Quesst от НАСА: пересмотр 50-летнего ограничения сверхзвуковой скорости

Пятьдесят лет назад федеральное правительство США запретило все гражданские сверхзвуковые полеты над сушей. Правило запрещает невоенным самолетам совершать сверхзвуковые полеты, для того, чтобы звуковые удары не пугали людей на земле и не вызывали беспокойство за потенциальный ущерб их имуществу.

Официально запрет введен в действие 27 апреля 1973 года. Хотя в некоторых исследованиях предлагались способы смягчить воздействие звуковых ударов, авиационные технологии 1960-х годов не были достаточно совершенными, чтобы в короткие сроки полностью решить проблему и предотвратить введение правила.

Но сегодня НАСА работает над решением. "Это правило, о котором многие люди сегодня не знают, но оно лежит в основе нашей миссии Quesst и разрабатываемого сверхзвукового самолета X-59", — говорит Питер Коэн, менеджер программы Quesst. X-59 спроектирован так, чтобы летать быстрее звука, но со значительно сниженным уровнем шума — люди внизу будут слышать шум а не звуковые удары. Чтобы проверить, как общественность воспринимает этот шум, часть плана Quesst включает в себя полет X-59 над несколькими населенными пунктами для изучения реакции людей.

НАСА планирует предоставить результаты американским и международным регулирующим органам, которые рассмотрят новые правила, и, возможно, отменят действующий запрет. Цель состоит в том, чтобы изменить нормативные требования, сосредоточив внимание на звуке, создаваемом самолетом, а не на ограничении скорости.

Истоки запрета на сверхзвуковые полеты восходят к 1947 году, когда самолет с ракетным двигателем XS-1 впервые преодолел звуковой барьер. Сначала все сводилось к тому, чтобы научиться летать на X-самолётах быстрее и выше. Никто не задумывался о звуковых ударах, в основном потому, что там, где проводились исследования, проживало мало людей.

Несмотря на первоначальный интерес к тому, что тогда было загадочным явлением, возникающим в момент преодоления самолетом звукового барьера и созданием атмосферных ударных волн, которые мы слышим как звуковые удары, на тот момент было недостаточно способов и данных, чтобы понять, что именно происходит.

По мере того, как ВВС и ВМС США начали развертывать большое количество сверхзвуковых самолетов на базах по всей стране, интерес к звуковым ударам быстро рос, поскольку все больше людей подвергалось воздействию часто вызывающего тревогу шума.

Начиная с 1956 года и вплоть до 1960-х годов ВВС, ВМС, НАСА и Федеральное
авиационное управление (FAA) США использовали накопленную информацию о том, как звуковые удары формируются в различных условиях, каково их воздействие на здания и как будет реагировать общественность.

В те годы, используя многие типы сверхзвуковых самолетов, жители Атланты, Чикаго, Далласа, Денвера, среди прочих, подвергались воздействию звуковых ударов военных истребителей и бомбардировщиков, летящих на большой высоте. Два исследования — одно сделанное в Сент-Луисе в 1961 году, а другое в Оклахома-Сити в 1964 — не оставляли сомнений в том, что граждан сильно беспокоят звуковые удары. Испытания вызвали сильно негативное отношение к сверхзвуковым полетам.

После этого, правительство США начало работать с промышленностью в попытке разработать сверхзвуковой транспорт или SST.

Проект SST был направлен на создание прототипа нового коммерческого сверхзвукового авиалайнера, способного перевозить до 300 пассажиров в любую точку мира на скоростях, в три раза превышающих скорость звука. (Скорость звука варьируется в зависимости от температуры воздуха и высоты над уровнем моря. На уровне моря при 20°C она составляет 1236 км/ч.)

Авиационное сообщество стремилось развить свое понимание сверхзвуковых ударных волн, чтобы снизить потенциальные уровни шума SST от звукового удара. Но эти исследователи не могли предугадать скорость, при которой возникали проблемы, угрожающие запретом на полеты самолета еще до того, как он был построен.

Три события лета 1968 года продемонстрировали это:

• 31 мая во время церемонии в Военно-воздушной академии в Колорадо истребитель F-105 Thunderchief преодолел звуковой барьер, пролетев около 20 метров над территорией школы. Звуковой удар выбил 200 окон сбоку от часовни и ранил несколько человек.
• Неделю спустя, 8 июня, New York Times опубликовала редакционную статью, в которой инцидент в Колорадо подчеркивал опасность звуковых ударов для граждан.
• После, 21 июля, Конгресс поручил FAA разработать стандарты для «Контроля за снижением шума от звуковых ударов».

Через пару лет FAA официально предложило правило, ограничивающее эксплуатацию гражданских самолетов на скоростях выше 1 Маха. Затем в мае 1971 года Конгресс отменил программу SST, и через два года вступило в силу правило, запрещающее гражданским сверхзвуковым лайнерам полеты над сушей.

В это же время Великобритания и Франция разрабатывали и тестировали «Конкорд», который в период с 1976 по 2003 годы обеспечивал сверхзвуковые воздушные перевозки. Было много причин завершения его эксплуатации, включая аварию в 2000 году, но экономические и экологические проблемы возглавляют список. Ограничения на полеты со скоростью выше звука над землей из-за запрета в США и других странах значительно ограничили возможности получения прибыли.

Для дальнейшего продвижения, снятия запрета и создания рынка для сверхзвуковых авиаперевозок над сушей, предполагается, что регулирующие органы будут принимать новые правила на несколько другом уровне, чем раньше.

Ограничение скорости, введенное в 1973 году, не учитывало возможность того, что самолет может летать на сверхзвуке, не создавая звуковых ударов. В то время это была справедливая оценка, потому что технологии, необходимой для этого, еще не существовало.

«Итак, вместо правила, основанного исключительно на скорости, мы предлагаем правило, основанное на звуке. Если звук не такой громкий, чтобы побеспокоить кого-то внизу, нет никаких причин, по которым самолет не может летать на сверхзвуковой скорости», сказал Коэн.

В течение последних пятидесяти лет ученые НАСА методично работали над проблемой глушения звукового удара. X-59 программы Quesst находится на пути к созданию этой технологии, и вскоре после этого последуют испытательные полеты.

Тем не менее, признанию сверхзвуковых самолетов сегодня мешают не только проблемы звукового удара. Шум в аэропортах, выбросы и воздействие на климат — все это факторы, которые еще предстоит решить.

Вместе с правительством и промышленностью НАСА работает над решением этих проблем. Но все это не будет иметь значения, пока не будет сделан первый шаг — отмена полувекового запрета на сверхзвуковые полеты над сушей. "Мы очень рады сделать этот большой шаг вперед", — сказал Коэн.