Идея аппарата, который способен лететь как самолёт, а затем нырять под воду как подводная лодка, преследует инженеров уже почти сто лет. За это время были потрачены огромные средства, построены опытные образцы, проведены испытания — и почти каждый раз проект заканчивался ничем. Однако в последнее десятилетие ситуация изменилась. Оказалось, что главным препятствием на пути летающей подлодки был вовсе не двигатель, не материалы и не аэродинамика, а человек в кабине. Как только от пилота отказались, задача сдвинулась с мёртвой точки.
Столетие неудач: почему летающая субмарина не получалась
Первая серьёзная попытка создать гибрид самолёта и подводной лодки была предпринята в Советском Союзе. В середине 1930-х годов курсант Военно-морского инженерного училища Борис Ушаков предложил проект летающей подводной лодки (ЛПЛ). Замысел был красивым: аппарат подлетает к району нахождения вражеских кораблей, садится на воду, погружается и атакует торпедами из подводного положения, оставаясь незамеченным.
Проект прошёл через несколько инстанций, получил положительные отзывы, но в итоге был закрыт. Причина оказалась банальной: чтобы соответствовать требованиям и к самолёту, и к подводной лодке, машина получалась слишком тяжёлой в воздухе и слишком слабой под водой. Скорость подводного хода составляла считанные узлы, дальность подводного плавания — единицы миль, а прочный корпус, необходимый для погружения, делал конструкцию неподъёмной для авиационных двигателей того времени.
Проект летающей подводной лодки Ушакова
Схожая судьба ждала и американские разработки. В 1964 году конструктор Дональд Рейд построил аппарат RFS-1 (Reid Flying Submarine), который действительно мог и летать, и погружаться. Но перед погружением пилоту приходилось вручную снимать воздушный винт, герметизировать двигатель и надевать акваланг, поскольку кабина затапливалась. Ни о каком боевом применении речь не шла.
В 1960-е годы ВМС США финансировали проект Convair, предусматривавший создание летающей подлодки с реактивными двигателями. Программа была свёрнута: расчёты показали, что боевая эффективность такой машины будет ниже, чем у обычного самолёта или обычной субмарины по отдельности.
Последнюю громкую попытку сделало агентство DARPA в 2008 году, объявив программу Submersible Aircraft. Требования были предельно конкретными: дальность полёта около 1000 морских миль, подводный ход до 22 км, возможность доставки группы бойцов и нахождения в подводном положении до трёх суток. Через несколько лет программу тихо закрыли — ни один из участников не смог предложить работоспособную концепцию.
RFS-1 (Reid Flying Submarine)
В чём заключалось главное противоречие
Причина всех неудач лежит в физике. Воздух и вода различаются по плотности примерно в 800 раз. Самолёту нужна максимально лёгкая конструкция, большая площадь крыла и высокая скорость. Подводной лодке — прочный тяжёлый корпус, способный выдержать давление, минимальное сопротивление формы и отрицательная плавучесть для погружения.
Любая попытка совместить эти требования в одном корпусе приводила к компромиссу, при котором аппарат оказывался плохим самолётом и одновременно плохой подводной лодкой.
Но был и ещё один фактор, который долгое время не осознавался как ключевой, — экипаж. Присутствие человека требовало герметичной кабины с системой жизнеобеспечения, средств спасения, приборов, органов управления и, самое главное, гарантий безопасности при переходе из одной среды в другую. Именно кабина с людьми задавала минимальный объём и минимальную прочность конструкции, а значит, и её вес.
Кроме того, человек накладывал жёсткие ограничения на режимы работы. Аппарат не мог входить в воду на большой скорости, испытывать значительные перегрузки при ударе о поверхность, длительно находиться на глубине без запаса воздуха.
Что изменил отказ от пилота
Как только из уравнения исчез человек, задача радикально упростилась.
Во-первых, отпала необходимость в герметичной обитаемой кабине, системах жизнеобеспечения, кислороде и спасательных средствах. Освободившийся объём и вес можно направить на аккумуляторы, полезную нагрузку или прочность корпуса.
Во-вторых, беспилотный аппарат можно проектировать «затапливаемым». Ему не нужно оставаться сухим внутри — достаточно защитить электронику, двигатели и аккумуляторы. Это позволяет отказаться от массивного прочного корпуса, рассчитанного на большое избыточное давление.
В-третьих, снялись ограничения по перегрузкам. Дрон может входить в воду на скорости, ударяться о поверхность, выпрыгивать из неё с ускорением, недопустимым для человека.
В-четвёртых, изменилась цена ошибки. Потеря беспилотного аппарата — это финансовые убытки, а не гибель экипажа. Это позволяет вести испытания гораздо смелее и быстрее, отрабатывая десятки вариантов конструкции.
Наконец, аппарат стал меньше. А чем меньше размеры, тем проще решаются проблемы прочности, герметизации и переходов между средами.
Современные проекты: от лабораторий к практике
Сегодня в мире одновременно развивается несколько десятков программ создания гибридных воздушно-подводных аппаратов (в англоязычной литературе — HAUV, Hybrid Aerial Underwater Vehicle).
Одним из наиболее известных стал американский аппарат CRACUNS, разработанный Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в 2016 году. Это коррозионностойкий беспилотник, способный длительное время находиться под водой в спящем режиме, а затем всплывать и взлетать. Корпус изготовлен методом аддитивных технологий из композитов, а двигатели полностью герметизированы, что позволяет аппарату находиться в солёной воде месяцами.
Американский аппарат CRACUNS
Другое направление представляет проект Naviator, созданный в Ратгерском университете. Это мультироторный аппарат с двумя ярусами винтов, которые работают и в воздухе, и в воде. Он способен многократно нырять и всплывать, менять глубину и вести наблюдение как над поверхностью, так и под ней.
Активно работают в этой области и китайские университеты. Серия аппаратов «Нэчжа» (Nezha), разработанная в Шанхайском университете Цзяо Тун, прошла несколько поколений и испытывалась в реальных морских условиях. Аппараты этой линейки способны совершать многократные переходы «воздух — вода», собирать океанографические данные, вести подводную съёмку и передавать информацию после всплытия.
Отдельный интерес представляют аппараты, использующие принцип «выпрыгивания». Проект AquaMAV, разработанный в Имперском колледже Лондона, применяет реактивный импульс для выхода из воды: небольшой заряд сжатого газа или химическая реакция создают тягу, выбрасывающую аппарат в воздух, после чего он раскрывает крылья и продолжает полёт.
Аппарат Naviator
Технические решения, которые сделали идею реальной
Успех современных проектов обеспечили сразу несколько технологий, недоступных инженерам прошлого века.
Главным прорывом стали литиевые аккумуляторы высокой ёмкости. Они позволяют использовать электродвигатели, одинаково работающие в обеих средах, и избавляют от необходимости в двух разных силовых установках, как это было в проектах Ушакова и Рейда.
Вторым фактором стали композитные и аддитивные технологии. Современные материалы дают возможность создавать лёгкие, прочные и коррозионностойкие корпуса сложной формы, которые невозможно было изготовить традиционными методами.
Третье решение — концепция «мокрого» корпуса. Аппарат заполняется водой при погружении, а защищаются только критические компоненты. Это снимает главную проблему прочности.
Четвёртый элемент — складная механизация. Крылья, винты и оперение убираются перед погружением, снижая гидродинамическое сопротивление, и раскрываются перед взлётом.
Наконец, важнейшую роль играет автономность управления. Под водой радиосвязь практически не работает, поэтому аппарат должен самостоятельно выполнять программу, ориентироваться, принимать решения о всплытии и возвращаться в точку связи. Развитие бортовых вычислителей и алгоритмов навигации сделало это возможным.
Для чего это нужно военным
Практическое применение гибридных аппаратов оказалось шире, чем предполагалось изначально.
Наиболее очевидная задача — разведка прибрежной зоны. Аппарат может подлететь к району наблюдения, погрузиться, залечь на дне и вести пассивное наблюдение неограниченно долго, не выдавая себя. При появлении цели он всплывает, передаёт данные и вновь уходит под воду.
Вторая задача — противолодочная борьба. Группа таких аппаратов способна выставить временное поле гидроакустических датчиков в заданном районе, причём доставка осуществляется по воздуху, что многократно быстрее развёртывания корабельными средствами.
Третье направление — работа в качестве ретранслятора. Подводные аппараты испытывают серьёзные трудности со связью. Гибридный дрон может принять данные под водой, всплыть, взлететь и передать информацию по радиоканалу или через спутник.
Четвёртое применение — доставка малогабаритных грузов силам специальных операций и минная разведка. Аппарат способен обследовать акваторию, обнаружить мины или подводные препятствия и передать координаты.
Отдельно рассматривается ударное применение. Небольшой гибридный аппарат может скрытно приблизиться к цели под водой, всплыть в непосредственной близости от корабля или портового сооружения и атаковать его.
Гражданские перспективы
Военные задачи — не единственная сфера применения. Океанографам такие машины позволяют быстро обследовать труднодоступные акватории, брать пробы воды на разных участках и оперативно перемещаться между точками измерений без использования судна.
Энергетические компании могут применять гибридные дроны для инспекции подводных трубопроводов, кабелей и опор морских платформ. Спасательные службы — для поиска людей и обследования затонувших объектов.
Экологический мониторинг, контроль состояния коралловых рифов, наблюдение за миграцией рыбы, изучение ледовой обстановки в Арктике — все эти задачи также попадают в область применения аппаратов, способных одинаково уверенно работать в двух средах.
Что мешает прямо сейчас
Несмотря на очевидный прогресс, до массового применения летающих субмарин ещё далеко.
Главное ограничение — энергетика. Аккумуляторы обеспечивают приемлемое время работы лишь для небольших аппаратов. Увеличение размеров резко повышает энергозатраты, а альтернативных источников питания, одинаково пригодных для обеих сред, пока нет.
Вторая проблема — связь и навигация под водой. Спутниковые системы не работают на глубине, а инерциальные системы малой размерности накапливают ошибку. Это ограничивает точность выхода в заданную точку.
Третье препятствие — надёжность. Переход через границу раздела сред является наиболее опасным моментом: удар о воду, попадание брызг в двигатели, обледенение после всплытия в холодном воздухе. Каждый цикл увеличивает риск отказа.
Четвёртая сложность — полезная нагрузка. Пока она измеряется килограммами, что ограничивает круг решаемых задач.
Заключение
История летающих подводных лодок наглядно показывает, как одно инженерное ограничение способно почти на век заблокировать целое направление. Пока в конструкции присутствовал человек, задача оставалась неразрешимой: требования к обитаемому летательному аппарату и к обитаемой подводной лодке оказывались несовместимыми.
Отказ от пилота снял противоречие. Беспилотные гибриды не претендуют на роль торпедоносцев или транспортов для диверсионных групп, как это виделось в 1930-х годах. Они заняли иную нишу — разведка, мониторинг, ретрансляция, обследование акваторий. Но именно в этой нише они оказались не просто работоспособными, а действительно полезными.
Вполне вероятно, что уже в ближайшее десятилетие гибридные воздушно-подводные аппараты станут таким же привычным элементом флотов, каким сегодня стали обычные разведывательные беспилотники. Мечта столетней давности всё-таки воплотится в жизнь — просто в другом, беспилотном обличье.
Дрон-амфибия SkyX
По материалам — https://topwar.ru/288205-sto-let-neudach-kak-otkaz-ot-pilota-nakonec-sdvinul-problemu-letajuschej-podlodki.html
