Из Нью-Йорка в Европу за полтора часа: стартап в США строит сверхзвуковой самолёт нового поколения
28.08.2023, 16:15 EST
Алина Приходько
Дерзкий план компании Hermeus по созданию пассажирского самолета, способного развивать скорость Mach 5, является маловероятным, но он уже получил поддержку Пентагона, как сообщает издание Forbes.
В начале этого месяца на заводе компании Hermeus в Атланте стоял изогнутый 12-метровый алюминиевый прототип беспилотника под названием Quarterhorse. Он никогда не будет летать, но в сентябре планируется начать его наземные испытания. Генеральный директор компании Hermeus Эй Джей Пиплика и его соучредители считают, что это первый шаг на долгом пути к достижению грандиозной цели: созданию самолета, способного перевозить 20 пассажиров на гиперзвуковой скорости – в пять раз быстрее звука, или около 6174 километров в час.
Представьте себе Нью-Йорк – Париж за 90 минут. Это значительное улучшение по сравнению с семью с половиной часами, которые сегодня занимает коммерческий рейс.
Прошло 20 лет с момента последнего полета “Конкорда”, новаторского, но убыточного сверхзвукового лайнера. Пока ни один из парада стартапов, пытавшихся вернуть сверхзвуковые полеты, не вышел на старт. Пиплика признает, что компания Hermeus решает еще более сложные технические задачи, создавая лайнер, способный длительное время летать в условиях сильной жары и странной динамики, возникающей при увеличении скорости звука. Но, по его словам, это не самая большая проблема. “На самом деле, бизнес-задачи – вот что действительно сложно, – говорит 35-летний Пиплика в интервью Forbes. – Вы не просто привлечете миллиарды долларов для разработки пассажирского самолета”.
Решение: отработать технологию в основном за счет средств Пентагона, разрабатывая небольшие гиперзвуковые беспилотники, пользуясь тем, что Вашингтону срочно нужно догнать Россию и Китай в создании маневренных гиперзвуковых ракет.
Контракт с правительством
Quarterhorse предназначен для многоразовых испытаний материалов и оборудования в условиях высоких скоростей. Компания Hermeus получила от ВВС США контракт стоимостью $30 млн. на создание и полеты трех версий самолета. Первый полет намечен на 2024 год, а общая стоимость разработки, по словам Пиплики, составит менее $100 млн.
Второй более крупный беспилотник Darkhorse, летные испытания которого компания Hermeus надеется начать в 2026 году, также планируется использовать в качестве испытательного аппарата, а также для дальнего наблюдения и нанесения ударов.
Если все получится, то к тому времени, когда компания Hermeus приступит к созданию планируемого авиалайнера Halcyon, по словам Пиплики, будет построено последовательно от шести до десяти прототипов Quarterhorse и Darkhorse и найдены решения многих технических проблем, связанных с высокоскоростным полетом. В конце концов, по словам Пиплики, у людей есть всего лишь 30 минут опыта полетов со скоростью свыше Mach 4, на так называемых “воздушных” самолетах, которые используют окружающий кислород для сжигания топлива, а не переносят его на борт, как это делают ракеты, оставляя меньше места для полезной нагрузки, например, пассажиров. Когда все испытания будут завершены, компания Piplica рассчитывает получить парк гиперзвуковых беспилотников, приносящих солидный доход при выполнении заданий Министерства обороны.
К этому моменту, по его словам, компания Hermeus “создаст достаточно прочный финансовый фундамент, чтобы реально инвестировать в переход к Halcyon без привлечения смехотворного количества частного капитала”.
По теме: Как начать свое дело в США с минимальными вложениями: 30 бизнес-идей
Основываясь на этом бизнес-плане, компания Hermeus привлекла $119 млн., а раунд Б был завершен в марте 2022 года при оценке в $400 млн. Амбициозные цели компании позволили ей в этом году попасть в список Forbes “Next Billion-Dollar Startups” – 25 венчурных компаний, которые, с наибольшей вероятностью достигнут оценки в $1 млрд.
Странная наука
Цель компании Hermeus – создать авиалайнеры в середине 2030-х годов – невероятно сложная задача, говорят эксперты Forbes.
Задача не в том, чтобы достичь гиперзвуковых скоростей – это регулярно делают ракеты и космические аппараты. Трудность заключается в том, чтобы создать нечто, способное выдерживать такие скорости и нагрузки и быть пригодным для многократного использования, говорит Лука Маддалена, исследователь гиперзвука из Техасского университета в Арлингтоне.
Трение о воздух приводит к тому, что при увеличении скорости летательный аппарат нагревается все сильнее. Для адаптации к новым условиям самолет-шпион SR-71 Blackbird, установивший в 1976 г. рекорд самого быстрого пилотируемого самолета со скоростью Mach 3.3, имел гофрированные секции крыла из титанового сплава, позволяющие им расширяться по мере нагрева обшивки. На взлетно-посадочной полосе произошла утечка топлива, поскольку баки герметизировались только при расширении металла в полете.
Сверхзвуковой самолет становится сверхзвуковым, когда он превышает скорость звука, или Mach 1, но не существует определенной скорости, с которой начинается гиперзвуковая область. Она определяется особенностями динамики. При увеличении скорости свыше Mach 5 тепло начинает вызывать химические реакции в воздухе вокруг аппарата. Кислород и азот расщепляются на отдельные атомы и могут вступать в реакцию с обшивкой самолета. Самолет уже не летит в том воздухе, который окружал его на взлетной полосе. “Это суп из различных газов, – говорит Маддалена, – и, скорее всего, в каждой точке транспортного средства он разный из-за перепадов температуры и давления”. На высоких скоростях часть газа может превратиться в плазму. Прогнозирование характеристик самолета требует объединения химии и квантовой механики с аэродинамикой. Ученым предстоит еще много работы.
Ключевым условием жизнеспособности гиперзвукового лайнера является его прочность. “Он не может иметь и половины того ресурса, который сегодня имеет дозвуковой аппара, – говорит Мэри Джо Лонг-Дэвис, руководитель проекта НАСА по гиперзвуковым технологиям. – Это не позволит закрыть бизнес-модель”.
Компания Piplica признает, что нет возможности предсказать срок службы или график технического обслуживания Halcyon. “Таких данных не существует”, – говорит он. Компания Hermeus стремится получить информацию через Quarterhorse и Darkhorse, и у нее может появиться шанс благодаря нынешнему рвению американского правительства к разработке гиперзвукового оружия.
Подражание космическим стартапам
В 2023 финансовом году Конгресс выделил Пентагону $5,8 млрд. на реализацию примерно 70 гиперзвуковых программ, в то время как в 2016 году на эти цели было выделено менее полумиллиарда долларов. Однако прогресс идет медленно, в том числе из-за недостаточного количества аэродинамических труб, способных имитировать гиперзвуковые условия, и низких темпов летных испытаний. Многие программы проводят всего пару летных испытаний в год.
Это одна из причин, по которой компания Hermeus, возможно, что-то задумала, стремясь сначала создать беспилотники, которые можно будет использовать для летных испытаний компонентов.
Другие компании также используют эту возможность. Компания Stratolaunch, ранее финансируемая покойным миллиардером Полом Алленом из Microsoft, разрабатывает автономный гиперзвуковой аппарат с ракетным двигателем, который будет запускаться с самолета Roc, самого большого в мире. Весной этого года Отдел оборонных инноваций заключил контракты на разработку гиперзвуковых испытательных стендов с австралийской компанией Hypersonix и калифорнийской Fenix Space and Rocket Lab.
Пиплика и его соучредители – технический директор Гленн Кейс, операционный директор Скайлер Шуфорд и директор по продукции Майк Смайда – имеют опыт работы в космической отрасли и вместе работали в компании Generation Orbit, которая занималась разработкой жидкостной ракеты воздушного базирования для испытаний гиперзвуковых летательных аппаратов. Они считают, что им удастся снизить затраты за счет подражания космическим стартапам, создавая серию самолетов, которые постепенно будут решать проблемы гиперзвукового полета.
Например, Quarterhorse будет летать на скорости свыше Mach 3 всего несколько минут, поэтому Hermeus не придется решать проблемы управления теплом, характерные для гиперзвуковых беспилотников, совершающих более длительные полеты, не говоря уже о тех, которые необходимы для поддержания жизни пассажиров. Компания Quarterhorse будет испытывать воздушно-дыхательную силовую установку, которая должна быть относительно доступной.
И Quarterhorse, и Darkhorse будут приводиться в движение со взлета готовым реактивным двигателем истребителя, который будет разгонять самолет до скорости, близкой к Mach 3, что достаточно быстро для воспламенения реактивной струи, которая не имеет движущихся частей и зависит от поступательного движения для сжатия воздуха, необходимого для эффективного сжигания топлива. Пиплика говорит, что рамджеты находятся в разработке уже десятилетиями и представляют собой относительно зрелую технологию.
В прошлом году компания продемонстрировала, что двигательная установка, названная Chimera, может перейти в реактивную струю в высокоскоростной аэродинамической трубе.
Оружие на выбор
Планируется, что Darkhorse будет примерно на 50% длиннее Quarterhorse и сможет пролететь на скорости Mach 5 более 1 600 км. В условиях, когда развитие радиолокации грозит свести на нет свойства скрытности американских самолетов, таких как истребитель F-35, компания Piplica утверждает, что скорость Darkhorse позволит ВВС продолжать действовать в воздушном пространстве таких противников, как Китай, обладающих развитой системой ПВО.
Другие компании, создающие гиперзвуковые пассажирские самолеты, стремятся достичь еще большей скорости, чем Hermeus, используя более экзотические технологии.
Хьюстонская компания Venus Aerospace работает над совершенствованием вращающегося детонационного ракетного двигателя, которым планируется оснастить 12-местный самолет, способный летать со скоростью Mach 9 на границе космоса. По данным PitchBook, инвесторы, включая венчурное подразделение компании Airbus, предоставили компании $48 млн.
Швейцарская компания Destinus планирует создать самолет на водородном топливе, способный летать со скоростью Mach 15. По данным PitchBook, она получила финансирование в размере $39 млн.
Стоимость скорости
Чем выше число Mach, тем больше требуется экзотических материалов – и тем выше эксплуатационные расходы, говорит Лонг-Дэвис из NASA. По данным нескольких исследований, которые NASA финансировало в течение последних четырех лет, посвященных экономике высокоскоростных авиаперевозок, с ростом скорости также увеличиваются расходы на топливо и, вероятно, цены на билеты. В них много допущений, но исследования показывают, что наибольший рыночный потенциал имеют самолеты, которые летают в относительно спокойном диапазоне от Mach 2 до Mach 3 и вмещают от 20 до 30 пассажиров.
По данным исследования, проведенного компанией SpaceWorks, цена билета на самолет с 20 пассажирами и дальностью полета 6 500 км может достигать $10 000.
По словам Пиплики, диапазон скоростей, для которых будет оптимизирована Chimera – от 3 до 5 Mach, – дает компании Hermeus свободу действий. Даже если скорость от 1 до 2 Mach имеет больший потенциал для пассажирских перевозок, Пиплика утверждает, что стартапы в области сверхзвуковых самолетов имеют тот недостаток, что они менее привлекательны для военных и не имеют перспектив продажи промежуточных продуктов для финансирования своего пути к конечной цели, как это надеется сделать Hermeus со своими планируемыми беспилотниками.
Но Пентагон известен тем, что экспериментирует с новыми технологиями, а затем меняет направление. После того как администрация Трампа резко увеличила расходы на разработку гиперзвукового оружия, критики задаются вопросом, стоит ли оно того. В январском докладе Бюджетного управления Конгресса США говорится, что гиперзвуковые ракеты могут оказаться на треть дороже баллистических ракет той же дальности и менее живучими.
“Создать маневренный гиперзвуковой аппарат, который должен взорваться в один конец, достаточно сложно, поэтому говорить о гиперзвуковом транспорте на данном этапе – это “история Рэя Брэдбери”, – говорит Ричард Абулафия из компании AeroDynamic Advisory, ссылаясь на автора научной фантастики. – Идея о том, что небольшой стартап может сдвинуть с мертвой точки путь длиной в столетие, немного странная”.
По словам Маддалены, хорошо, что такие стартапы, как Hermeus, привлекают внимание и капитал своими интересными проектами летательных аппаратов, но вдали от центра внимания другие компании и ученые спокойно работают над компонентами, которые позволят осуществить гиперзвуковой полет. “Не то чтобы успех нашей гиперзвуковой программы зависел исключительно от нескольких стартапов”,- говорит исследователь.
