Воздушный поезд по-американски: Aerial Relay Transportation System
Воздушный поезд по-американски: Aerial Relay Transportation System
Первая половина 70-х годов двадцатого века стала очень интересным временем для гражданской авиации США. С одной стороны, объёмы перевозок грузов и пассажиров по воздуху неумолимо росли. С другой, на фоне нефтяного кризиса уже нельзя было «жить по-старому» — просто строить самолёты побольше, летающие побыстрее. На первый план почти впервые вышла экономичность. И инженеры, ещё не привыкшие к новым реалиям, предлагали самые необычные проекты в попытках снизить стоимость перевозки. Их мы и обсудим ниже.
Архивы Boeing
Новые времена требовали нового взгляда на авиацию. Ведь часто бывает, что ранее работоспособное решение, уже привычное и отработанное, в новом моменте может стать вредным и тормозить дальнейшее развитие. И уже далеко не в первый раз взгляды инженеров обратились на фюзеляж самолёта. Ведь в полёте он, как ни странно, только мешает. Фюзеляж в большинстве случаев не создаёт подъёмную силу, а только вот дополнительного сопротивления потока воздуха от него немало. Решает эту проблему конструкция летающего крыла, но и она далеко не идеальна. Большая часть полезной нагрузки у летающего крыла всё равно сосредоточена ближе к продольной оси конструкции. А ведь если сделать крыло достаточно большим и толстым, то груз, топливо и экипаж можно полностью распределить по объёму. Такая конструкция получила название Distributed-Load Freighter или более просторечное Spanloader, которое и прижилось в дальнейшем.
Wikimedia Commons
К ранним представителям концепции распределения нагрузки по крылу самолёта можно отнести множество проектов, но один из самых запоминающихся — «Воздушный лайнер №4» Нормана Бел Геддеса 1929 года.
Spanloader, в сравнении даже с обычными летающими крыльями, имел одно значительное преимущество — он был сильно легче. Расположенный по обыкновению около продольной оси самолёта груз создаёт большую нагрузку на крыло посередине. Чтобы крыло банально не сломалось, в полёте его нужно делать куда прочнее других конструкций самолёта, а значит его вес будет расти. При схеме с грузом, распределённым по всему объёму крыла, вес нагрузки уравновешивается именно подъёмной силой крыла в том месте. В итоге конструкция Spanloader’a при схожих размерах получается значительнее легче.
NASA
На фото — проекты различных самолётов, созданных по концепции распределения нагрузки по крылу. Интересно, что большая часть проектов сохраняет фюзеляж. Это позволяет немного увеличить полезную нагрузку ценой чуть худших лётных характеристик и адаптировать самолёт под использование в обычных аэропортах.
Впервые подобная конструкция была представлена публике ещё в 20-х годах, но на технологиях того времени её реализовать не вышло. Слишком велики были проблемы с аэродинамикой предельно толстого крыла, да и управлять ими в полёте было крайне непросто. В 70-е же годы большую часть проблем Spanloader’ов уже можно было решить при помощи использования электродистанционной системы управления самолёта и добавления компьютерного помощника для пилота. NASA, считавшее идею Spanloader’а одной из самых перспективны в авиационной инженерии, выделило серьёзное финансирование, и проектированием самолётов с распределённой нагрузкой по крылу занялись почти все крупные игроки авиационной промышленности. Заинтересовались подобными самолётами военные, которым тоже хотелось возить побольше грузов.
Архивы Boeing
Фирма Boeing быстро выбилась в лидеры по разработке концепции Spanloader’а, так как уже имела опыт работы с подобными самолётами для вывоза полезных ископаемых из Антарктики. Впоследствии именно наработки Boeing будут положены в основу идеи ARTS.
И вот уже проработаны проекты, и кажется, что концепцию Spanloader ждёт безоблачное будущее. Но в ходе разработки была выявлена одна серьёзная проблема. Из-за значительных размеров и особенностей конструкции крыла Spanloader взлетал бы с большим трудом. Лишь небольшое количество существующих в 70-ые годы аэропортов в США имели взлётную полосу достаточной длины для разбега подобного самолёта. Затраты на полную перестройку авиационной транспортной системы США никогда бы не окупили ту выгоду, что давал бы реализованный Spanloader. А возить грузы только между парой крупных аэропортов просто не имело смысла.
Архивы Boeing
Хоть изначальные проекты Boeing и предполагали использование более простого прямого крыла, быстро выяснилось, что у него всё очень плохо с маневренностью из-за того, что оперение самолёта располагалось слишком близко к центру тяжести. Потому пришлось перейти к куда более сложной схеме со стреловидным крылом, менее удобным для перевозки грузов и менее устойчивым в полёте.
Но бросать проект, на который уже было потрачено немало усилий и средств, было жалко. И тогда группа авиационных инженеров из исследовательского центра Лэнгли решила пойти дальше и в 1976 году представила проект ARTS (Aerial Relay Transportation System — Воздушная Эстафетная Транспортная Система) Инженеры предложили: а почему бы не пересмотреть систему гражданских и грузовых перевозок в корне? Уйти от старой идеи простой перевозки груза из одной точки в другую. Задумка инженеров предполагала разделение гражданской и пассажирской авиации на два специализированных класса. Первые, «лайнеры», постоянно находятся в воздухе и везут грузы по ряду самых важных маршрутов. Самолёты-челноки привозят грузы из аэропортов и возвращают обратно.
Общий вид системы ARTS
Несколько огромных Spanloader’ов «лайнеров» поднимаются в воздух и в полёте сцепляются между собой в единое летающее крыло. Такая сцепка ещё более эффективная в полёте, ведь подъёмная сила одного огромного крыла больше подъёмной силы его «составных частей». При необходимости отдельные части можно отцеплять, например для обслуживания, или добавлять новые, если поток грузов по маршруту увеличился. Каждый «лайнер» в задней части крыла оснащён одним стыковым узлом, к которому пристыковываются специальные самолёты-челноки. Челнок просто доставляет с земли груз, пассажиров, топливо или забирает их обратно на землю. Получается настоящий воздушный терминал, который не стоит на месте, а непрерывно курсирует по наиболее загруженным маршрутам.
Общий вид «лайнера», выполненного по концепции Spanloader. NASA
Постоянное нахождение таких самолётов в воздухе и минимальное маневрирование в ходе полёта позволило вернуться к более простой схеме с прямым крылом.
Сцепка Spanloader’ов может оставаться в воздухе днями и неделями. Летающие терминалы должны были летать по нескольким главным воздушным трассами США, лишь изредка возвращаясь на землю для технического обслуживания. Это позволяет серьёзно специализировать самолёты. Spanloader может быть максимально «заточен» под длительное пребывание в воздухе. Ему не нужны мощные двигатели, ведь взлетает он всегда пустой. Не понадобится и сложная механизация крыла, ведь большую часть времени Spanloader летит по прямой на постоянном маршруте. И совсем другое дело — челнок. Этот самолёт максимально эффективен на взлёте благодаря мощным двигателям и великолепной механизации крыла. При этом ему не нужно совершать долговременные полёты и везти с собой большие запасы топлива. Надо просто доставлять туда-обратно пассажиров и грузы с пролетающих мимо воздушных терминалов.
Один из вариантов челноков для системы ARTS, пассажирский вариант. NASA
Отсутствие необходимости брать большой запас топлива позволяет значительно уменьшить размеры самолёта.
По прикидкам инженеров, даже при совсем не астрономических финансовых вложениях можно было бы в корне изменить всю систему гражданской авиации США, сделав её в разы более эффективной, а значит выгодной. Самолёты-челноки могли взлетать даже с небольших аэродромов, позволяя значительно сократить время на доставку грузов к крупным аэропортам. Постоянно путешествующие по своим маршрутам воздушные терминалы тратили бы в 10 раз меньше топлива на доставку одной тонны груза, чем обычные транспортные самолёты того периода.
NASA
На схеме выше — опытный маршрут для отработки концепции ARTS между побережьями США. Штриховкой отмечена дальность полёта челноков.
Но и на этом фантазия разработчиков не думала останавливаться: в будущем «лайнер» можно вместо груза оснастить ядерным реактором. И тогда больше не потребуется доставлять на воздушный терминал топливо, что позволит снизить итоговую цену провозки груза ещё минимум в три раза. А еще Spanloader можно было бы превратить в развлекательный центр для пассажиров. Кто бы отказался в полёте сходить в нормальный кинотеатр или хороший ресторан и принести тем самым деньги фирме-перевозчику? Впоследствии предполагалось, что ARTS будет востребована и в других регионах планеты с высокой плотностью населения и промышленности — например, в Европе или развивающихся странах Юго-Восточной Азии.
Карта основных маршрутов для ARTS над США. NASA
При этом авторы проекта признавали, что кардинально изменить авиацию их идея не может. Полностью ARTS раскрывала себя в лишь ситуации, когда вокруг маршрута было большое количество городов с развитой промышленностью, которым было выгодно отправлять грузы в другие города, также охваченные системой. В случае продолжительного полёта из одной точки в другую, например при перелёте из США в Европу или из США в Японию, экономический выигрыш был на порядки меньше. Конечно, появлялись идеи о том, что в будущем отдельные системы воздушных терминалов свяжут настоящие летающие города-склады, составленные из совсем гигантских Spanloader’ов, но это было уже совсем что-то из области фантастики.
Система ARTS была представлена на нескольких конференциях, посвящённых развитию грузовой и пассажирской авиации, вызвав немалый интерес у авиационного сообщества. Ведь по расчётам создателей для запуска первого пробного маршрута между побережьями США не требовалось огромного финансирования. Вот только всё равно ни одна крупная частная фирма, недавно оправившаяся от нефтяного кризиса, потянуть в одиночку такой проект не могла. А вот при участии государства многие частники были готовы вложиться в идею. Но тут всплыла, наверное, главная проблема всего проекта.
При том что идея ARTS выглядела по-настоящему передовой, она была абсолютно неинтересна военным. Им нужен был тяжёлый транспортный самолёт, который мог бы довести груз туда, куда будет нужно в конкретный момент, а не в рамках чётко заданного маршрута. Более того, по их оценке, система ARTS сделала бы перевозки внутри США слишком уязвимыми для атак. Нет ничего сложного взять и уничтожить несколько воздушных терминалов атакой с воздуха или при помощи взрывного устройства в грузе. Один или два удара буквально парализуют всю систему, выведя её из строя на месяцы. А ведь был ещё и шанс воздушных происшествий при постоянных стыковках.
Авиация 70-х была далекой не такой надёжной, как сегодня, и исключать катастрофы было никак нельзя. И если катастрофа одного самолёта и так трагедия, то катастрофа с участием воздушного терминала была бы поистине ужасна.
NASA
Один из потомков ARTS средины 90-х — проект NASA сборного грузового самолёта, состоящего из центрального пилотируемого модуля с топливом и множеством беспилотных грузовых модулей, что в дальнем полёте цепляются к пилотируемой машине, а над целевым регионом разлетаются по разным аэропортам.
В итоге к началу 80-х разговоры про ARTS затихли. С одной стороны, самолёты потихоньку учились быть экономичнее, снижая издержки на перевозку грузов по воздуху. С другой стороны, значительно замедлился рост объёмов грузов и пассажиров. На цифры, предполагаемые разработчиками ARTS для конца 1980-х, отрасль вышла только в 2000-е годы XXI века. И хоть иногда издалека похожие проекты и появляются, в основном предлагая использовать в качестве терминалов дирижабли, шансы на реализацию подобных идей минимальны.
