Самолеты стратегического привета
Два стратегических самолета, белый и серый. Они возникли в противоположных полушариях Земли – из одной задачи и разных ключевых решений. Серый шарит у земли, белый мчится стратосферой. Разной кистью, разной мерой их создали как могли. Цвет покрытий дал им цвет. Облик их рожден полетом, с общей сутью самолетов – «термоядерный привет».
Стратегическая авиация имеет свои сильные козыри. Это возможность оперативно, с авиационной скоростью, нанести удар в любой глубине вражеской территории. Это колоссальная, стратегическая мощность удара, радикально меняющего военную ситуацию и ход истории. Это многоразовость боевого применения, использование одного и того же боевого средства для разных атак. И это возможность отменить и прекратить удар до того, как он сделан, в любой момент после взлета. Вернуть меч из замаха обратно в ножны. Такой потенциал можно реализовывать на базе разных подходов и выбора ключевых свойств самолетов. Увидеть, как работают два разных подхода, можно на примере двух самых современных стратегических бомбардировщиков, стоящих на вооружении, – российского Ту-160 и американского В-2 «Spirit».
Разные стратегии стратегов
У обоих самолетов, как стратегических бомбардировщиков, общая главная задача: надежно доставить мощный боевой груз на большую дальность. Надежность доставки сводится к ключевому затруднению перехвата самолета. И здесь выбор может быть разным. Можно выбрать примат быстроты. В таком подходе быстрота затрудняет перехват самолета, летящего с большой сверхзвуковой скоростью порядка 2200 км/ч, или с числом Маха, равным 2,07. Затрудняет двумя путями: сокращает полетное время до цели, ускоряя выполнение боевой задачи, и сокращает доступное время приближения к самолету перехватывающего средства, ракеты или истребителя. Пути реализации стратегии сверхзвуковой быстроты лежит на большой высоте.
Но можно выбрать другое затрудняющее перехват начало – трудность обнаружения. При таком подходе скорость полета не является главным фактором, важнее решить, как и где спрятать самолет. Как? Набором конструктивных мер, то есть отрабатываемых в конструкции. Где? Убрав со всеобщего обозрения, спрятав у земли, в областях плохой видимости для средств обнаружения.
Орел и сова
Пара разных стратегических решений, воплотившаяся в этих самолетах, имеет весьма четкий аналог в живом мире. Авиация повторяет птиц, птицы иллюстрируют авиацию. Орел – эффективный хищник, машина убийства. Обладая крупными размерами, он парит высоко в небе, высматривая добычу, а своей стремительностью снижения достигает и поражает ее. Его крылья мощны, тело оформлено скоростью. Сова – эффективный хищник, машина для убийств. Будучи средних размеров, неслышно мчится она низко у земли, высматривая добычу, и своей бесшумностью достигает и поражает ее. Ее крылья широки, тело оформлено беззвучностью.
У каждого крылатого хищника своя стратегия, и она вполне решает свои задачи и достигает целей. Потому что существуют не только оба вида, но оба рода и семейства, использующие выбранный принцип и стратегию, пусть и с вариациями в пределах семейств. Аналогичная ситуация видна у стратегических самолетов с разным выбором стратегии. Каждый хорош, каждый может осуществить удар в рамках своей стратегии. Интересно, как это реализуется в практическом воплощении.
Стратосферные путники
Атмосфера, в которой летят самолеты, делится на две непохожие части, две разные «среды обитания». Нижняя часть атмосферы называется тропосферой. Она несет в себе энергию и буйство солнечного тепла, образующего практически все погодные явления. Тропосфера отличается динамикой и турбулентностью, насыщена разнообразными вертикальными движениями и облаками всех видов. На высоте 10-12 километров тропосфера отделяется довольно ощутимой границей от другого пространства, находящегося выше, – стратосферы.
Стратосфера лежит иначе: ровными слоями, не перемешивающимися динамически. Поэтому и называется стратосферой, от латинского stratum – «слой». В ней практически нет вертикальных движений, поэтому полет в ней в подавляющей части спокойный, без тряски, а низкая плотность воздуха позволяет развивать высокую скорость. Спокойствие стратосферы экономит расход топлива на парирование различных возмущений, ведь рабочие органы на крыльях, стабилизаторах и килях создают свою силу в отклоненном положении, а это всегда добавочное сопротивление воздуха. Для небольших дальностей это не так существенно, но на стратегических дальностях мелочей не бывает.
Кроме того, отсутствие турбулентности снижает нагрузку на самолет и уменьшает накопление усталости металла, продляя эксплуатационный ресурс. Поэтому стратосфера для стратегических самолетов – основа большой дальности. Однако используют они эту основу по-разному. Оба пользуются стратосферой как эшелоном для покрытия стратегического расстояния, как спокойной и быстрой дорогой. До тех пор, пока не приблизится воздушное пространство противника. В нем проявится отличие. Ту-160 может пойти со сверхзвуковой быстротой, а В-2 снизится и будет красться близко к рельефу с максимальной незаметностью.
Максимальная высота полета обоих самолетов примерно одинаковая: 15 200 метров у В-2 и 16 000 метров – у Ту-160. Почему именно столько? Дело в том, что стратосфера начинается на разной высоте в разных широтах Земли. На полюсах нижняя граница стратосферы лежит на высоте восьми-девяти километров. На экваторе накачиваемая экваториальными лучами Солнца тропосфера бурлит сильнее, разгоняя восходящие потоки на большую высоту, и выталкивает стратосферу выше, к высотам 15-17 километров. Высота максимального полета В-2 и соответствует способности лететь в стратосфере на любых широтах, оставаясь в ее спокойных слоях и экономя топливо на минимизации управляющих усилий.
Сверхзвуковой полет Ту-160
Сопротивление сверхзвукового полета сильное за счет создания сверхзвуковых ударных волн, или конусов Маха. Они порождаются скоростью и кинетической энергией самолета, забирая ее у корпуса и распространяя волновым путем от самолета в окружающее пространство. Можно снизить передачу энергии ударным волнам, заострив все части конструкции, встречающие сверхзвуковой поток. Так возникает острый нос, заостренные передние кромки тонких крыльев, киля и стабилизаторов, острые кромки воздухозаборников.
Сверхзвуковое сопротивление снижается скошенными крыльями, плоскости которых отводятся назад на сверхзвуковом режиме, реализуя изменяемую геометрию крыла. Большим скосом лобовой части кабины. Очисткой корпуса от аэродинамических деталей. Ничто не должно мешать течь сверхзвуковому потоку. Все оружие для снижения сопротивления воздуха убрано внутрь корпуса, не оставляя никаких пилонов и балочных держателей, делая поверхность самолета гладкой. Большие сверхзвуковые воздухозаборники расположились попарно снизу корпуса, чтобы собирать с низа фюзеляжа натекший газодинамически сжатый углом атаки воздух. Их вертикальный передний клин и скос кромки воздухозаборников за ним с наглядностью учебника демонстрируют принцип работы сверхзвукового воздухозаборника. Так образуется сверхзвуковой аэродинамический облик. Можно сказать, что его определила аэродинамика, став главным скульптором самолета, создателем формы.
Но сверхзвук ставит задачи не только приведения формы в соответствие. Сопротивление воздуха все равно существенно возрастает при всех принятых мерах. И поэтому требуется столь же существенное возрастание тяги, чтобы держать скорость. Приращение тяги создают форсажным режимом двигателя. Для этого в задней части двигателя, перед реактивным соплом, вставляется большая пустая труба с топливными форсунками в начале – форсажная камера сгорания. Она просто сжигает добавочное топливо, обильно распыляемое в горячий поток – отработанный за турбиной газ, смешанный с воздухом наружного контура, прошедшего мимо камер сгорания двигателя и сохранившего свой кислород.
Эта могучая керосиновая горелка поднимает температуру газа перед соплом на тысячу градусов. Реактивное сопло, тепловая машина по разгону газовой струи, превращает добавленную газу тепловую энергию в увеличение скорости истечения и прирост реактивной силы. У двигателей НК-32, четверка которых стоит на Ту-160, тяга вырастает с максимальных 14 тонн до форсажных 25 тонн. Прирост тяги значительный, на 11 тонн, чуть ли не вдвое. Эта добавка тяги компенсирует возросшее сверхзвуковое сопротивление, поддерживая достаточно высокую (с числом Маха больше двух единиц) сверхзвуковую скорость.
Мощное увеличение форсажной тяги еще больше повышает расход топлива, возрастающий на форсаже в разы. У НК-32 он увеличивается вчетверо, сжигая за час уже 42 тонны. А все четыре двигателя на полном форсаже расходуют 168 тонн – всю емкость баков. И хотя есть режим частичного форсажа, все равно форсаж требует запасов топлива. Большая масса топлива делает самолет большим. Так Ту-160 стал самым тяжелым боевым самолетом в истории, с максимальной взлетной массой 275 тонн. Из которых 148 тонн – топливо, больше половины. А общая емкость топливных баков составляет 171 тонну. Зачем в баках место для 23 тонн керосина сверх максимальной взлетной заправки? Дозаправка в воздухе может залить и их, в отсутствие взлетной нагрузки на шасси. Возможность сверхзвука и форсажный режим делают Ту-160 огромным боевым топливовозом.
При таких размерах его можно нагрузить и соответствующим грузом. Стандартная боевая нагрузка Ту-160 составляет 22,5 тонны, а максимальная – 40 тонн. Понятно, что на стратегические дальности он летит со стандартной нагрузкой, с которой его боевой радиус достигает 7300 километров, часть которых он может пройти на сверхзвуке. Все это делает Ту-160 самым большим и мощным боевым самолетом в мире. В межконтинентальных ракетах ему бы соответствовала 15А18М «Сатана» – самая большая и тяжелая баллистическая ракета в мире.