Скатообразный беспилотный американский самолетик Х-43А - поменьше снаряженных "Жигулей" (масса 1270 кг, длина 366 см, размах 153 см) - 27 марта на высоте 29 км достиг скорости 2100 м в секунду, то есть 7600 км/час. Впервые в истории мировой авиации такая скорость поддерживалась прямоточным двигателем сверхзвукового горения (Supersonic Combustion Ramjet - SCRAMJET), питаемым водородом, горящим буквально на "сверхзвуковом ветру": за 8 секунд был истрачен килограмм водорода, запасенного в двух контейнерах под давлением 600 атмосфер...

        Проблему "теплового барьера", неминуемо возникающую при полетах на таких скоростях в атмосфере (температура передней кромки достигает 2000 К), американцы решили, сделав носовую часть Х-43А из вольфрама, среднюю - из никелевого сплава, а корму - из меди. Но сначала в воздух на высоту около 11 км поднялся знаменитый 200-тонный стратегический "Боинг В-52". На скорости не более 1000 км/час эта махина "уронила" аппарат массой тонн в 15. Несколько более 13 тонн пришлось на ракету "Pegasus", несущую этот самый Х-43А, который получил от "Pegasus" ускорение, достаточное для развития скорости в семь скоростей звука (МАХ 7). Затем ускоритель отпал, и целых 8 секунд Х-43А уже сам поддерживал эту рекордную скорость.

        На создание и испытания этого аппарата, спроектированного по некогда сверхсекретной программе HYPER-X, американцы лет за семь истратили свыше четверти миллиарда долларов. Более того, в целом разработки такого рода уже поглотили более миллиарда и темп расходов имеет тенденцию к росту.

        Истоки "прямоточки"

        Однако специалисты США начали отнюдь не с нуля! Принцип "прямоточки", то есть воздушно-реактивного двигателя, работающего без компрессора, вращаемого турбиной, притом обещающего коэффициент полезного действия вдвое больший, был известен уже 70 лет назад. Его автор - Рэнэ Лорин (1877-1933), французский офицер-артиллерист. Передовые умы, в том числе наш Циолковский, поддержали эту гениально простую интуитивную идею "летать на почти пустой трубе".

        Но понадобился гений Бориса Стечкина (1891-1969) - племянника "отца" русской авиации Николая Жуковского, классика теории авиационных двигателей (в т.ч. теории их коэффициента полезного действия), чтобы подвести под интуитивную идею прочную расчетную базу. В 1929 году Стечкин публикует (открыто!) фундаментальные положения теории воздушно-реактивных двигателей вообще и 'прямоточек' в частности. В 30-х годах Рэнэ Ледюк (Франция) и И.Меркулов (СССР) создают первые реальные конструкции самолетных "прямоточек", но сами самолеты еще слишком тихоходны для эффективного применения такого перспективного двигателя.

        Когда в 1944 г. в агонизирующей Германской империи тамошней авиаконструкторской элитой предпринимались попытки создавать разного рода "чудо-оружие возмездия", появился хорошо продуманный проект сверхзвукового (2000-2500 км/ч) перехватчика, сконструированного Александром Липпишем (главным специалистом по аэродинамике фирмы "Мессершмит"). Этот аэроплан, движимый "лорин-прямоточкой", не успели даже начать строить. Однако в порядке конверсии немецких разработок его все-таки отчасти осуществили.

        Речь идет о знаменитом пассажирском лайнере, англо-французском "Конкорде", раз в сорок более тяжелом и снабженном все-таки надежными турбореактивными двигателями (четыре британских "Олимпа"). В проекте "Конкорда" был использован и принцип оптимизации сверхзвуковых двигателей, открытый австрийцем Клаусом Осватичем (1944 г.).

        "Буря' в пустыне "Навахо"

        За многие годы до "Конкорда" и советского Ту-144 были проведены в СССР сверхсекретные летные испытания крупного (около 100 т) летательного аппарата-робота "Буря", снабженного мощнейшей (даже по нынешним меркам) "прямоточкой" РД-12У конструкции ученика Стечкина - Михаила Бондарюка (1908-1969). Эта крылатая громадина имела ядерную боеголовку. Ее создание начиналось в КБ Сергея Королева и завершалось в КБ Семена Лавочкина.

        Испытания "Бури" проходили в целом успешно, в том числе четырежды по трассе 7000 км, покрывая путь в 6500 км со скоростью до 3700 км/час на высоте 21-25 км. Было это в 1957-1960 годах, но по нашей традиции штопать "тришкин кафтан" эту тему закрыли, отдав предпочтение баллистическим ракетам - прежде всего знаменитой "семерке" Сергея Павловича Королева. Поэтому так и не взлетела подобная, но еще более массивная (125 т) и дальняя (8500 км) "система 40" конструкции В.М. Мясищева... Кстати, параллельные усилия американцев увенчались испытанием гиперзвукового аппарата "Навахо" массой 66 т при дальности 5400 км и практически при той же скорости и высоте, что и наши, но с боеголовкой, меньшей раза в полтора. (Два двигателя "Навахо" развивали тягу менее 8 т, а один двигатель Бондарюка - более 10 т. Бондарюк не успел реализовать свой замысел - создать "прямоточку" с МАХ 12.) Однако и у американцев нашлись свои причины закрыть проект "Навахо".

        Затем не стало ни Стечкина, ни Бондарюка, ни Мясищева и сыграла свою игру уникальность "роли личности в истории". "Прямоточки" стали у нас развивать для 'компактных' ракетных систем, достигнув скоростей около 5000 км/час. США тем временем вложили весьма серьезные средства в скандально известный стратегический разведчик Локхид "Black Bird" (SR-71), летающий на высоте около 28 км со скоростью несколько выше 3000 км/ч (МАХ 3) при "полупрямоточном" режиме работы двигателей.

        В погоне за кислородом

        Шли годы, почти с самого начала перестройки прогресс авиации в России "оказался рыночно не оправданным", и секреты наших перспективных "прямоточек" задешево стали достоянием "партнеров по НАТО" - французов, которые, конечно же, делились таковыми с другими "партнерами" - прежде всего с американцами.

        Но американцы вряд ли поделятся с нами самыми сокровенными деталями своего нынешнего рекорда на Х-43А. Почему? Летательные аппараты с "прямоточками" обещают слишком многое: вплоть до совершенствования парка боевых крылатых ракет.

        В отличие от ракет, которыми пока монополизированы скорости за 5000 км/час, летательные аппараты с прямоточными двигателями практически не смогут работать на высотах более чем примерно 80 км, где атмосфера уже слишком разрежена для них. Дело в том, что ракетный двигатель движет летательный аппарат, отталкиваясь от ускоряемой массы ("продуктов" своей работы). Этот эффект достигается всецело за счет предстартовых запасов этой массы (топлива и окислителя).

        "Прямоточка" же захватывает окислитель (кислород) в полете непосредственно из окружающей атмосферы - встречного потока воздуха. И чем быстрее полет, тем сильнее встречный поток воздуха, эффективнее процесс захватывания кислорода, который как бы самоуплотняется в прямоточном двигателе. Поэтому КПД такого двигателя растет со скоростью, достигая около 70% при скорости МАХ 7, которая как раз и достигнута американцами при испытаниях Х-43А. (У знаменитого ныне "Боинга-777" КПД достигает порядка 35%.)

        Итак, замена классического ракетного двигателя на прямоточный дает явную экономию веса и объема летательного аппарата за счет использования окислителя из атмосферы - при тех скоростях (МАХ 5-10 и даже более), где до сих пор монопольно летали только ракеты.

        Еще одно роскошное потенциальное преимущество "прямоточек" - "аэродинамическое качество": отношение подъемной силы (горизонтального полета) к силе сопротивления. Здесь ключевой момент - оптимизированная форма летательного аппарата: интегральное сочетание фюзеляжа с крылом. В то время как вертикально взлетающая система Шаттл" массой около 2500 т требует примерно 3000 т ракетной тяги, 130-тонный "Конкорд", скажем, летит со скоростью 2200 км/час под действием тяги всего в 18 т на высоте 16 км. Правда, аэродинамическое качество при МАХ 7 (7600 км/час) будет всего 5-6, т.е. "Гиперконкорд" потребует тяги примерно в 350 т при собственной массе около 2000 т.

        А что дальше? В ближайшие годы будут освоены скорости 15 000 и, вероятно, 20 000 км/час. Еще менее банален совсем иной фрагмент будущего. Речь идет об освоении атмосферы Марса, где нет свободного кислорода (он связан в молекуле углекислого газа - диоксида кислорода). Откуда же взять необходимую энергию для горения? По моему мнению, марсианские "прямоточки" будут получать тепло со стороны - от бортовых ядерных или термоядерных реакторов, либо от лазерных лучей стационарных/мобильных установок...

        Впрочем, тема об авиации для марсианских экспедиций, на создание которой США без лишнего шума затрачивают уже не первый год десятки миллионов долларов, требует уже отдельного рассмотрения.