Вы сидите у иллюминатора Boeing 787, под вами проплывают облака, самолёт набирает эшелон. Мысль приходит внезапно: а что если продолжать подниматься? Выше, ещё выше, пока Земля не превратится в синий шар, а звёзды не станут ярче? Почему бы не дотянуться до космоса на обычном авиалайнере?
Спойлер: не получится. И дело не в нежелании пилотов нарушать инструкции, а в законах физики, которые превращают эту идею в техническую катастрофу. Разберёмся, что именно пойдёт не так, когда вы попытаетесь отправить пассажирский самолёт туда, где ему совершенно не место.
Воздух — это всё, что у него есть
Самолёт — не космический корабль, хотя оба летают. Разница фундаментальная: лайнер полностью зависит от атмосферы. Его крылья создают подъёмную силу, отталкиваясь от воздуха. Его турбореактивные двигатели засасывают этот же воздух, сжимают, смешивают с керосином и выбрасывают назад раскалённую струю газов. Уберите атмосферу — и получите дорогую алюминиевую глыбу весом в сотни тонн, которая прекрасно знакома с гравитацией, но не имеет инструментов с ней бороться.
С каждым километром вверх воздух становится разреженнее. На высоте 10-12 км, где летают обычные рейсы, плотность атмосферы уже втрое меньше, чем на уровне моря. Крыльям приходится работать интенсивнее — самолёт разгоняется до 800-900 км/ч, чтобы создать достаточную подъёмную силу в этой воздушной пустыне.
Но это только начало проблем. Чем выше вы лезете, тем быстрее нужно лететь, чтобы не свалиться вниз. А у каждого самолёта есть предел скорости, выше которого конструкция начинает разрушаться. Алюминиевые панели срываются, заклёпки выстреливают, крыло отваливается. Вы застряли в ловушке: чтобы лететь выше, нужна большая скорость, но эта скорость вас убьёт.
Если вы хотя бы раз ловили себя на подобных мыслях — значит, вам точно будет интересно. В телеграм-канале Pochinka мы часто разбираем популярные заблуждения о технике!
Звуковой барьер: когда физика говорит «нет»
У дозвуковых лайнеров есть особенно неприятный сюрприз — критическое число Маха. Это точка, где воздушный поток над крылом разгоняется до скорости звука, даже если сам самолёт летит медленнее. Возникает ударная волна, законы аэродинамики перестают работать предсказуемо. Подъёмная сила проваливается. Самолёт начинает трясти, управляемость испаряется.
Хуже того — может случиться «маховской срыв». Центр давления на крыле внезапно смещается назад, нос самолёта клюёт вниз, и машина входит в пикирование. У вас есть секунды, чтобы среагировать. Если не успели — встреча с землёй неминуема.
История авиации помнит такие трагедии. Ранние бизнес-джеты Learjet 23 в 1960-х стали печально известны именно этим. Пилоты, привыкшие к поршневым самолётам, не понимали, что происходит на скорости 0,8 Маха. Самолёт внезапно срывался в пике, и многие не успевали выйти из штопора. Конструкторы ещё учились понимать трансзвуковые режимы, платя за это уроки жизнями.
Хорошо, допустим у нас сверхзвуковой лайнер — что-то вроде легендарного Concorde. Он пробивает звуковой барьер, летает на 2 Махах, значит проблема решена? Увы. Скорость — только часть уравнения.
Двигатели задыхаются на высоте
С каждым километром вверх воздуха становится не просто меньше — его катастрофически мало. На высоте 20 км атмосферное давление в десять раз ниже, чем у земли. Турбореактивный двигатель, даже самый мощный, начинает задыхаться. Компрессоры крутятся на пределе, пытаясь накачать достаточно воздуха в камеру сгорания, но его физически недостаточно.
Топливо горит только при определённом соотношении с кислородом. Слишком мало воздуха — и керосин просто не воспламеняется. Двигатель глохнет. Тяга падает до нуля. Вы больше не летите — вы планируете. Точнее, падаете с управляемым снижением.
На высоте 30 км, где атмосферное давление составляет жалкие 1-2% от земного, обычный реактивный двигатель уже мёртв. Ему нечего сжигать. Воздух есть, но его слишком мало для устойчивого горения. Ракета в такой ситуации продолжит работать — она несёт окислитель с собой. Самолёт — нет.
Фантастический эксперимент: самолёт из комикса
Представим невозможное. У нас есть лайнер из вибраниума — фантастического металла из вселенной Marvel, который выдержит любую нагрузку. Крылья не сломаются, фюзеляж не треснет, обшивка не расплавится даже на скорости 5 Махов. Чистая фантастика, но допустим.
Полетит ли такой самолёт в космос? Нет. Потому что материалы — не главная проблема. Главная проблема — принцип работы.
Даже неубиваемый самолёт с неразрушимой конструкцией столкнётся с тем же: на высоте 40-50 км атмосфера настолько разрежена, что крылья перестают создавать подъёмную силу. Вы летите со скоростью пули, но воздуха под крылом почти нет. Подъёмная сила стремится к нулю. Законы аэродинамики работают только там, где есть среда для взаимодействия.
А двигатели? Они заглохнут ещё раньше. Турбореактивные моторы — это по сути воздушные насосы, которые сжигают топливо. Без достаточного количества воздуха они превращаются в мёртвый груз массой несколько тонн каждый.
Ваш неубиваемый самолёт достигнет критической высоты, где моторы задохнутся, крылья перестанут работать, и вся эта прекрасная конструкция начнёт падать. С высоты 30-40 километров. Со скоростью нескольких сотен метров в секунду. Даже если материалы выдержат, пассажиры — точно нет.
Границы авиации: где кончается небо
Современные пассажирские лайнеры летают на высоте 10-12 км. Это их оптимальная зона: достаточно воздуха для двигателей и крыльев, низкое сопротивление для экономии топлива, относительно спокойная атмосфера. Военные самолёты-разведчики вроде U-2 или SR-71 Blackbird поднимались до 25-27 км. Но они специально созданы для этого: длинные крылья, специальные двигатели, титановая обшивка.
Линия Кармана — условная граница космоса — проходит на высоте 100 км. Выше неё атмосферы практически нет. Чтобы преодолеть эту границу на крыльях, нужна скорость около 7-8 км/с — первая космическая. На такой скорости трение воздуха нагреет обшивку до тысяч градусов. Не каждый материал это выдержит, и уж точно не алюминиевые сплавы, из которых строят Boeing и Airbus.
Когда самолёты всё-таки летают в космос
Но ведь космопланы существуют? Да. Только это не пассажирские лайнеры в привычном смысле.
Space Shuttle — по сути ракета с крыльями. Он стартовал вертикально на двух твердотопливных ускорителях и огромном внешнем баке с топливом. Крылья использовались только для возвращения — для планирующего спуска через атмосферу. Подниматься в космос на крыльях он не мог.
Virgin Galactic создала SpaceShipTwo — туристический суборбитальный корабль. Его запуск выглядит так: огромный самолёт-носитель поднимает его на высоту 15 км, там корабль отцепляется и включает ракетный двигатель. Он вырывается на высоту около 100 км, пассажиры видят чёрное небо и ощущают невесомость несколько минут, затем аппарат планирует обратно. Это работает, но назвать SpaceShipTwo самолётом сложно — скорее управляемая ракета с крыльями.
Проекты гиперзвуковых самолётов с прямоточными воздушно-реактивными двигателями (ПВРД) теоретически могли бы подниматься до 30-40 км. Но это всё ещё далеко от космоса. И таких самолётов в пассажирской авиации не существует — только экспериментальные военные аппараты.
Почему это важно понимать
Самолёт и космический корабль — это не просто разница в высоте полёта. Это разные философии инженерии. Самолёт — паразит атмосферы, он полностью зависит от неё. Космический корабль — автономная система, которая несёт всё необходимое с собой: топливо, окислитель, системы жизнеобеспечения для вакуума.
Вы не можете просто взять Boeing 777 и полететь на нём к звёздам. Физика не договаривается и не делает исключений. Законы аэродинамики, термодинамики и механики работают одинаково для всех. Нет воздуха — нет полёта. Всё остальное — детали.
Но это не значит, что мечта о самолёте, который взлетает с обычного аэродрома и выходит на орбиту, мертва. Просто для её реализации нужны совершенно другие технологии. Гибридные двигатели, которые работают и в атмосфере, и в вакууме. Материалы, выдерживающие экстремальные нагрузки. Системы охлаждения, способные справиться с температурой входа в атмосферу.
Может, когда-нибудь такие аппараты появятся. Но пассажирский Boeing до космоса не доберётся. Даже если очень постарается.