Якщо виключити космічні кораблі, призначені для виходу на орбіту, то найшвидшим з пересуваються в земній атмосфері транспортних засобів можна назвати стратегічний розвідник Lockheed SR-71 Blackbird, розігнався одного разу до 3530 км / год. Але, як не дивно, існує ще більш швидкий транспорт. Правда, дуже специфічний ...
Все почалося в Німеччині. Знаменита «Фау-2», вона ж A-4, мала ряд модифікацій, покликаних поліпшити польотні та забійні властивості ракети. Однією з таких версій була ракета A-4b, пізніше змінила індекс на А-9. Основним завданням A-4b було покриття значної дистанції, тобто, по суті, перетворення в міжконтинентальну ракету (в «американську ракету» А-9, як представили прототип Гітлеру). На ракеті були встановлені характерної форми дестабілізатори, покликані поліпшити її поздовжню керованість, а дальність польоту дійсно зросла відносно А-4. Правда, до Америки було далеко. Тим більше що два перших пробних пуску в кінці 1944 року і на початку 1945-го обернулися провалами. Але був і третій запуск, що відбувся, якщо вірити письмовими джерелами, в березні 1945 року. Для нього був сконструйований специфічний пусковий апарат: з підземної шахти на поверхню землі вели рейки, на яких стояли ... санчата. На останніх і лежала ракета. Таким чином забезпечувалася початкова стабільність польоту - рух по напрямних виключало віхляніе або завал на бік. Правда, суперечки про те, чи відбувся запуск, ведуться до цих пір. У документах є технічні дані оригінальної системи, але прямих доказів подібного запуску не знайдено.
Сфери застосування ракетних санчат: дослідження балістичних властивостей ракет, снарядів, інших об'єктів; тести парашутів і інших систем гальмування; - запуск малих ракет для дослідження їх властивостей у вільному польоті; тести впливу прискорення і гальмування на прилади та людей; аеродинамічні дослідження; інші тести (наприклад, систем катапультування).
Людина на санчатах
Що ж таке ракетні санчата? В принципі, цей пристрій дивно тим, що вся його конструкція в повній мірі розкрита назвою. Це дійсно сани, на які встановлено ракетний двигун. З огляду на те, що на величезних швидкостях (зазвичай надзвукових) організувати управління практично неможливо, санчата рухаються по напрямних рейках. Гальмування найчастіше не передбачено зовсім, за винятком пілотованих агрегатів.
Сани, просто сани
Перші в історії ракетні сани спроектував в 1928 році німецький інженер Макс Вальер - вони призначалися для випробувань ракетних двигунів і були пілотованими. Вальер починав свої досліди з колісними візками, але досить швидко прийшов до висновку, що на високих швидкостях потрібно мінімізувати кількість рухомих деталей, - і розробив концепцію санчат. До 1929 року сани Valier Rak Bob 1 були побудовані; в рух їх приводили чотири ряди 50-мм порохових ракет системи Цандера - всього 56 штук. У січні і лютому сам Вальер провів ряд демонстрацій своїх систем на льоду озера Штарнбергерзєє - зверніть увагу, без всяких рейок і напрямних! В останніх заїздах на вдосконаленій системі Valier Rak Bob 2 він досяг швидкості 400 км / год (рекорд перших саней склав 130 км / ч). Згодом Вальер відмовився від випробувань на санях і працював з ракетними автомобілями.
Основне призначення санчат - аналіз спроможності різних систем і технічних рішень працювати при великому прискоренні і швидкості. Санчата функціонують приблизно як повітряна куля на прив'язі, тобто дозволяють в комфортних, лабораторних умовах перевірити системи, від яких може залежати життя льотчика, що пілотує надзвуковий літак, або надійність відповідають за той чи інший показник приладів. На розганяються до розрахункових швидкостей сани встановлюються обладнані датчиками прилади - перевіряється їх здатність витримувати перевантаження, вплив звукового бар'єру і т. Д.
У 1950-х роках американці випробовували за допомогою санчат вплив високих швидкостей на людину. Hа той момент вважалося, що летальної для людини перевантаженням є 18g, але це число було наслідком теоретичного розрахунку, прийнятого в якості аксіоми в розвивається аерокосмічної галузі. Для реальної ж роботи як над літаками, так і над подальшим виходом в космос були потрібні більш точні дані. Як випробувальної бази була обрана авіабаза Едвардс в Каліфорнії.
Цікаво, що ракетні санчата фігурували ще в одному німецькому проекті - знаменитої «Срібної птиці». Проект Silbervogel був ініційований ще в кінці 1930-х конструктором Ойген Зенгером і мав на увазі створення частково-орбітального бомбардувальника, призначеного для досягнення віддалених територій - США і радянського Зауралля. Проект так і не був реалізований (як показали подальші розрахунки, він в будь-якому випадку був нежиттєздатний), але в 1944 році в його кресленнях і ескізах з'явилася схема запуску за допомогою ракетних санчат, що рухаються по трикілометрові ділянці монорейки.
Самі санчата представляли собою плоску платформу масою 680 кг, на якій стояло крісло для випробувача. Двигуном служили кілька ракетних установок загальною тягою 4 кН. Основну проблему представляли, звичайно, гальма, оскільки вони повинні були бути не тільки потужними, але і контрольованими: досліджувався вплив перевантажень як при розгоні, так і при гальмуванні. Власне, друга частина була навіть важливіше, оскільки паралельно створювалася найбільш комфортна для пілотів система ременів безпеки. Невірна конструкція останніх могла привести до летального результату, при серйозному гальмуванні стискаючи пілота, ламаючи йому кістки або задухи. В результаті була розроблена водяна реактивна система гальмування: на санчатах кріпилося певну кількість ємностей з водою, які при активації викидали струмінь проти руху. Чим більше ємностей активізувалося, тим більше інтенсивним було гальмування.
30 квітня 1947 року були проведені випробування безпілотних саней, а роком пізніше почалися експерименти з добровольцями. Дослідження були різними, в частині заїздів випробувач сидів спиною до набігаючого потоку, в частині - особою. Але справжню славу цій програмі (та й собі, мабуть) приніс полковник Джон Пол Степп, найсміливіший з «піддослідних кроликів».
1950-ті. Полковник Джон Пол Степп перед стартом одного з випробувань, спрямованих на вивчення нового покоління ременів безпеки. Практично ніякого захисту на Степп немає, оскільки паралельно вивчається вплив серйозних прискорень і гальмувань на людський організм.
За кілька років роботи в програмі Степп отримував переломи рук і ніг, ребер, вивихи, розтягнення і навіть частково втратив зір через відшарування сітківки. Але він не здавався, пропрацювавши до самого закриття «людських» випробувань в середині 1950-х і поставивши кілька світових рекордів, - деякі з них не були вибиті досі. Зокрема, Степп переніс найбільшу коли-небудь впливати на незахищену людину перевантаження - 46,2g. Завдяки програмі було з'ясовано, що число 18g взято і справді зі стелі і людина здатна без шкоди для здоров'я переносити миттєві перевантаження до 32g (природно, при належній конструкції крісла та інших систем). Під цю нову цифру розроблялися згодом системи безпеки літаків (до того ремені при 20g могли просто порватися або пошкодити пілота).
Крім того 10 грудня 1954 року Степп став найшвидшою людиною на землі, коли санчата з ним на борту розігналися до 1017 км / год. Цей рекорд для рейкових транспортних засобів до сих пір залишається неперевершеним.
1971. Випробування системи евакуації Minimal Envelope / Weight (MEW) на базі Чайна-Лейк в Каліфорнії. В якості базового літака використовується a Douglas A-4A Skyhawk. Сьогодні в подібних випробуваннях беруть участь виключно манекени, але в 70-е вистачало готових до ризику добровольців.
Сьогодні і завтра
На сьогоднішній день в світі функціонує близько 20 трас для ракетних саней - здебільшого в США, але також у Франції, Великобританії, Німеччини. Найдовша траса - це 15-кілометрова ділянка на авіабазі Холломан, штат Нью-Мексико (Holloman High Speed Test Track, HHSTT). Решта траси коротше цього гіганта більш ніж в два рази.
У 2012 році компанія Martin-Baker, найбільший світовий виробник крісел-катапульт і систем евакуації, провела за допомогою ракетних санчат тести, що досліджують природу катапультування на високій швидкості. Пілота «вистрілювало» з розігнаної на трасі кабіни винищувача Lockheed Martin F-35 Lightning II.
Але для чого ж використовуються сьогодні подібні випробувальні системи? В общем-то, для того ж, для чого і півстоліття тому, тільки вже без людей. Будь-який прилад або матеріал, який повинен відчувати на собі серйозні перевантаження, перевіряється розгоном на ракетних санчатах щоб уникнути відмови в реальних умовах. Наприклад, зовсім недавно NASA оголосило про роботу над програмою Low-Density Supersonic Decelerator (LDSD), в рамках якої розробляється система посадки на інші планети, зокрема на Марс. Технологія LDSD має на увазі створення триступеневої схеми. Перші два ступені - це надувні надзвукові сповільнювачі діаметрами 6 і 9 м відповідно-вони знизять швидкість спускається з 3,5 до 2 Махов, а далі вступить в роботу 30-метровий парашут. Така система в цілому дозволить довести точність приземлення з ± 10 до ± 3 км і збільшити максимальну масу вантажу з 1,5 до 3 т.
Ракетні санчата є найшвидшими з наземних транспортних засобів - правда, непілотованих. У листопаді 1982 року безпілотні ракетні сани на базі Холломан були розігнані до швидкості 9845 км / год - причому на монорейці! Цей рекорд тримався досить довго і був побитий 30 квітня 2003 року всі в тому ж Холломане. Сани будувалися спеціально для рекордних цілей і представляли собою складний чотириступеневий апарат, що функціонує подібно орбітальної ракеті. Сходинки саней наводилися в рух 13 окремими двигунами, причому останні два ступені оснащувалися ракетними Super Roadrunner (SRR), розробленими знову ж спеціально для цього заїзду. Кожен SRR працював протягом всього 1,4 с, але при цьому розвивав шалену тягу в 1000 кН. В результаті заїзду четверта ступінь санчат розігналася до 10 430 км / год, перевищивши рекорд 20-річної давності. До слова сказати, рекордна спроба відбувалася ще в 1994 році, але помилка в конструкції траси привела до аварії, в якій, слава богу, ніхто не постраждав.
Так ось, надувні щити-сповільнювачі вже сьогодні відчувають саме за допомогою ракетних саней в пустелі Мохаве, на військово-морській базі Чайна-Лейк. 9-метровий щит зміцнюється на санчатах, розганяються приблизно до 600 км / ч в лічені секунди; схожим «знущанням» піддається і парашут. В принципі, з 2013 року NASA переходить до більш реалістичним випробуванням - зокрема, до пробним запусків і посадкам. При вільному русі в атмосфері гальмівні щити можуть повести себе абсолютно інакше, ніж жорстко укріплені на санчатах.
Іноді ракетні санчата застосовуються для своєрідних краш-тестів. Наприклад, таким способом може перевірятися, як деформується боєголовка ракети при зіткненні з перешкодою і як ця деформація впливає на балістичні властивості. Відомої серією випробувань подібного плану стали краш-тести літака F-4 Phantom, що проходили в 1988 році на авіабазі Керкланд, Нью-Мексико. Платформу з встановленим на ній повнорозмірним макетом літака розігнали до швидкості 780 км / год і змусили врізатися в бетонну стіну для з'ясування сили зіткнення і її впливу на літак.
В цілому ракетні санчата важко назвати транспортним засобом. Швидше, випробувальним приладом. Проте специфіка цього приладу дозволяє ставити на ньому світові рекорди швидкості. І цілком ймовірно, що швидкісний рекорд полковника Степп - не останній.
Стаття «О дев'ятій разів швидше звуку» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №4, Грудень 2013 ).
Але для чого ж використовуються сьогодні подібні випробувальні системи?