Marzenia o superprędkości
Mimo że jedyny naddz
więkowy samolot pasażerski, jaki kiedykolwiek latał na
regularnych trasach, okazał się finansową klapą, wciąż są chętni, by budować takie
maszyny. Co więcej, wiele wskazuje na to, że dzięki rozwojowi techniki teraz to
przedsięwzięcie może się udać.
Marcin Bójko
Concord  jedyny naddz
więkowy samolot pasażerski, jaki obsługiwał regularne
połączenia  zasługiwał z pewnością na krytykę: był głośny, paliwożerny, niezbyt ładowny
i miał mały zasięg. Ale mimo to był ozdobą każdego lotniska, na którym się pojawił. No i
był szybki. Przelatywał przez Atlantyk z prędkością kuli karabinowej. Co prawda bilet z
Londynu do Nowego Jorku kosztował dziesięć razy tyle, ile trzeba było wydać na podróż
trzy razy wolniejszym Boeingiem 747, ale chętnych nie brakowało.
Mimo to operatorzy Concorde a  British Airways i Air France  w paz
dzierniku 2003 roku
zdecydowali się odesłać ten samolot na emeryturę po 27 latach służby. Wydawało się, że
to koniec ery pasażerskich lotów naddz
więkowych. Być może superszybkie maszyny
powrócą jednak w przestworza. Japońscy inżynierowie z Japan Aerospace Exploration
Agency (JAXA) w lipcu tego roku zaprosili do współpracy francuskich kolegów, a rządy
Japonii i Francji zobowiązały się do finansowania prac, choć na razie wspierają je raczej
skromną kwotą  w sumie niecałe 4 mln dolarów rocznie  co pozwoli jedynie na prace
koncepcyjne. Zbudowanie  prawdziwego latającego prototypu to już wydatek rzędu
miliardów dolarów.
Mission Impossible
Zadanie, jakie stoi przed francusko-japońskim zespołem inżynierów, jest niezwykle
trudne. Do 2020 roku mają zbudować samolot, który będzie przewozić 300 pasażerów
dwa-trzy razy szybciej od dz
więku na odległość 10-12 tys. km. A przy tym ma hałasować
nie bardziej niż Jumbo Jety. Spełnienie tych wymogów to wyzwanie, z którym nie
poradziła sobie firma Boeing. Ten lotniczy gigant na przełomie lat 60. i 70. ubiegłego
wieku wygrał kontrakt rządu Stanów Zjednoczonych na budowę samolotu
naddz
więkowego. W tamtych czasach tylko trzy inne kraje konstruowały takie maszyny:
Wielka Brytania do spółki z Francją i Rosja. Rosjanie jako pierwsi pokazali latający
prototyp, bez żenady kopiując część dokumentacji technicznej francusko-brytyjskiego
projektu Concorde.
Jednak Tu-144 nigdy nie latał regularnie, jako że rosyjscy inżynierowie popełnili kilka
poważnych błędów konstrukcyjnych. Największym było umieszczenie wszystkich
czterech silników obok siebie pod kadłubem. Zgaśnięcie tylko jednego z nich
powodowało takie zawirowania powietrza wokół gondoli silnikowej, że gasły także
1
pozostałe jednostki napędowe. Ta wada była główną przyczyną najgłośniejszej katastrofy
Tu-144  w czasie pokazów lotniczych w podparyskim Le Bourget w 1973 roku.
Amerykańska konstrukcja  Boeing 2707  nigdy nie wzbiła się w powietrze. Główną
przyczyną były zbyt wybujałe ambicje Amerykanów. W 1963 roku prezydent Kennedy
wezwał firmy lotnicze do zbudowania pasażerskiego naddz
więkowca transportującego
300 osób z prędkością co najmniej 3 Ma. Brzmi znajomo, prawda? Tyle że 30 lat temu
konstrukcja takiego samolotu była praktycznie niemożliwa.
Z przyczyn technicznych
Naddz
więkowa maszyna musi być jak
najsmuklejsza i mieć małe skrzydła, bo
duże przy prędkości rzędu 3 Ma stawiałyby
zbyt wielki opór. Takie skrzydła, choć
podczas lotu wytwarzają wystarczającą siłę
nośną, są poważnym kłopotem w czasie
startu i lÄ…dowania.
Wtedy prędkość jest stosunkowo mała, zatem siła nośna zdolna do poderwania
(nielekkiej) konstrukcji w powietrze musi być duża.
Rozmiary to kolejny problem. Gdzieś trzeba przecież zmieścić nie tylko 300 pasażerów,
ale i olbrzymią ilość paliwa niezbędną do zapewnienia siły ciągu wystarczającej do
pokonywania oporu powietrza przy dużych prędkościach
Trzeba też poradzić sobie z tym, że od tarcia o powietrze samolot rozgrzewa się i mimo
że na dużych wysokoÅ›ciach temperatura powietrza to zaledwie -60°C, trzeba go chÅ‚odzić
w czasie lotu. I wreszcie najtrudniejsze wyzwanie  ogłuszający, przypominający grzmot
pioruna hałas, jaki ciągnie się za naddz
więkową maszyną. Z tego zresztą powodu
Concorde nie mógł szybko latać nad lądem, a tylko nad pustymi przestworzami oceanu.
Oczywiście istnieją samoloty poruszające się z prędkościami większymi od dz
więku.
Rekordzistą wśród seryjnie produkowanych maszyn jest SR71 Blackbird, przy czym
 seryjnie produkowany oznacza w tym przypadku 32 sztuki (to i tak więcej niż
Concorde ów, których powstało raptem 20). Ten szpiegowski samolot potrafi lecieć z
prędkością ok. 3,5 Ma. Na podstawie jego konstrukcji z pewnością nie powstanie jednak
żaden  liniowiec .
Dlaczego? Po pierwsze, by poradzić sobie z rozgrzewajÄ…cym siÄ™ do przeszÅ‚o 400°C
poszyciem samolotu, a więc także z problemem rozszerzającej się blachy, kadłub
Blackbirda zbudowano z  luz
nych płatów metalu, które dopiero po rozgrzaniu zaczynają
do siebie pasować. Wcześniej są ze sobą połączone tak luz
no, że& po zatankowaniu
paliwo wycieka na pas startowy. Samolot musi po starcie zrobić szybką rozgrzewkę, by
uszczelnić zbiorniki, po czym jest dotankowywany z latającej cysterny. W tym kontekście
fakt, że Blackbird zabiera na pokład tylko dwie osoby, jest mało istotny, bo o ile wojsko
2
może pozwolić sobie na luksus latania  przeciekającym samolotem, o tyle trudno sobie
wyobrazić dotankowywanie w powietrzu setek pasażerskich maszyn czy obsługę
naziemnÄ… takiego dziwolÄ…ga.
To właśnie rozgrzewające się poszycie sprawiło, że Concorde rozwijał prędkość tylko 2
Ma. Wtedy kadÅ‚ub  ocieplaÅ‚ siÄ™ zaledwie do temperatury 100°C. Zarówno w przypadku
Concorde a, jak i SR71 nader oryginalnie rozwiązano kwestię chłodzenia. Funkcję płynu
chłodniczego pełni bowiem... paliwo. Przed skierowaniem do silników nafta
przepompowywana jest przez system rurek pod poszyciem samolotu i odbiera nadmiar
ciepła. Strach pomyśleć, co by się stało, gdyby kadłub rozgrzał się ciut za bardzo.
Jak chcą chłodzić swoją maszynę inżynierowie z JAXA?
Trudno powiedzieć, ale dziś mają do dyspozycji materiały,
jakich nie było 40 lat temu. Choćby te opracowane na
potrzeby promów kosmicznych. Ich poszycie pochłania
ciepło i wypromieniowuje je w postaci światła widzialnego
tak efektywnie, że cegiełka takiego materiału wygląda jak
rozgrzana do czerwoności, choć w rzeczywistości można ją
trzymać w dłoni.
Nieubłagany postęp
Przez 40 lat niektóre z problemów konstrukcyjnych rozwiązały się same. Np.
charakterystyczny dla Concorde ów załamywany dziób. Jego konstrukcja wymuszona
była względami aerodynamicznymi. Samolot naddz
więkowy musi mieć dziób ostry jak
igła. Zarazem jednak jego skrzydła nie mogą mieć dużej siły nośnej. Dlatego przy starcie
i lądowaniu taka maszyna musi mieć duży kąt natarcia. Tyle że w takiej sytuacji ostry
dziób zasłania pilotom widok na pas startowy. W latach 60. XX wieku jedynym
rozwiązaniem było stworzenie konstrukcji, która na czas lądowania i startu opuszczałaby
dziób, a podnosiła go, gdy samolot rozwinie dużą prędkość.
Dziś wystarczy zainstalować kamery, które będą pokazywały pilotom pas startowy na
monitorach. To od ręki pozwala zaoszczędzić kilkaset kilogramów na mechanizmie
opuszczania dzioba. Zamiast tego można zainwestować w zmienną geometrię skrzydeł.
Taki rodzaj skrzydeł przez długi czas zakładał właśnie zarzucony projekt Boeinga. To
rozwiązywało kłopoty z niedoborem siły nośnej w czasie startu. Po prostu przy niskich
prędkościach samolot rozkłada skrzydła, zwiększając ich powierzchnię. Start i lądowanie
może w takich przypadkach odbywać się przy mniejszej prędkości, co powoduje
mniejsze zużycie paliwa i  co równie ważne  mniejszy hałas.
Sama konstrukcja też może być dziś o wiele lżejsza. Samoloty pasażerskie buduje się
bowiem nie z metalu, tylko z kompozytów węglowych, pierwotnie stosowanych w
szybowcach. Japończycy na potrzeby swojej maszyny opracowali wytrzymałe na wysoką
temperaturę żywice do kompozytów i specjalne trójwymiarowe sploty włókien węglowych
zwiększające wytrzymałość materiału.
3
Nie do przecenienia jest fakt, że inżynierowie dysponują dziś superkomputerami, dzięki
którym mogą przetestować wiele pomysłów bez potrzeby budowania modeli. Dopiero
ostateczną wersję weryfikuje się  w naturze . Jeden z takich  prawdziwych testów
sprawdzających aerodynamikę przyszłego naddz
więkowca Japończycy przeprowadzili
10 paz
dziernika. Przyczepiony do rakiety model wykonał krótki lot z prędkością 2 Ma.
TÅ‚umik na machy
Jednym z najpoważniejszych wyzwań, z jakimi przyjdzie zmierzyć się konstruktorom
pasażerskiego samolotu naddz
więkowego, pozostaje problem hałasu. W zwykłym
samolocie hałas rozkłada się na dz
więk słyszany przed samolotem i za nim. W
naddz
więkowym, z grubsza rzecz ujmując, cały hałas związany z przeciskaniem się
samolotu przez powietrze słyszymy w jednej chwili. Taki dz
więk przypomina grzmot i z
reguły nieprzyjemnie zaskakuje, a słychać go w pasie o szerokości 50-100 km pod
lecÄ…cym samolotem.
Loty eksperymentalne prowadzone w USA i Europie wywołały tyle protestów, że
pasażerskie samoloty naddz
więkowe dostały zakaz przekraczania prędkości 1 Ma nad
terytoriami zamieszkanymi. A że zarówno w Europie, jak i w Stanach praktycznie
niemożliwe jest wytyczenie 50-km w miarę prostego pasa, w którym nikt nie mieszka,
Concorde mógł być naddz
więkowy tylko nad wodą, co drastycznie ograniczało jego
przydatność.
W latach 70. XX wieku wydawało się, że na grzmot naddz
więkowy nie ma mocnych i
inżynierowie poddali się walkowerem. Okazuje się jednak, że umiejętne zaprojektowanie
samolotu może ten efekt zminimalizować. W zeszłym roku NASA przeprowadziła testy
nowego modelu F-5E. Zmodyfikowanie kształtu dzioba sprawiło, że naddz
więkowy
grzmot był znacznie cichszy niż w przypadku zwykłego F-5E. Zachęceni sukcesem
inżynierowie z NASA kontynuują prace.
W lipcu cztery zespoÅ‚y, zwiÄ…zane z takimi tuzami rynku lotniczego jak Raytheon, Boe­
ing s, Lockheed Martin czy Northrop Grumman, dostały od NASA po milionie dolarów na
badania majÄ…ce na celu zmniejszenie grzmotu naddz
więkowego. Czy odniosą sukces,
zobaczymy zapewne wkrótce.
Małe też może być szybkie (i piękne)
Specjaliści oceniają, że w 2020 roku na świecie będzie zapotrzebowanie na setkę
superszybkich samolotów pasażerskich. Trudno powiedzieć, czy japońsko-francuskiemu
zespołowi uda się skonstruować maszynę spełniającą wymagania Kennedy ego.
Kluczem będzie oczywiście cena biletu, a trudno być optymistą w czasach, gdy ropa
naftowa drożeje w zawrotnym tempie. Znalezienie 300 bogaczy chcących lecieć w tym
samym kierunku może okazać się niewykonalne. Ale znalezienie kilku milionerów
gotowych zapłacić za luksus przelotu z Nowego Jorku do Londynu w dwie godziny wcale
nie jest takie trudne.
4
Stąd większość producentów lotniczych myśli po cichu o skromniejszej konstrukcji 
dziesięciomiejscowym samolocie naddz
więkowym. Zadanie jest prostsze, bo takie firmy
jak Northrop Grumman czy Dassault potrafią już budować wojskowe naddz
więkowe
maszyny zabierające kilka ton ładunku na odległość ok. 5 tys. km. Takie doświadczenia
na niewiele zdadzą się przy budowie 300-miejscowego liniowca, ale można je z
powodzeniem wykorzystać w konstruowaniu małej awionetki.
Czas pokaże, czy naddz
więkowe loty będą wyłącznie rozrywką milionerów, czy też staną
się dostępne dla turystów, którzy obecnie muszą godzinami tłoczyć się na pokładzie
upchnięci niczym sardynki. Najważniejsze jest to, że wraz z Concorde em nie umarły
marzenia o superszybkich samolotach pasażerskich. Pozostaje trzymać kciuki za
konstruktorów, byśmy mogli podróżować szybciej niż dz
więk i dotrzeć z Warszawy do
Tokio, zanim ścierpną nam nogi.
5