Содержание

Близнюк В., Васильев Л., Вуль В. и др.
«Правда о сверхзвуковых пассажирских самолетах»

6. Новые исследования по сверхзвуковым самолетам.

    В США никогда не снимался с повестки дня вопрос: «Правильно ли сделало Правительство США, оставив европейцам и СССР поле сверхзвукового транспортного самолета? А если это все-таки была ошибка, то что необходимо сделать, чтобы сократить возникшее отставание США и подойти к состоянию, когда страна будет иметь возможность снова развернуть эту или подобную программу?»
    Уже в 1972 году президент Никсон поручил НАСА разработать и провести исследования по программе сверхзвукового самолета второго поколения. Такие программы под названиями «Advanced Supersonic Technology», «Supersonic Cruise Aircraft Research», «Supersonic Cruise Research» проводились американским федеральным институтом НАСА начиная с 1972/1973 бюджетного года до 1982/1983 года. В бюджете США начиная с 1972 года предусматривалось ежегодное финансирование на сверхзвуковые исследования в объеме от 8 до 12 млн долларов. Дополнительно финансировались исследования в области современных силовых установок и нового типа двигателя изменяемого цикла. По заказам НАСА фирмы исследовали также возможности различных аэродинамических схем, в том числе и нестандартных (многопалубные конструкции, двух-трехфюзеляжные схемы, объемные компоновки и т.д.). Исследования по этим программам не были ориентированы на конкретные задачи проектирования какого-то типа СТС. Была поставлена стратегическая задача — идентифицировать основные проблемы, выявить новые технологии, предложить новые конструктивные решения.
    В 1976 году НАСА в результате двухгодичной программы работ оценило предполагаемый мировой рынок для СТС-2 в 300 самолетов. Половину этого количества должны были приобрести авиакомпании США для того, чтобы решить в свою пользу конкуренцию на рынке тихоокеанских перевозок. Остальные самолеты, по прогнозу, должны были приобрести авиакомпании мира, чтобы не отстать от авиакомпаний США в конкурентной борьбе. Одновременно по заданию НАСА три американские самолетостроительные фирмы выполнили эскизные проекты и представили три различных проекта СТС второго поколения. Фирма «Боинг» предложила самолет интегральной схемы с двигателями изменяемого цикла. Фирма МакДоннелл-Дуглас - схему со стреловидным крылом и силовой установкой на базе современных двигателей. Фирма Локхид предложила проект самолета со стреловидным крылом, у которого двигатели расположены на крыле и под крылом.
    Шли сложные политические дебаты в конгрессе США. Проводились аналитические исследования в Офисе технологических нововведений и Службе аналитических исследований при конгрессе США. Обе организации стали инициаторами официальных слушаний в конгрессе по вопросам СТС. Выводы и заключение после слушаний были положительными: «Несмотря на отдельные временные спады, мировой рынок воздушных перевозок будет расти весьма существенно. Доминирующими останутся дозвуковые самолеты, но перспективный сверхзвуковой транспортный самолет за счет большой производительности может при определенных условиях отобрать часть рынка дальних перевозок». Было определено основное условие реализации этих планов — внедрение таких технологий и получение таких характеристик, которые позволят максимально сблизить стоимость перевозки одного пассажира на дозвуковом и сверхзвуковом самолете. Отмечалась значительная неопределенность и большие риски при определении следующих показателей проекта СТС-2: цена самолета, цена двигателя, расход топлива, влияние ограничений по уровню шума и звуковому удару. Подвергалась также сомнению возможности промышленности в полном объеме воспринять те технологические новшества, которые разработаны на этапе научно-исследовательских работ.
    Официально позиция Правительства США была объявлена в 1985 году. Белый дом опубликовал доклад Комиссии по науке и технологиям (Office of Science & Technology Policy), в котором было выражено официальное сожаление, что традиционное лидерство США в области авиации утеряно. Предлагалось установить три основные стратегические цели для развития авиации: новый дозвуковой самолет, новый сверхзвуковой самолет и гиперзвуковой самолет. При этом особенно подчеркивалось, что для защиты национальных интересов США создание производственных мощностей для транспортного сверхзвукового самолета чрезвычайно важно как для гражданских, так и для военных целей. В 1986 году президент Рейган в своем Послании к конгрессу объявил о разработке нового национального плана развития авиации и космоса (NASP).
    Совершенно неожиданно для многих в это время в мире стал проявляться повышенный интерес к существенно большим скоростям полета. Были представлены убедительные материалы, доказывающие определенные преимущества гиперзвуковых самолетов. Это разорвало круг сторонников СТС, часть которых начала усиленно заниматься новой темой. Как следствие, с 1987 года исследования высокоскоростных самолетов в США стали проводиться по двум направлениям: сверхзвуковому (до М=3) и гиперзвуковому (до М=12). Но даже в результате предварительных исследований, которые показали невозможность решения всех задач гиперзвукового полета, верхний диапазон скоростей гиперзвукового самолета был снижен с М=12 до более реалистичного М=5, и сегодня все исследования указанных проблем проводятся в этом диапазоне.

Американский СТС-2

    Новая волна интереса к сверхзвуковым пассажирским самолетам пришла в начале 90-х годов. В 1990 году Национальное агентство по аэронавтике (НАСА) запустило две программы высокоскоростных исследований. Шестилетняя программа № 1 стоимостью 450 млн долларов имела целью оценить приемлемость эксплуатации СПС-2 с точки зрения воздействия на окружающую среду. Технологическая высокоскоростная программа № 2 стоимостью 1,5 млрд долларов, которая была начата в 1993 году и имела срок реализации 8 лет, должна была найти решения критических проблем создания СПС-2 в областях аэродинамики, силовых установок и технологии.
    Включение в программу разделов, связанных с гиперзвуковыми самолетами, заставило изменить название программы НАСА, которая с 1994 года называется «программой больших скоростей» (High Speed Research Programme). Все заинтересованные стороны согласились с тем, что сверхзвуковой самолет может быть реально создан к 2010-2015 годам, а гиперзвуковой самолет - к 2025-2030 годам.
    Все последующие годы были посвящены исследованиям рынка и определению исходных данных для конкретного проекта сверхзвукового самолета второго поколения. Более поздние исследования позволили уточнить рынок сверхзвуковых самолетов и оценить его в 700 единиц, при условии, что удается решить все задачи и обеспечить паритет по цене билетов на дозвуковых и сверхзвуковых самолетах. Потребность в СПС-2 существенно снижается, если придется установить цены на билеты более чем на 30% выше, чем у дозвуковых самолетов. При цене билета на 20% выше цены билета дозвукового самолета потребность в сверхзвуковых самолетах оценивалась величиной в 300 единиц. Размерность сверхзвукового самолета для выполнения перспективных требований тихоокеанского рынка должна позволять перевозить 300 пассажиров на расстояние до 12 000 км.
    В середине 90-х годов впервые было заявлено, что необходима широчайшая международная кооперация при обязательной государственной поддержке программы сверхзвуковых самолетов нового поколения правительствами стран, которые примут участие в данном проекте. Особенно подчеркивалось, что проявить инициативу и возглавить программу должны частные фирмы, которым должна быть предоставлена возможность свободного доступа к результатам всех проведенных исследований. Одновременно правительство США согласилось образовать необходимые правительственные институты для выполнения управляющих функций. Детальные экономические исследования показали, что разработка конкретного проекта должна проводиться по программе, состоящей из трех основных фаз.

• Первая - разработка концепции - сроком на три года - оценивается в 10-22 млн долларов.
• Вторая - внедрение основных технологий и новых конструкций - сроком на пять лет - оценивается в 3 млрд. долларов,
• Третья - конкретная разработка, испытания, сертификация и внедрение СПС - сроком на семь лет - оценивается в 15 млрд долларов.

    Правительство США официально объявило, что считает необходимым продолжить исследования по этому направлению национальной программы развития авиационно-космической промышленности США, считая что «...потенциальные выгоды для страны очевидны: положительный внешнеторговый баланс (ожидаемые поступления на уровне 200-350 млрд. долларов), создание более 140 000 квалифицированных рабочих мест, существенный рост потенциала авиакосмической промышленности США в мирных и военных целях».
    В принятой международной практике изучение сложных технических проблем проводится не только путем односторонних исследований в отдельной стране, но и путем детального рассмотрения в специально создаваемых международных группах. В мае 1990 года была создана объединенная команда фирм BAe-Aerospaciale, к которой чуть позже присоединились Deutche-Airbus, для изучения вопросов взаимодействия с окружающей средой, разработки своевременных норм летной годности для СПС-2 и изучения сертификационных вопросов, общей оценки вопросов организации и кооперации при производстве самолетов второго поколения. В июне 1991 года к группе присоединились американские фирмы Боинг и МакДоннелл-Дуглас, общество самолетостроительных фирм Японии и фирма Аления (Италия). В сентябре 1991 года в состав группы вошли специалисты ОКБ Туполева. Интерес к возобновлению исследований подогревался тем, что изучение рынка, проведенное специалистами всех указанных стран, вновь подтвердили то, что в краткосрочной и долгосрочной перспективе потребность в сверхзвуковых самолетах изменяется в зависимости от стоимости билетов от 500 до 1000 единиц. В этом составе группа работала до конца 1996 года. Группа специалистов получила международную известность как Группа семи, или восьми, в зависимости от состава участников.

Европейский проект СПС-2

    Группа сформировала практически единое мнение, что при существующем уровне развития техники нужно создавать сверхзвуковой самолет второго поколения, рассчитанный на длительный полет с сверхзвуковыми крейсерскими скоростями полета над водными поверхностями, соответствующими числам М от 2 до 2,5 и с дозвуковыми крейсерскими скоростями полета над сущей (М=0,9). Для решения глобальных задач самолет должен быть выполнен в трехклассном варианте и рассчитан на 300-350 пассажиров. Минимальная дальность полета 9000 км. Оптимальная дальность полета 12000 км. Установлены обязательные требования по уровню выбросов продуктов сгорания в атмосферу на режимах взлета и крейсерского полета. В частности, требуется, чтобы содержание окислов азота на один кг сгоревшего топлива не превышало 5 г (было показано, что при этом воздействие на слой озона даже 500 самолетов в Северном полушарии не превышает воздействия от естественных природных источников). Предполагается также активно внедрять все известные достижения в области авиационных технологий, включая широкое использование систем управления пограничным слоем. Отметим, что указанные технические требования сформулированы на базе исследований т.н. «глобальных» трасс, объединяющих все города мира. Исследования показали, что только на такой статистической базе при полном запрещении полетов на сверхзвуковых скоростях над сушей возможно решение всего комплекса возникающих задач. Если удастся решить вопросы снижения воздействия звукового удара и найти положительные решения, позволяющие эксплуатировать сверхзвуковые самолеты без ограничений, то может быть востребована целая гамма разнообразных СПС-2.
    Перед лицом мощной программы по СПС-2, принятой в США, европейские авиационные разработчики в апреле 1994 года [фирмы Бритиш Аэроспейс (Великобритания), Аэроспасиаль (Франция) и Даймлер Бенц (Германия)] объединились и провели совместную разработку проекта сверхзвукового транспортного самолета второго поколения «Альянс». И в этом случае в качестве главной цели программы была не постройка самолета, а оценка технической и экономической возможности создания СПС-2 с изучением ключевых технологий в области аэродинамики, силовых установок, новых материалов, самолетных систем и оборудования, интеграции планера и силовой установки. Позднее проект «Альянс» был существенно доработан и стал рассматриваться как Европейский вариант СПС-2.

Проект СПС-2 Японии

    Не желала пропускать далеко вперед ни Европу, ни США набирающая силу авиапромышленность Японии. Она активно включилась в исследования и по планеру, и по силовой установке СПС-2. В 1994-1995 годах японское правительство выделило из общего аэрокосмического бюджета в 11,29 млрд иен на исследования по СПС-2 5,89 млрд иен. Причем активно работали все 3 самолетостроительные фирмы Японии: Мицубиси, Кавасаки и Фуджи, создавшие единый проект «японского СПС-2», который имел взлетный вес 400 000 кг и дальность 12 000 км.
    Международная Группа восьми к середине 1993 года выполнила Фазу 1 совместной работы: изучение рынка, вопросов сертификации, проблем шума и воздействия на окружающую среду. Затем была выполнена Фаза 2, имевшая целью изучение возможности создания СПС-2 с технической и экономической точки зрения. В результате восьмилетней работы международной группы участники определили необходимость рассмотрения двух значительно отличавшихся друг от друга возможных схем СПС-2: «европейской» схемы и «американской» схемы.
    Заключительная встреча группы состоялась в январе 1999 года в штаб-квартире фирмы Боинг в городе Сиэтле. Накануне все участники встречи получили от фирмы Боинг (как организатора встречи) приглашения, в которых указывалось, что эта встреча будет «завершающей» и «надо отпраздновать нашу позитивную кооперативную работу в течение 9 лет». В приглашении говорилось, что высокоскоростная программа США претерпела существенные корректировки. По оценке американских экспертов, разработанные на данный момент технологии, материалы, технические решения не позволяют создать такой СПС-2, который мог бы с точки зрения стоимости, веса, воздействия на окружающую среду обеспечить «жизненную» программу. Как следствие, высокоскоростная программа США «перефокусируется» на целевые исследовательские работы по перспективным технологиям, которые позволят в будущем создать экономически целесообразный и экологически приемлемый СПС-2. И поскольку США больше не нацелены на создание в ближайшем будущем конкретного СПС-2, то нет необходимости проводить работы в Международной группе семи (так стала называться группа после объединения фирм Боинг и МакДоннел-Дуглас).
    После бурного обсуждения всех вопросов на завершающей встрече Группы семи в Сиэтле 13 января 1999 года фирмы Великобритании, Франции, Германии согласились с позицией фирмы Боинг (США) и предложили рекомендовать правительствам стран-участниц приостановить работу Группы, хотя фирмы Японии, Италии и России энергично возражали против закрытия деятельности Международной группы.
    Объективный анализ показывает, что сегодня только США имеют все необходимые предпосылки для развития своей гражданской авиации как в направлении создания новых широкофюзеляжных самолетов, так и нового поколения сверхзвуковых пассажирских самолетов. В США накоплен огромный опыт создания сверхзвуковых военных самолетов разных схем и размерности. Специалисты США получили доступ ко всем известным материалам по сверхзвуковым самолетам, тщательно изучили опыт создания европейских пассажирских сверхзвуковых самолетов. Конкурентная борьба за будущие рынки заставляет правительство и фирмы США временно отойти от международного сотрудничества для свободного решения в интересах американской промышленности. Выбор будет сделан в ближайшие годы в зависимости от состояния европейской промышленности и развития рынка перевозок в тихоокеанском регионе.