Реактивные сани: самый быстрый транспорт на земле
Обсудить 0
Все началось в Германии. Знаменитая «Фау-2», она же A-4, имела ряд модификаций, призванных улучшить полетные и убойные свойства ракеты. Одной из таких версий была ракета A-4b, позже сменившая индекс на А-9. Основной задачей A-4b было покрытие значительной дистанции, то есть, по сути, превращение в межконтинентальную ракету (в «американскую ракету» А-9, как представили прототип Гитлеру). На ракете были установлены характерной формы дестабилизаторы, призванные улучшить ее продольную управляемость, а дальность полета действительно возросла относительно А-4. Правда, до Америки было далеко. Тем более что два первых пробных пуска в конце 1944 года и в начале 1945-го обернулись провалами. Но был и третий запуск, произошедший, если верить письменным источникам, в марте 1945 года. Для него был сконструирован специфический пусковой аппарат: из подземной шахты на поверхность земли вели рельсы, на которых стояли… салазки. На последних и покоилась ракета. Таким образом обеспечивалась изначальная стабильность полета — движение по направляющим исключало вихляние или завал на бок. Правда, споры о том, состоялся ли запуск, ведутся до сих пор. В документах есть технические данные оригинальной системы, но прямых доказательств подобного запуска не найдено.
Сферы применения ракетных салазок: исследование баллистических свойств ракет, снарядов, других объектов; тесты парашютов и других систем торможения; — запуск малых ракет для исследования их свойств в свободном полете; тесты влияния ускорения и торможения на приборы и людей; аэродинамические исследования; прочие тесты (например, систем катапультирования).
Человек на салазках
Что же такое ракетные салазки? В принципе, это устройство удивительно тем, что вся его конструкция в полной мере раскрыта названием. Это действительно сани, на которые установлен ракетный двигатель. Ввиду того, что на огромных скоростях (обычно сверхзвуковых) организовать управление практически невозможно, салазки движутся по направляющим рельсам. Торможение чаще всего не предусмотрено вовсе, за исключением пилотируемых агрегатов.
Сани, просто сани
Первые в истории ракетные сани спроектировал в 1928 году немецкий инженер Макс Вальер — они предназначались для испытаний ракетных двигателей и были пилотируемыми. Вальер начинал свои опыты с колесными тележками, но достаточно быстро пришел к выводу, что на высоких скоростях нужно минимизировать количество движущихся деталей, — и разработал концепцию салазок. К 1929 году сани Valier Rak Bob 1 были построены; в движение их приводили четыре ряда 50-мм пороховых ракет системы Цандера — всего 56 штук. В январе и феврале сам Вальер провел ряд демонстраций своих систем на льду озера Штарнбергерзее — обратите внимание, без всяких рельс и направляющих! В последних заездах на усовершенствованной системе Valier Rak Bob 2 он достиг скорости 400 км/ч (рекорд первых саней составил 130 км/ч). Впоследствии Вальер отказался от испытаний на санях и работал с ракетными автомобилями.
Основное назначение салазок — анализ способности различных систем и технических решений работать при большом ускорении и скорости. Салазки функционируют примерно как воздушный шар на привязи, то есть позволяют в комфортных, лабораторных условиях проверить системы, от которых может зависеть жизнь летчика, пилотирующего сверхзвуковой самолет, или надежность отвечающих за тот или иной показатель приборов. На разгоняемые до расчетных скоростей сани устанавливаются оборудованные датчиками приборы — проверяется их способность выдерживать перегрузки, влияние звукового барьера и т. д.
В 1950-х годах американцы испытывали с помощью салазок влияние высоких скоростей на человека. Hа тот момент считалось, что летальной для человека перегрузкой является 18g, но это число было следствием теоретического расчета, принятого в качестве аксиомы в развивающейся аэрокосмической отрасли. Для реальной же работы как над самолетами, так и над последующим выходом в космос требовались более точные данные. В качестве испытательной базы была выбрана авиабаза Эдвардс в Калифорнии.
Интересно, что ракетные салазки фигурировали еще в одном немецком проекте — знаменитой «Серебряной птице». Проект Silbervogel был инициирован еще в конце 1930-х конструктором Ойгеном Зенгером и подразумевал создание частично-орбитального бомбардировщика, предназначенного для достижения отдаленных территорий — США и советского Зауралья. Проект так и не был реализован (как показали последующие расчеты, он в любом случае был нежизнеспособен), но в 1944 году в его чертежах и эскизах появилась схема запуска с помощью ракетных салазок, двигающихся по трехкилометровому участку монорельса.
Сами салазки представляли собой плоскую платформу массой 680 кг, на которой стояло кресло для испытателя. Двигателем служили несколько ракетных установок общей тягой 4 кН. Основную проблему представляли, конечно, тормоза, поскольку они должны были быть не только мощными, но и контролируемыми: исследовалось влияние перегрузок как при разгоне, так и при торможении. Собственно, вторая часть была даже важнее, поскольку параллельно создавалась наиболее комфортная для пилотов система ремней безопасности. Неверная конструкция последних могла привести к летальному исходу, при серьезном торможении сдавливая пилота, ломая ему кости или удушая. В итоге была разработана водяная реактивная система торможения: на салазках крепилось определенное количество емкостей с водой, которые при активации выбрасывали струю против движения. Чем больше емкостей активировалось, тем более интенсивным было торможение.
30 апреля 1947 года были проведены испытания беспилотных саней, а годом позже начались эксперименты с добровольцами. Исследования были различными, в части заездов испытатель сидел спиной к набегающему потоку, в части — лицом. Но настоящую славу этой программе (да и себе, пожалуй) принес полковник Джон Пол Стэпп, самый смелый из «подопытных кроликов».
1950-е. Полковник Джон Пол Стэпп перед стартом одного из испытаний, направленных на изучение нового поколения ремней безопасности. Практически никакой защиты на Стэппе нет, поскольку параллельно изучается влияние серьёзных ускорений и торможений на человеческий организм.
За несколько лет работы в программе Стэпп получал переломы рук и ног, ребер, вывихи, растяжения и даже частично потерял зрение из-за отслоения сетчатки. Но он не сдавался, проработав до самого закрытия «человеческих» испытаний в середине 1950-х и поставив несколько мировых рекордов, — некоторые из них не побиты до сих пор. В частности, Стэпп перенес самую большую когда-либо воздействовавшую на незащищенного человека перегрузку — 46,2g. Благодаря программе было выяснено, что число 18g взято и в самом деле с потолка и человек способен без вреда для здоровья переносить мгновенные перегрузки до 32g (естественно, при должной конструкции кресла и прочих систем). Под эту новую цифру разрабатывались впоследствии системы безопасности самолетов (до того ремни при 20g могли просто порваться или повредить пилота).
Кроме того, 10 декабря 1954 года Стэпп стал самым быстрым человеком на земле, когда салазки с ним на борту разогнались до 1017 км/ч. Этот рекорд для рельсовых транспортных средств до сих пор остается непревзойденным.
1971. Испытания системы эвакуации Minimal Envelope/Weight (MEW) на базе Чайна-Лейк в Калифорнии. В качестве базового самолёта используется a Douglas A-4A Skyhawk. Сегодня в подобных испытаниях принимают участие исключительно манекены, но в 70-е хватало готовых к риску добровольцев.
Сегодня и завтра
На сегодняшний день в мире функционирует порядка 20 трасс для ракетных саней — большей частью в США, но также во Франции, Великобритании, Германии. Самая длинная трасса — это 15-километровый участок на авиабазе Холломан, штат Нью-Мексико (Holloman High Speed Test Track, HHSTT). Остальные трассы короче этого гиганта более чем в два раза.
В 2012 году компания Martin-Baker, крупнейший мировой производитель кресел-катапульт и систем эвакуации, провела с помощью ракетных салазок тесты, исследующие природу катапультирования на высокой скорости. Пилота «выстреливало» из разогнанной на трассе кабины истребителя Lockheed Martin F-35 Lightning II.
Но для чего же используются сегодня подобные испытательные системы? В общем-то, для того же, для чего и полвека назад, только уже без людей. Любой прибор или материал, который должен испытывать на себе серьезные перегрузки, проверяется разгоном на ракетных салазках во избежание отказа в реальных условиях. Например, совсем недавно NASA объявило о работе над программой Low-Density Supersonic Decelerator (LDSD), в рамках которой разрабатывается система посадки на другие планеты, в частности на Марс. Технология LDSD подразумевает создание трехступенчатой схемы. Первые две ступени — это надувные сверхзвуковые замедлители диаметрами 6 и 9 м соответственно- они снизят скорость спускаемого аппарата с 3,5 до 2 Махов, а далее вступит в работу 30-метровый парашют. Такая система в целом позволит довести точность приземления с ±10 до ±3 км и увеличить максимальную массу груза с 1,5 до 3 т.
Ракетные салазки являются самыми быстрыми из наземных транспортных средств — правда, непилотируемых. В ноябре 1982 года беспилотные ракетные сани на базе Холломан были разогнаны до скорости 9845 км/ч — причем на монорельсе! Этот рекорд держался достаточно долго и был побит 30 апреля 2003 года все в том же Холломане. Сани строились специально для рекордных целей и представляли собой сложный четырехступенчатый аппарат, функционирующий подобно орбитальной ракете. Ступени саней приводились в движение 13 отдельными двигателями, причем последние две ступени оснащались ракетными Super Roadrunner (SRR), разработанными опять же специально для этого заезда. Каждый SRR работал в течение всего 1,4 с, но при этом развивал бешеную тягу в 1000 кН. В результате заезда четвертая ступень салазок разогналась до 10 430 км/ч, превысив рекорд 20-летней давности. К слову сказать, рекордная попытка совершалась еще в 1994 году, но ошибка в конструкции трассы привела к аварии, в которой, слава богу, никто не пострадал.
Так вот, надувные щиты-замедлители уже сегодня испытывают именно с помощью ракетных саней в пустыне Мохаве, на военно-морской базе Чайна-Лэйк. 9-метровый щит укрепляется на салазках, разгоняющихся примерно до 600 км/ч в считанные секунды; схожим «издевательствам» подвергается и парашют. В принципе, с 2013 года NASA переходит к более реалистичным испытаниям — в частности, к пробным запускам и посадкам. При свободном движении в атмосфере тормозные щиты могут повести себя совершенно иначе, чем жестко укрепленные на салазках.
Иногда ракетные салазки применяются для своеобразных краш-тестов. Например, таким способом может проверяться, как деформируется боеголовка ракеты при столкновении с препятствием и как эта деформация влияет на баллистические свойства. Известной серией испытаний подобного плана стали краш-тесты самолета F-4 Phantom, проходившие в 1988 году на авиабазе Керкланд, Нью-Мексико. Платформу с установленным на ней полноразмерным макетом самолета разогнали до скорости 780 км/ч и заставили врезаться в бетонную стену для выяснения силы столкновения и ее влияния на самолет.
В целом ракетные салазки трудно назвать транспортным средством. Скорее, испытательным прибором. Тем не менее специфика этого прибора позволяет ставить на нем мировые рекорды скорости. И вполне вероятно, что скоростной рекорд полковника Стэппа — не последний.
