МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ICMAR'2002
С 1 по 7 июля проходила XI-я Международная конференция по методам аэрофизических исследований, проводимая раз в два года Институтом теоретической и прикладной механики СО РАН. Эта конференция больше известна специалистам как ICMAR по аббревиатуре из начальных букв ее английского названия. На ICMAR'2002 собрались около сотни известных ученых из многих академических и отраслевых институтов России, Германии, Казахстана, Китайской Народной Республики, Нидерландов, США, Тайваня, Украины и Франции.
Александр Максимов
с.н.с. ИТПМ СО РАН
 |
 |
 |
Гиперзвуковые аппараты, летающие со скоростью свыше 5000 км/час (число Маха, т.е. отношение скорости полета к скорости звука, М=5), начали создаваться сразу же после наступления эры реактивной авиации, еще в 50-х годах прошлого века. В большинстве случаев они разрабатывались военными ведомствами. Для достижения сверхвысоких скоростей специальные исследовательские самолеты оснащались ракетными двигателями, имевшими в то время максимальную удельную тягу. Наиболее известным таким летательным аппаратом был американский Х-15, разработанный ВВС США совместно c Национальным управлением по авиации и космонавтике (NASA) для исследований проблем гиперзвукового полета и возвращения в атмосферу. Исследовательский ГЛА поднимался на высоту более 13 км с помощью стратегического восьмидвигательного бомбардировщика В-52, после отделения от самолета-носителя включал свой ракетный двигатель и отправлялся в самостоятельный полет. Х-15 совершил первый полет в июне 1959 года. Всего было построено три таких самолета. К моменту завершения программы в октябре 1968 г. они совершили в общей сложности 199 полетов. В ходе этих полетов были достигнуты рекордная высота 107,96 км и скорость 7274 км/час (М = 6,7).
В те же годы Советский Союз также вел исследования по разработке гиперзвуковых летательных аппаратов. В 1962 году в ОКБ Мясищева начались работы по секретному проекту "Спираль". Воздушно-космическая система (ВКС) массой 140 тонн, являющаяся предшественником американского "Спейс Шаттла" и нашего "Бурана", состояла из гиперзвукового разгонщика и одноместного орбитального самолета массой 10,3 тонны, который должен был отделяться от носителя на высоте около 30 км при скорости М = 5,5 - 6. До закрытия проекта в 1969 году прототип орбитального самолета успел совершить три атмосферных испытательных полета после сброса с бомбардировщика Ту-95. Модели ВКС типа "Бор", созданные по программе "Спираль", использовались для испытаний теплозащитных плиток, предназначенных для ВКС "Буран". В конце 70-х и в начале 80-х годов они совершили несколько суборбитальных и орбитальных полетов. В марте 1983 года один из них (объявленный как Космос-1445) после приводнения в Индийском океане был сфотографирован разведывательным самолетом Австралии, и вскоре его снимки появились на страницах большинства зарубежных газет и журналов.
За истекшие почти полвека рассматривалось множество проектов различных воздушно-космических систем, включающих в свой состав ГЛА (английский "Хотол", немецкий "Зенгер" и т.д.), но ни одна из них так и не смогла выйти даже из стадии эскизного проектирования. Как оказалось, разработка ГЛА наталкивается на очень сложные проблемы создания экономичной двигательной установки и обеспечения теплозащиты конструкции, имеющей большие несущие поверхности и подвергающейся длительным тепловым воздействиям, возникающим при высоких скоростях полета в атмосфере. ГЛА должны разгоняться по пологой траектории, поэтому ракетные двигатели становятся невыгодными из-за больших расходов топлива, а обычные турбореактивные двигатели теряют эффективность при скоростях выше М = 3. Неоднократные попытки разработать более экономичные комбинированные ракетно-прямоточные двигатели также не увенчались успехом.
При создании перспективных гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД или Scramjet), использующих для сжатия воздуха скоростной напор и в качестве окислителя атмосферный кислород, возникает проблема обеспечения эффективного горения топлива при сверхзвуковых скоростях потока в камерах сгорания. Без обеспечения высокой полноты сгорания невозможно получить необходимую для таких скоростей полета тягу. За истекшие десятилетия были проведены летные испытания нескольких прототипов различных ГПВРД, использующих в качестве горючего водород (последний из них был запущен 30 июля 2002 г. с австралийского полигона Вумера с помощью исследовательской ракеты "Терьер-Орион"), но большинство из них завершились неудачно. Чаще всего это объяснялось неумением обеспечить расчетную тягу.
Как известно, вплоть до последнего времени при создании новых образцов авиационной и ракетной техники во всех странах мира широко использовались различные моделирующие устройства: аэродинамические трубы, тепловые установки и всевозможные наземные стенды. Полученные в этих устройствах экспериментальные данные позже уточнялись при модельных или натурных летных испытаниях. Так было при разработках различных одноразовых возвращаемых аппаратов, а также ВКС "Спейс Шаттл" и "Энергия--Буран", входящих в атмосферу с орбитальными скоростями (М=25). Хотя при создании воздушно-космических систем первого поколения были разрешены практически все научно-технические проблемы, но основную свою цель — десятикратное снижение стоимости вывода полезного груза в космос — они так и не сумели выполнить. Более того, стоимость даже доведенного до широкой эксплуатации "Спейс Шаттла" оказалась значительно выше стоимости одноразовых ракетных систем, которые по первоначальным планам он призван был вытеснить с космической арены.
При разработке перспективных гиперзвуковых воздушно-космических систем, которые довольно долго должны находиться в плотных слоях атмосферы, возникла совершенно новая ситуация, связанная с необходимостью одновременного моделирования сверхвысоких температур торможения и достаточного временного масштаба для реализации возникающих в таких условиях физико-химических реакций. Создание новых газодинамических устройств, полностью моделирующих реальные условия полета, наталкивается как на разрешение принципиальных проблем (обеспечение сверхвысоких давлений и температур торможения), так и на необходимость чрезвычайно больших финансовых затрат.
Как было отмечено на конференции ICMAR'2002, несмотря на заманчивость идей полета из одного континента на другой за 1,5-2 часа, создание пассажирских ГЛА в ближайшем будущем маловероятно. Такие аппараты могут разрабатываться либо для военных целей, либо с целью увеличения безопасности полетов и снижения удельной стоимости вывода различных полезных нагрузок в космос, составляющей сейчас около 20000 долларов на 1 кг. В конце концов пытливый человеческий ум найдет выход и из нынешнего сложного положения. Но когда и как это случится — приходится только гадать, поскольку в настоящее время нет никакой острой необходимости в создании новых дорогостоящих ГЛА. В отличие от предыдущих этапов развития авиационной и ракетно-космической техники, вероятнее всего, при разработке будущих ГЛА более широко будут проводиться натурные летные испытания их масштабных и полноразмерных прототипов, снабженных моделями соответствующих двигательных установок. Одним из существующих прототипов ГЛА является исследовательский аппарат NASA Х-43А длиной 3,7 м и с размахом крыльев 1,5 м. К сожалению, 2 июня 2001 года первая попытка его летного испытания с включением действующей модели ГПВРД при скорости М = 7 завершилась неудачей из-за разрушения разгонной твердотопливной ракетной ступени вскоре после ее отделения от самолета-носителя.
На ICMAR'2002 доктор Жан Майларт (Нидерланды) подробно рассказал о другом таком ГЛА, получившем название EXPERT, который разрабатывается в Центре космических исследований и технологий Европейского космического агентства ESTEC.
7 июля, в заключительный день работы конференции, состоялась общая дискуссия по проблемам разработки гиперзвуковых летательных аппаратов. Открыл дискуссию председательствовавший в этот день директор ИТПМ СО РАН, член-корреспондент РАН В.Фомин. В своей вступительной речи он отметил:
— Если смотреть с позиций сегодняшнего дня, может быть, нет никакой необходимости разрабатывать новые ГЛА. Их разработка действительно наталкивается на серьезнейшие проблемы, и целью нашей конференции является как раз поиск возможных путей их разрешения. Не следует забывать, что в 30-е годы прошлого века А.Туполев разработал первый отечественный цельнометаллический самолет, который привел к созданию алюминиевой промышленности страны, а строительство атомных подводных лодок в 60-х годах потребовало становления титановой промышленности в СССР. Точно так же работа над ГЛА может привести к появлению прорывных технологий в различных отраслях науки и промышленности, а также к развитию совершенно новых производств.
Затем получил слово "патриарх" американских аэрогазодинамиков, "всеобщий возмутитель спокойствия" профессор С.Богдонофф. Он еще раз изложил свои взгляды на возникшую ситуацию:
— Мне кажется, что весь предыдущий опыт разработок авиационных и ракетно-космических систем и накопленные при этом научные знания малопригодны для разработок перспективных ГЛА, поскольку при их полете реализуются совершенно иные условия, и на передний план выходит необходимость учета химических реакций. Эти реакции протекают как в камерах сгорания при сверхзвуковых скоростях потока, так и в обтекающей внешние поверхности аппарата высокотемпературной плазме. Для достижения новых целей нужны совершенно иные испытательные установки, новые конструкционные материалы и более высококалорийные топлива и так далее. Разработка промежуточных вариантов ГЛА, рассчитанных на числа Маха М = 6 или 7, не решит стоящих перед нами задач, а может вылиться лишь в увеличение расходов и потерю времени.
Известные специалисты: В.Гусев (ЦАГИ), В.Копченов (ЦИАМ), В.Лапыгин (ЦНИИМаш), В.Сабельников (ONERA), Ж.Майларт (Нидерланды) и Ж.-П.Таран (Франция) во многом были согласны с мнением профессора С.Богдоноффа, но придерживались более оптимистических взглядов. Как бы подводя общий итог, академик Г.Черный сказал:
— К настоящему времени накоплено очень много нужных и полезных данных, которые обязательно пригодятся при разработке ГЛА следующих поколений. Сейчас вся проблема заключается не в том, что мы мало знаем, а в том, что создание ГЛА не является приоритетной задачей, и на это ни в одной стране мира не выделяется достаточных финансовых средств.
Конференция ICMAR'2002 прошла в хорошей деловой обстановке и позволила выявить наиболее острые моменты, встающие перед аэрогазодинамиками и специалистами авиационно-космической техники. Многие крайние взгляды, как пессимистические, преследовавшие наших ученых в последнее десятилетие, так и слишком оптимистические, уступили реалиям повседневной жизни и в подавляющем большинстве случаев продемонстрировали полное понимание и единодушие отечественных и зарубежных ученых.
Кроме чисто научной работы, конференция сопровождалась обширной программой экскурсионных и культурно-массовых мероприятий. Думаю, что многим запомнились прекрасные рассказы С.Исупова о древней истории Алтая и ведущихся в Денисовой пещере раскопках, где археологи уже углубились до культурных слоев, оставленных предками древних алтайцев 70 тысяч лет назад. Наверняка все запомнили и острые моменты интернационального волейбольного матча "Сборная России" — "Сборная Мира", а также смешные эпизоды пивного конкурса и "аукциона" реликвий ICMARа.
Успешному проведению конференции ICMAR'2002 во многом способствовали финансовая поддержка Российского фонда фундаментальных исследований, авиакомпании "Сибирь", Федерального научно-производственного центра "Алтай" и Европейского офиса аэрокосмических исследований ВВС США (EOARD), администрации ИТПМ СО РАН и активная работа ее непосредственных организаторов — вице-председателей, профессоров А.Харитонова и В.Лебиги, а также ученого секретаря конференции, к.ф.-м.н. В.Зиновьева. Конечно, заслуживают доброго слова все работники международного научно-туристического комплекса "Денисова пещера", обеспечившие проживание и высокий уровень обслуживания участников конференции.
Фото автора.