и баллистическими летательными аппаратами.
Технические трудности создания баллистически-планирующего ракетного самолета пока не преодолены. Но широкий размах научных работ в области ракетной и авиационной техники с каждым днем приближает к нам момент первого старта баллистического ракетоплана.