Достичь небес

За время Второй мировой войны в мире появились по-настоящему юркие и маневренные военные самолеты. Одним из них был Mitsubishi Zero — поразительно маневренный истребитель, к тому же очень быстрый. Но в этом заключалась и проблема: на Zero стоило нырнуть вниз, уходя от опасности, и вывести машину из пике было чертовски трудно. Чем быстрее падал самолет, тем сильнее сгущался воздух перед ним. (Представьте капли дождя, падающие на ветровое стекло вашего автомобиля; стоит замедлиться, и дождь будто по волшебству ослабевает; стоит ускориться, и дворники перестают справляться с потоками воды.) Пользуясь земным тяготением, Zero мог бы без проблем разогнаться до скорости звука и даже превысить ее; но управляющие поверхности этого самолета были недостаточно прочными, чтобы выдержать давление уплотнившегося набегающего потока. Постепенно самолеты Zero начали обретать вполне определенную репутацию — даже не из-за частых падений, а из-за того, с какой силой они обрушивались на землю.

_{Mitsubishi Zero: великолепный самолет — до тех пор, пока он не пытается преодолеть звуковой барьер}

Звук — это колебания воздуха. Воздух может переносить информацию со скоростью примерно 330 м/с, и не быстрее. Войдите в воздух на более высокой скорости, и он не успевает расступиться перед вами. Он взрывается. Многие знакомые всем объекты способны в определенных обстоятельствах двигаться быстрее звука: это и передняя кромка флага, и кончик пастушеского бича (громкий щелчок бича слышен, когда его кончик преодолевает звуковой барьер), и край полотенца, которым вы пытаетесь кого-то хлестнуть, — а иногда и кончики лопастей винта. Если лопасти у винта достаточно длинные, а винт вращается достаточно быстро, кончики лопастей преодолевают скорость звука. Когда это происходит, воздух, который в обычных обстоятельствах загонялся бы назад и обеспечивал поступательное движение винта, начинает непрерывно взрываться и образует стоячую волну — ударную волну, собственно — и вследствие этого турбулентную зону непосредственно перед винтом. Это не так страшно, как кажется: вы все еще будете держаться в воздухе без особенных проблем. Но вот быстрее лететь уже не получится, а потребление топлива заметно вырастет.

Именно из-за различных технических проблем, с которыми сталкивались самолеты (как винтовые, так и реактивные), не приспособленные к сверхзвуковому движению, возникло представление о «звуковом барьере». Этот барьер вполне реален, но его преодоление — дело техники, а не физики; на данный момент все связанные с ним проблемы решены. Современные сверхзвуковые самолеты достигают скорости, многократно превышающей скорость звука, вообще без резких переходов.

Полет со сверхзвуковой скоростью действительно отличается от дозвукового полета в некоторых довольно любопытных отношениях. Так, на сверхзвуковой скорости самолет нагревается: температура некоторых деталей экспериментального космического самолета Х-15 ВВС США достигала 650 °C. Причина в том, что воздух не успевает расступаться перед носом самолета; вместо этого он скапливается и образует своеобразную подушку. Полет сквозь этот уплотненный воздух — все равно что полет сквозь густое желе. Нил Армстронг убедился в этом на собственной шкуре 20 апреля 1962 г. в полете над авиабазой Эдвардс в Калифорнии. На своем Х-15 Армстронг поднялся на высоту 63 км (максимальная высота, на которой ему довелось побывать до Gemini 8, и почти две трети высоты, на которую поднялся SpaceShipOne Берта Рутана). Однако во время спуска пилот задрал нос самолета чуть-чуть выше, чем следовало, и… срикошетил от атмосферы! Оказавшись на тридцать километров выше, чем нужно, и имея в этот момент скорость втрое выше скорости звука, Армстронг должен был перелететь посадочную полосу авиабазы на шестьдесят восемь километров.

_{Модель X-15 создает конус ударной волны во время испытаний в сверхзвуковой аэродинамической трубе}

«Морской монстр»

Если внимательно оглядеть любое водное пространство заметных размеров, рано или поздно вы заметите птицу, несущуюся над самой водой. Эта птица будет лететь очень быстро, потому что она использует одну авиационную возможность, которую мы, люди, только начинаем исследовать.