Сверхзвуковой самолет НАСА X-59, способный преодолеть звуковой барьер "в тишине", скоро поднимется в небо
Разработанный NASA и Lockheed Martin, X-59 QueSST (Quiet SuperSonic Technology) - это особенный сверхзвуковой самолет: как следует из названия, он был разработан для преодоления звукового барьера гораздо тише, чем другие существующие сверхзвуковые аппараты. Ожидается, что первые испытательные полеты состоятся в ближайшие несколько месяцев; в случае успеха они могут привести к коммерческим сверхзвуковым полетам, как это было с Concorde с 1976 по 2003 год.
Звук - это волна сжатого воздуха, движущаяся из точки А в точку Б со скоростью 340 метров в секунду. Когда корабль летит на дозвуковой скорости, он создает (продольные) звуковые волны, которые распространяются во всех направлениях. Но когда самолет летит на сверхзвуковой скорости, он движется быстрее, чем звуковые волны, которые он генерирует; молекулы воздуха не могут отклониться от своей траектории достаточно быстро, поэтому волны давления объединяются и создают большую ударную волну, которая движется к земле, где она встречается с человеческим ухом и производит хорошо известный "взрыв". Этот взрыв иногда может превышать 100 децибел (около 105 дБ для Concorde)!
Этот разрушительный шум, который вредит как людям, так и животным, является одной из причин, почему коммерческие сверхзвуковые полеты не были столь успешными, как ожидалось - напомним, что Concorde, эксплуатируемый только двумя авиакомпаниями, использовался в основном для трансатлантических перелетов, чтобы не слишком сильно влиять на людей. По сей день международные правила ограничивают скорость коммерческого транспорта над поверхностью земли менее чем 1 Мах. X-59 предназначен для полета со скоростью 1,4 Маха, но был специально разработан, чтобы не создавать шума.
Готов к «акустической проверке»
Чтобы ограничить звуковой удар, необходимо предотвратить слияние звуковых волн. Любое значительное изменение формы корпуса самолета - как правило, в носовой и хвостовой частях самолета - может вызвать ударную волну. Поэтому было необходимо изменить форму самолета таким образом, чтобы максимально "сгладить" эти колебания формы. "Мы хотим, чтобы [ударные волны] шли параллельно и отдельно друг от друга, чтобы они не объединялись в громкий звуковой удар", — сказал CNET Ларри Клиатт, технический руководитель НАСА по акустическим испытаниям X-59.
В результате аппарат получился очень длинным и тонким: его длина составляет почти 30,5 метров, а размах крыльев - чуть менее 9 метров. Нос является отличительной особенностью этого самолета: он составляет около одной трети длины. В результате две видеокамеры над и под самолетом и экраны высокой четкости позволяют пилоту видеть то, что находится перед ним (нос самолета слишком длинный и обтекаемый для установки традиционного окна кабины). Один двигатель, General Electric Aviation F414-GE-100, расположен сзади; он содержит 22 000 фунтов двигательной энергии.
Эта особая форма предотвращает слияние волн, генерируемых в носовой части самолета, с волнами, генерируемыми в хвостовой части. В результате, удар, ощущаемый на земле, не должен превышать 75 дБ. По данным НАСА, это примерно так же громко, как хлопанье дверью автомобиля на улице. "Люди могут вообще не услышать бум, а если и услышат, то точно не испугаются, потому что он будет низким, разнесенным и не таким громким", — добавляет Крейг Никол, старший советник в штаб-квартире НАСА.
Цель: добиться изменений в нормативно-правовой базе
X-59 - это просто технологический демонстратор (не прототип). В своем нынешнем виде он не может перевозить пассажиров. "Любой будущий проект сверхзвукового коммерческого самолета с малой стреловидностью, безусловно, будет отличаться от X-59, хотя некоторые элементы конструкции могут быть перенесены напрямую", — говорит Никол.
После подтверждения характеристик и "бесшумности" X-59 в 2024 году планируется провести серию испытательных полетов над полудюжиной населенных пунктов США, отобранных для обеспечения разнообразных географических и атмосферных условий. Цель состоит в том, чтобы убедиться, что потолок в 75 дБ является приемлемым для общественности - непременное условие для возвращения пассажирских перевозок на сверхзвуковых скоростях.
Собранные данные затем будут представлены Международной организации гражданской авиации, которая отвечает за регулирование авиационного шума. Если меры НАСА по борьбе с шумом окажутся эффективными, правила могут быть изменены на международной встрече в 2028 году. X-59 может проложить путь для нового поколения сверхзвуковых авиалайнеров. При скорости 1,4 Маха полет из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк займет всего 2,5 часа (по сравнению с 5 часами при стандартной скорости).
И в отличие от Concorde, который был предназначен для довольно богатой клиентуры, Никол считает, что сверхзвуковые самолеты могут быстро стать доступными для широкой публики. "Если оглянуться на 100 лет назад, то многие передовые технологии передвижения, включая железные дороги и самолеты, начинались как элитные, но по мере развития технологий и снижения стоимости они становились доступными для широкой публики", — сказал он CNN. По словам Дэвида Ричардсона, руководителя программы X-59 компании Lockheed Martin, полеты для широкой публики могут состояться уже в 2035 году.