ВМС США разрабатывают летающую подлодку

В октябре 2008 года агентство DARPA заявило о намерении разработать удивительный самолет-невидимку, который бы подлетал к цели – скажем, вражескому кораблю или порту – затем, превратившись в подлодку, погружался в воду, подходил на расстояние удара и атаковал врага – и все это незаметно для последнего.

Специалисты DARPA со своим 3-х-миллиардным ежегодным бюджетом вообще славятся тем, что ставят перед собой умопомрачительные инженерные задачи, но этот проект выглядит совершенной фантастикой. Возможно ли такое в действительности? "Несколько лет назад я бы сказал, что летающая подлодка - глупость. Теперь я так не считаю", - говорит инженер-конструктор подводных лодок из Сан-Франциско Грэхем Хоукс, команда которого разработала один из проектов для DARPA.

Агентство уже начало изучать предложения конструкторов. Не исключено, что в следующем году DARPA приступит к финансированию понравившейся разработки. Сотрудники DARPA отказываются от комментариев, но журнал New Scientist пообщался с проектировщиками и выяснил, как они намерены преодолеть те сложности, которые мешают превратить самолет в подводную лодку.

А сложности есть. Самолет должен весить как можно меньше, чтобы на его поднятие в воздух хватало меньшей мощности двигателя. Подлодки же – тяжеловесы с массивными корпусами, выдерживающими огромное давление воды. Самолет взлетает и опускается благодаря крыльям, подлодки всплывают и погружаются, как воздушные шары, изменяя свою массу и соответственно плавучесть. Как инженеры устранят эти противоречия? Сможет ли самолет нырнуть в море, как птица? И годится ли для такого самолета реактивный двигатель?

По словам бывшего советника по вопросам военно-морской стратегии и технологии правительства США Нормана Полмара, разрабатывать необходимо самолет, который может погружаться под воду. "Подводные лодки не смогут летать, гидроплан же уйти под воду - сможет", - считает он. Именно так думал в первой половине ХХ века Борис Ушаков - автор идеи летающей ПЛ. В 1934 году курсант Ленинградского военно-морского инженерного училища создал "схематический проект летающей подводной лодки (ЛПЛ)" - боевого гидросамолета с тремя авиамоторами. Этот самолет должен был подлетать к кораблю, приводняться, погружаться благодаря заполнению кабины водой, и торпедировать цель. В 1937 году проект был даже включен в план отдела "В" Научно-исследовательского военного комитета, но впоследствии от радикальной идеи отказались.

Первая летающая подлодка появилась только через 30 лет. В 1962 году инженер-электронщик авиазавода North American Aviation Дональд Рейд представил миру гидросамолет Reid Flying Submarine (RFS-1), собранный им в свободное от работы время из деталей от списанной авиационной техники. На испытаниях самолет доказал, что может погружаться под воду на несколько метров, а вот взлететь на сколь-либо продолжительное время у него не вышло: слишком велика была масса. Изобретение появилось в разгар холодной войны, и ВМС США даже финансировали дальнейшие разработки инженера – впрочем, недолго, в 1966 году Конгресс США закрыл программу.

Заинтересовались они аппаратом конструкторского бюро Convair, получившим название "субплан". Субплан при приводнении полагался не на поплавки, которых был лишен, а на обтекаемость фюзеляжа, напоминавшего корпус подводной лодки. В журнале докладов Военно-морского института за сентябрь 1964 года инженер гидродинамики из Управления вооружения ВМС Юджин Хэндлер заявляет, что такая летающая ПЛ идеально подходит для нападения на советские корабли в Балтийском, Черном и Каспийском морях. Бюро Convair разработало детальные эскизы субплана и даже создало несколько макетов, которые были испытаны в резервуарах с водой. Впрочем, несмотря на то, что результаты испытаний выглядели многообещающими, в 1966 году Конгресс свернул финансирование проекта.

Может быть, и новый проект DARPA ожидает та же участь? "То, чего хотят американцы, звучит в высшей степени амбициозно, - считает начальник спасательной службы подводных лодок НАТО коммандер Королевского флота Великобритании Джонти Поуис. – Если они добьются хотя бы половины того, чего хотят от этой машины, это уже будет хорошо". Другие эксперты настроены более оптимистично, особенно в свете достижений инженерии и материаловедения последних лет (например, создания сверхлегких углеродных композитов и мощных энергоносителей). "Нет никаких причин, почему этот самолет не может быть создан", - уверен Хоукс.

Считается, что идея, предложенная бюро Convair, верна. Использование обтекаемого фюзеляжа вместо громоздких и тяжелых поплавков делает самолет легче и быстрее и в воздухе, и под водой. Но, положим, самолет приводнился. Как заставить его уйти под воду?

Один из вариантов – затопить фюзеляж. Но тогда экипажу понадобятся дыхательные аппараты. По словам Полмара, вместо этого можно поместить экипаж в водонепроницаемую кабину, а, чтобы компенсировать подъемную силу воздуха, одолжить еще одну идею Convair – затопляемые топливные баки. Если топливо в баках будет содержаться в резиновых емкостях, самолет погрузится благодаря воде, заполнившей пространство, которое освобождается между такими емкостями и стенками баков при сгорании топлива. Когда самолету предстоит всплывать, экипаж может просто откачать воду.

А как быть с двигателем? По словам инженера аэрокосмонавтики из британского университета Крэнфилда, для приведения в движение летающей ПЛ стоит полагаться на электроэнергию. "Когда лодка погружена, у батарей, питающих электромоторы, будет один плюс: их вес поможет преодолеть плавучесть корпуса".

Впрочем, такое решение вряд ли допустимо: лодка станет непригодной к полету. В своем прошлогоднем исследовании "Предварительный проект погружаемого тактического самолета" коллектив будущих инженеров из Университета Оберн в Алабаме рассчитал, что батареи, способные обеспечить дальность подводного плавания аппарата в 44 километра (требование DARPA), будут весить столько же, сколько все остальные его детали вместе взятые.

Какую альтернативу предложили студенты? На их взгляд, для движения под водой следует использовать стандартный авиационный газотурбинный двигатель, а воздух для него подавать через 10-метровую трубу-"шнорхель". В этом случае в погруженном состоянии самолет будет вынужден оставаться у самой поверхности. Впрочем, DARPA еще не определила, на какой глубине должен действовать перспективный аппарат, поэтому такой вариант вполне подходит. "Если самолет остается невидимым, нет особой необходимости погружаться глубоко, - считает инженер и директор Общества подводных технологий из Лондона. – Проблема в том, что самолет должен быть достаточно тяжелым, чтобы уйти под воду".

Для Хоукса здесь все очевидно. Он считает, что летающая подлодка не обязательно должна быть тяжелее любого другого самолета. "Невозможно построить самолет, который одновременно являлся бы и воздушным шаром, да и воздушный шар не сможет погрузиться под воду так, как это делает подлодка. Нельзя смешивать два фундаментально разных принципа работы".

Хоукс уже занимался строительством подводных лодок, которые легче воды. С их плавучестью он боролся с помощью крыльев. "Представьте, что лодка летит под водой, - предлагает инженер. – Это достижимо. Просто нужно упорно работать".

Чтобы крылья "летали" не только в воздухе, но и под водой, они должны отличаться от обычных. "В отличие от ассиметрично кривых крыльев, поднимающих в воздух обычный самолет, у крыльев летающей подлодки симметричный профиль", - говорит Хоукс. В воздухе такое крыло находится под положительным "углом атаки" по отношению к потоку: иначе говоря, "смотрит вверх". Сама летающая подлодка при этом тоже летит "носом вверх". Напротив, под водой угол атаки отрицательный, и лодка движется "носом вниз".

У Хоукса уже есть подводная лодка с маленькими крыльями Super Falcon, которая может "долететь" до 300-метровой глубины – то есть опуститься в 10 раз глубже, чем легкий водолаз. По словам Хоукса, если поставить на эту лодку авиадвигатели и крупные крылья, она будет летать со скоростью 900 километров в час при угле атаки 5 градусов. Под водой скорость такого аппарата составит 10 узлов. На этих скоростях число Рейнольдса примерно одно и то же – то есть несущие поверхности летающей подводной лодки будут исправно работать как в воздухе, так и под водой.

Хоукс признает, что на поднятие в воздух Super Falcon’а понадобится столько энергии, сколько сможет выработать только реактивный двигатель. Согласен с этим и Полмар. По его словам, использование поршневых двигателей, которые устанавливаются на легкие самолеты, исключено: если в цилиндры попадет вода, они откажут. "Поршневой двигатель нельзя заставить работать под водой", - говорит Полмар. Если же защитить реактивный двигатель от коррозии и расположить его в верхней части самолета, чтобы брызги не попадали в воздухозаборник во время взлета и посадки – он будет работать прекрасно. Кстати сказать, так устроен самолет-амфибия Бе-200 разработки и производства ТАНТК имени Г. М. Бериева.

По словам Хоукса, реактивные двигатели могут приводить в движение самолет не только в воздухе, но и под водой. Просто под водой компрессор и лопатки турбины двигателя будут работать благодаря электромотору. Создать двигатель, который в воздухе работает на керосине, а под водой – на электроэнергии, не так сложно.

Это понимает не только Хоукс. В прошлом году компания Airbus запатентовала электрореактивный двигатель, в котором в качестве источников энергии используются керосин и электричество. В большинстве реактивных двигателей есть электростартер, который может вращать вал турбины под водой, считает Хоукс. Лопасти при этом, конечно, будут крутиться медленнее, и двигатель будет менее эффективным, но инженер считает, что он все равно зарекомендует себя идеально.

Студенты Оберна в своей разработке применяют во многом похожую схему, только берут за основу турбовальный газотурбинный двигатель. По их мнению, при наличии винта с большими лопастями и редуктора для изменения скорости вращения вала такой двигатель покажет "приемлемую эффективность" как в воздухе, так и под водой. Для выработки электричества, вращающего винт под водой, могут применяться воздухонезависимые топливные элементы.

У реактивного двигателя Хоукса есть один недостаток. "Забортная вода не должна попасть на горячий двигатель – термоудар разнесет его на куски, - предупреждает инженер Управления гражданской авиации Великобритании Джим Маккенна, который раньше занимался проектированием погружаемых самолетов. – На охлаждение реактивного двигателя уходит очень много времени: турбина имеет температуру где-то между 500 и 600 градусами Цельсия". Словом, прежде чем погрузиться, летающей подлодке придется часами оставаться на поверхности воды, чтобы двигатели остыли.

Кстати, опустить подлодку Хоукса на глубину, достаточную для того, чтобы крылья создавали эффективную направленную вниз силу, тоже непросто. Но инженер предлагает решить проблему "птичьим" способом. "Можно уходить под воду носом вниз, буквально нырять", - считает Хоукс. Подобную идею высказывали еще пионер авиации 19 века Отто Лилиенталь и изобретатели первого в мире самолета братья Райт. Впрочем, она не гарантирует успех. Как бы там ни было, "будет то еще зрелище", - шутит Хоукс.