Исполнился 51 год первому полету «Черного дрозда»
Почти ровно 49 лет назад — 28 декабря 1966 года — подразделение передовых разработок Skunk Works американской компании Lockheed закрыло по распоряжению Центрального разведывательного управления США проект сверхзвукового самолета-разведчика A-12. Они выполняли полеты над Вьетнамом и Северной Кореей и служили в качестве основы для создания других типов летательных аппаратов, включая носитель беспилотников M-21. Фактически же закрытие проекта A-12 дало начало программе разработки нового разведывательного самолета — SR-71 Blackbird.
Центральное разведывательное управление США заказало разработку сверхзвукового самолета-разведчика в начале 1960-х годов. Проект получил обозначение A-12 и создавался специально для ведения разведки над территорией СССР. A-12 получил отточенные «острые» формы планера, снижавшие его лобовое сопротивление, но принципиально новых технологий на первых порах в самолете не использовалось. Более того, разработчики периодически испытывали сложности с созданием различных систем нового самолета.
В частности, изначально на A-12 установили обычные турбореактивные двигатели Pratt & Whitney J75. Они позволяли самолету развивать скорость до двух чисел Маха (около 2,5 тысячи километров в час) в пикировании. Для сравнения, принятый на вооружение в 1958 году истребитель-перехватчик F-104 Starfighter мог разгоняться до 2,6 тысячи километров. На этом фоне скоростные достижения A-12 выглядели бледно. Позднее самолет уже получил новые турбореактивные двигатели изменяемого цикла Pratt & Whitney J58-P4.
Эти силовые установки позволяли самолету-разведчику уже развивать скорость в три числа Маха, однако на практике он ее так и не достиг. Не потому, что не мог, а потому, что конструкторы специально ограничили его максимальную допустимую скорость 2,6 числа Маха. Из-за задержек с разработкой двигателей и ведущихся других доработок 28 декабря 1966 ЦРУ закрыло проект A-12, а в 1968 году списало все самолеты такого типа. В то время скорость считалась надежным способом преодоления противовоздушной обороны противника, и со своими скоростными показателями A-12 был бесполезен.
Именно из-за трудностей с двигателями, относительно небольшой максимальной скорости полета и постоянных доработок A-12 простоял на вооружении ЦРУ всего один год. Причем самолет-разведчик ни разу не пролетел над территорией Советского Союза, то есть своей главной задачи не выполнил. Несколько A-12 были размещены на авиабазе на Окинаве в Японии и использовались для разведки во Вьетнаме и Северной Корее. После списания самолеты еще периодически выполняли полеты, но уже в качестве опытовых платформ.
Параллельно с A-12 Skunk Works занималась разработкой высокоскоростного стратегического самолета-разведчика. Он получил обозначение SR-71 и был скорее подстраховочным проектом. Изначально самолет создавался на базе разведывательной версии RS-70 сверхзвукового бомбардировщика XB-70 Valkyrie, но вскоре после начала работы инженеры американской компании пришли к выводу, что платформа A-12 гораздо лучше подходит для достижения высоких скоростей и высоты полета.
Так, неудачный разведывательный самолет ЦРУ лег в основу проекта легендарного SR-71, опытный образец которого выполнил первый полет 22 декабря 1964 года. Свой внешний вид этот самолет с небольшими переделками унаследовал от A-12 — «острые» формы планера, массивные мотогондолы (отсеки, в которых устанавливались двигатели) на крыле. В конструкции самолета широко использовали детали из титановых сплавов. Эти детали были устойчивы к нагреву; предполагалось, что они позволят самолету дольше выполнять полеты на скорости более трех чисел Маха.
На деле до такой скорости самолет-разведчик ни разу не разгонялся, но был способен к длительным полетам быстрее трех тысяч километров в час. При этом его планер быстро нагревался до 450-480 градусов Цельсия. Для того, чтобы пилоты не изжаривались в такой «летающей духовке», инженеры оснастили кабину кондиционером. Установить на SR-71 отдельную систему охлаждения с выделенным контуром было бы роскошью с точки зрения дополнительной массы — ради нормального кондиционера пришлось бы пожертвовать частью полезной нагрузки.
Поэтому конструкторам пришлось изобретать «ненормальный» кондиционер. Для охлаждения кабины пилотов использовался упрощенный контур с радиаторами, в качестве хладагента в котором применялось авиационное топливо. Контур кондиционера был частью топливного контура самолета — топливо из баков проходило через радиаторы, участвуя в теплообмене, после чего сразу же поступало в двигатели и сгорало.
SR-71 мог выполнять полеты на высоте более 13 тысяч метров, довольно большой по тем временам. Чтобы летчики могли нормально дышать на такой высоте, для них разработали скафандры полного давления. В них были встроены специальные воздушные объемы, которые по мере изменения высоты накачивались и равномерно сдавливали тело и грудную клетку летчика. Это помогало летчикам дышать и нормализовывало кровообращение. Позднее эти же скафандры использовались при запусках «Шаттлов».
Новый самолет-разведчик красили в темно-синий цвет, чтобы он не выделялся на фоне ночного неба. Из-за этой особенности SR-71 получил прозвище Blackbird («Черный дрозд»). При этом SR-71 фактически стал первым летательным аппаратом, в котором использовались технологии малозаметности: плоский фюзеляж, наклонные кили и радиопоглощающее покрытие. В топливную смесь самолета добавляли цезий, чтобы снизить температуру выхлопных газов.
Самой главной же особенностью «Черного дрозда» были двигатели. Благодаря им в 1976 году SR-71 установил рекорд скорости при полете по прямой — 3529,56 километра в час. Этот рекорд пока не побил ни один пилотируемый самолет в мире. На Blackbird устанавливались турбореактивные двигатели J58 с изменяемым циклом, которые, по сути, сочетали в себе обычные турбореактивные двухконтурные двигатели с форсажными камерами и прямоточные воздушно-реактивные двигатели.
J58 ставились на SR-71 осесимметрично и имели регулируемые воздухозаборники с подвижными в горизонтальной плоскости конусами. Основную тягу при полете на скоростях до двух чисел Маха обеспечивали турбореактивные двигатели, размещенные внутри прямоточных воздушно-реактивных. В таком режиме большая часть поступающего воздуха проходила через зону компрессоров, сжималась, смешивалась с топливом и поступала в камеру сгорания.
Истекающие из камеры сгорания разогретые выхлопные газы вращали турбину, которая в свою очередь раскручивала входной вентилятор турбореактивного двигателя. По мере роста скорости полета конусы в воздухозаборниках задвигались, постепенно отводя все больше воздуха в обходные каналы прямоточных двигателей, но при этом обеспечивая и минимальный приток в турбореактивный двигатель просто для поддержания его стабильной работы.
При скорости полета около трех тысяч километров в час и более конусы задвигались практически полностью. При этом большая часть набегающего воздуха сжималась, за счет образования ударных волн нагревалась на внешней части подвижных конусов и, минуя компрессоры, камеру сгорания и турбину, поступала сразу в форсажную камеру, где уже смешивалась с топливом и раскаленными газами из камеры сгорания турбореактивного двигателя.
В таком режиме полета только десять процентов тяги обеспечивались обычным реактивным двигателем, а 90 процентов ─ прямоточным. На скоростях около трех чисел Маха SR-71 время работы двигателей было ограничено только запасом горючего.
J58 был очень сложен в эксплуатации. Например, для его запуска на земле использовалась специальная машина, оснащенная двумя двигателями Wildcat V8 мощностью 600 лошадиных сил каждый. Эти двигатели раскручивали осевой компрессор J58 до рабочих оборотов и начала устойчивого самоподдерживающегося турбореактивного цикла. Во время процедуры запуска входящий воздух двигателей J58 разогревали специальными установками с турбореактивными двигателями J75.
Для начального поджига топлива в камере сгорания на земле использовался триэтилбор, самовоспламеняющийся при температуре воздуха выше минус пяти градусов Цельсия. Из-за высокой мощности двигателей воздухозаборники «Черного дрозда» могли с легкостью втягивать со взлетно-посадочной полосы мелкие предметы. Они представляли опасность для силовых установок. Поэтому на аэродромах, где базировались SR-71, располагались специальные команды уборщиков.
Двигатели J58 были оснащены компьютером. Он регулировал впрыск топлива в камеру сгорания и форсажную камеру и отвечал за перемещение конусов в воздухозаборниках в зависимости от скорости. В случае, если компьютер, по какой-либо причине, переставал получать данные о скорости или высоте полета, управлять самолетом становилось очень непросто. За все время проекта «Черный дрозд» Skunk Works собрала 32 самолета, из них 12 были потеряны, причем по небоевым причинам. Некоторые из них — из-за ошибок компьютера.
SR-71 списали в 1998 году. За все время эксплуатации самолет-разведчик выполнил несколько боевых заданий. В частности, SR-71 выполняли разведывательные полеты над Кольским полуостровом, Кубой, а также Египтом, Сирией и Иорданией в 1973 году во время арабо-израильской войны Судного дня. Самолеты регулярно участвовали и в исследовательских полетах NASA по программам разработки технологий устойчивого сверхзвукового полета AST и перспективного самолета с крейсерской сверхзвуковой скоростью полета SCAR.
Сегодня подразделение Skunk Works занимается разработкой нового беспилотного самолета-разведчика SR-72, который станет «наследником» «Черного дрозда». Этот разведывательный аппарат сможет выполнять полеты на гиперзвуковой скорости.