Когда пассажирский самолет преодолевает звуковой барьер, то есть ускоряется до скорости, превышающей скорость звука (больше 1 Маха), вокруг его корпуса формируются ударные волны. В этот момент резко возрастает сопротивление воздуха, двигателям приходится сжигать значительно больше топлива, а на земле люди слышат знаменитый звуковой удар. С подобными трудностями в 1970-е годы столкнулись Ту-144 и «Конкорд», и с теми же законами физики приходится считаться конструкторам любого современного сверхзвукового лайнера.
Конструкция крыльев и фюзеляжа требует специальной адаптации, чтобы избежать потери устойчивости и перегрева на таких скоростях. Кроме того, падает аэродинамическая эффективность, и именно поэтому большинство современных коммерческих самолетов совершают полеты на крейсерской скорости около 0,8 Маха, не пытаясь ее превысить.
Сверхзвуковые полеты окружены множеством мифов, касающихся ощущений пилотов и пассажиров. На самом деле для пассажиров полет проходит почти без изменений: давление в салоне, уровень комфорта и процедура взлета остаются прежними. Однако за бортом лайнер буквально прорывается сквозь воздушную массу, и каждый километр пути требует все больших затрат энергии.
Испытания современных прототипов, в частности XB-1 от компании Boom Supersonic, направлены на улучшение существующих технологий. Во время полетов над Калифорнией аппарат достиг скорости 1,122 Маха, доказав, что небольшие реактивные самолеты способны безопасно преодолевать звуковой барьер. Однако настоящие трудности начинаются при масштабировании технологии для пассажирских перевозок, что и планирует компания Boom со своим 65-местным лайнером Overture.
Расход топлива и климатические риски
Ключевая и, увы, неразрешимая на сегодня проблема сверхзвуковых путешествий заключается в их низкой эффективности. Чтобы преодолеть колоссальное сопротивление воздуха, таким самолетам требуется в два-три раза больше топлива на каждого пассажира, чем современным дозвуковым рейсам. Следствием становятся повышенные выбросы углекислого газа, оксидов азота и сажи, причем происходят они в стратосфере, где загрязняющие вещества задерживаются дольше и наносят вред озоновому слою.
Представители Boom Supersonic утверждают, что Overture будет летать на стопроцентно устойчивом авиационном топливе (SAF), однако на практике у этого подхода есть серьёзные ограничения. Объемы производства SAF крайне малы, само топливо очень дорого, и к тому же оно сокращает выбросы углерода лишь на 50–70% в сравнении с традиционным керосином. Даже если все доступное SAF направить на нужды сверхзвуковой авиации, это создаст его дефицит для обычных авиакомпаний. Более того, поскольку в SAF меньше серы, его сгорание на высоте 18 000 метров, где когда-то летал Ту-144 и «Конкорд», потенциально способно привести к большему нагреву атмосферы.
Небольшим преимуществом можно считать то, что сверхзвуковые самолеты из-за более сухого стратосферного воздуха не оставляют инверсионных следов. Но итоговый экологический баланс все равно оказывается отрицательным. Сейчас на авиационную отрасль оказывается мощное давление с целью сократить вредные выбросы, и появление самолетов с повышенным расходом энергии на пассажирское кресло прямо противоречит глобальным целям по достижению углеродной нейтральности к 2050 году.
Почему коммерческие сверхзвуковые полеты все еще не стали массовыми
К техническим сложностям добавляются нормативные и экономические барьеры. Из-за шума сверхзвуковые полеты над сушей запрещены в большинстве стран мира, и хотя исследования по снижению интенсивности звукового удара ведутся, технология еще не доказала свою эффективность. Отсутствие разрешения на полеты над сушей ограничивает авиакомпании трансокеанскими маршрутами — по той же причине, что и давно выведенный из эксплуатации «Конкорд».
Проблему усугубляют высокие эксплуатационные расходы. По прогнозам, Overture будет сжигать в два-три раза больше топлива в расчете на пассажира, чем дозвуковой самолет в бизнес-классе, не говоря уже об экономклассе. Один только этот фактор резко сужает потенциальный рынок для таких лайнеров.
Разработкой альтернативных проектов занимаются и другие игроки, включая NASA, Lockheed Martin и Spike Aerospace, однако и им пока не удалось обойти фундаментальную проблему аэродинамического сопротивления. Даже если в будущем двигатели будут адаптированы для более чистого топлива, например, электрокеросина или водорода, по своей эффективности сверхзвуковые перелеты все равно не сравняются с современными дальнемагистральными рейсами.
Тем не менее, это не означает, что исследования бесполезны. Накопленный опыт в области двигателестроения, экологического топлива и шумоподавления может пригодиться и в обычной, дозвуковой авиации, повысив эффективность всей отрасли. Пока же сверхзвуковые пассажирские самолеты остаются лишь впечатляющей демонстрацией инженерных возможностей, требующей слишком серьезных компромиссов. Они позволят сократить перелет из Москвы до Владивостока до трех с половиной часов, однако платой за это становится огромный расход топлива в то время, когда от авиации требуют все решительнее снижать нагрузку на окружающую среду.
Уважаемые читатели, если для вас данная статья была полезной, пожалуйста подпишитесь, это поможет начинающему автору и каналу в продвижении.