15 апреля 1986 года, Ливия. Майор Брайан Шул ведет SR-71 над пустыней на высоте 24 километра со скоростью 3 400 км/ч. Позади линия, которую Каддафи назвал «линией смерти» и пообещал сбивать любого, кто ее пересечет. Шул пересек ее 20 минут назад. В задней кабине оператор разведсистем майор Уолтер Уотсон докладывает: на панели обороны загорелись индикаторы — ливийские ЗРК ведут обстрел. Предположительно С-2 и С-4, скорость ракет до 5 Махов.
Шул прикинул время, за которое ракеты доберутся до их высоты. Потом посмотрел на указатель скорости. И сделал то, что написано в летной инструкции SR-71 как стандартная процедура уклонения от зенитных ракет: дал полный газ.
Скорость пошла вверх: 3,2 Маха, 3,3, 3,5. Самолет преодолевал около километра каждую секунду. Ракеты взорвались далеко позади. Шул и Уотсон вышли из ливийского воздушного пространства, развернулись к Средиземному морю и обнаружили, что на выделенной скорости проскочили мимо танкера-заправщика, который ждал где-то возле Гибралтара.
Потом Шул напишет:
«Это был самый быстрый полет в моей жизни».
SR-71 Blackbird прослужил с 1966 по 1998 год. За это время по нему, по оценкам ВВС США, было выпущено около 4 000 ракет. Ни одна не попала. Самолет тек топливом на стоянке, запускался от тележки с двумя автомобильными двигателями Buick, летал на горючем, которое не воспламеняется от спички, и побил скоростной рекорд, который стоит с 1976 года и не превзойден серийной машиной до сих пор.
Зачем понадобился самолет на трех Махах
1 мая 1960 года советский зенитный ракетный комплекс сбил U-2 Гэри Пауэрса над Свердловском (сегодня Екатеринбург). Высотная разведка на дозвуке закончилась в тот же день — U-2 летал на 21 километре и считался неуязвимым, а С-75 доказала обратное.
ЦРУ и Пентагон оказались перед выбором: разведывательные спутники еще не обеспечивали нужной оперативности (снимок с орбиты доставлялся через несколько часов, снимок с самолета — через минуты), а пилотируемый разведчик над территорией СССР превратился в мишень. Нужна была машина, которую нельзя сбить.
Кларенс «Келли» Джонсон, глава Skunk Works, секретного подразделения Lockheed, которое уже построило U-2, предложил самолет, летающий на скорости более трех скоростей звука на высоте свыше 24 000 метров.
На таких параметрах ни одна зенитная ракета 60-х не могла обеспечить перехват: ракете нужно сперва набрать высоту и разогнаться, а цель на 3 Махах за это время уходит за горизонт.
Сначала появился A-12 Oxcart — одноместный разведчик для ЦРУ.
Потом его развитие, SR-71 Blackbird — двухместный, для ВВС, с расширенными возможностями. Первый полет SR-71 состоялся 22 декабря 1964 года, а первая оперативная машина поступила на Beale AFB в январе 1966-го.
Но построить самолет на 3 Маха — это прежде всего вопрос материалов. И Келли начал именно с него.
Нам важно мнение тех, кто в проде
Поделитесь опытом работы с железом и облаками. Мы учтем его, чтобы развивать Bare Metal Cloud дальше.
Титановая головоломка (и карандаши, которые пришлось запретить)
На скорости 3,2 Маха обшивка самолета разогревается до 300-320°C. Алюминий при такой температуре уже теряет прочность (предел для дюраля около 150°C), свинец плавится, а обычные авиационные герметики превращаются в кашу. Сталь выдержала бы нагрев, но самолет из стали вышел бы слишком тяжелым.
Оставался титан. Бета-титановый сплав B-120VCA сохраняет прочность до 450°C при плотности 4,5 г/см3, почти вдвое легче стали. В начале 1960-х авиация использовала титан крохотными порциями: на отдельные крепления, болты, мелкие детали. Сделать из титана 85% конструкции целого самолета до Blackbird не пытался никто.
И тут возникла проблемка...
Крупнейшим производителем титана в мире на тот момент был Советский Союз — страна, против которой Blackbird и строили. ЦРУ создало сеть подставных компаний в третьих странах и через них закупало советский титан для самолета-шпиона, который должен был летать над СССР. Самолет для шпионажа за Союзом из советского же сырья, купленного за валюту от советского экспорта. Холодная война была странным временем.
Титан оказался материалом с тяжелым характером, и Skunk Works пришлось учиться его обрабатывать прямо на ходу. Обычные кадмиевые болты становились хрупкими при нагреве — их заменили на болты из сплава A286. Хлорированная водопроводная вода, которой промывали детали после обработки, вызывала коррозию титана, пришлось перейти на дистиллированную.
Еще есть забавная история о том, что летом в цехе рабочие размечали титановые панели карандашами. Графит карандашного грифеля при контакте с титаном во влажной среде создавал гальваническую пару, и начиналась электрохимическая коррозия, панели покрывались язвами. Обнаружили это не сразу: не один комплект панелей ушел в брак, прежде чем инженеры поняли, что виноват обычный карандаш. Карандаши на производстве запретили и перешли на фломастеры.
Самолет, который не помещается сам в себя
Титановая конструкция, нагреваясь до 300 с лишним градусов на крейсерском режиме, расширяется — это элементарное тепловое расширение. Коэффициент линейного расширения титана составляет около 8,6 × 10⁻⁶ на градус Цельсия. При перепаде температуры в 280 градусов фюзеляж длиной 32,74 метра удлиняется примерно на 8 сантиметров, а отдельные элементы, нагретые неравномерно, еще сильнее.
Горячий самолет физически крупнее холодного. И если подогнать панели обшивки впритирку на земле, то в полете они раздавят друг друга. Поэтому их делали с зазорами: на холодном самолете между панелями оставались щели шириной в несколько миллиметров, а на трех Махах титан расширялся и щели закрывались. Обшивка садилась как влитая.
Но на земле щели оставались открытыми.
А у SR-71 нет отдельных топливных баков, топливо заливается прямо в полости между силовым набором и обшивкой. Отдельные мембраны не ставили, потому что авиакеросин JP-7 растворял доступные на тот момент материалы. Герметики пробовали, но ни один из них не выдерживал циклических перепадов температуры. После нескольких нагревов и охлаждений герметик деградировал и переставал держать.
Отсюда были топливные лужи на стоянке.
Топливо просачивалось через зазоры в панелях и капало на бетон.
Здесь хочу кое-что сказать, потому что фраза «SR-71 тек, потому что так задумано» кочует из статьи в статью и порядком упрощает реальность. Я сам долго в это верил, пока не покопался глубже.
Новые самолеты прямо из цеха Skunk Works были загерметизированы и не текли. Утечки появлялись после нескольких циклов нагрева, когда герметик разрушался. В руководстве по техническому обслуживанию были прописаны допустимые нормы утечки для каждой зоны, столько-то капель в минуту.
Техники, работавшие с машиной, рассказывают, что JP-7 пропитывал форму так, что ее приходилось стирать с добавлением кока-колы — обычный порошок не справлялся. А музейные экземпляры SR-71 продолжают подтекать до сих пор: под некоторыми стоят поддоны.
Бросьте спичку, она потухнет
Раз уж мы заговорили о JP-7, разберемся с ним подробнее, потому что это топливо было таким же чудом, как и сам самолет.
Обычный авиакеросин JP-4 или JP-8 имеет температуру вспышки около −23°C: брызните его на горячую поверхность и он загорится. На обшивке SR-71 при 300°C обычный керосин не просто загорелся бы, а образовал топливо-воздушную смесь в замкнутых полостях конструкции и вызвал взрыв.
JP-7 — термостабильный авиационный керосин с температурой вспышки ~60°C и экстремально низким давлением насыщенных паров. Разработан специально для Blackbird. Температура вспышки около 60°C, давление насыщенных паров минимальное. Если бросить горящую спичку в ведро с JP-7, спичка погаснет, а топливо даже не задымит.
При этом JP-7 служил единственным хладагентом на борту. Перед подачей в двигатель топливо прокачивалось через цепочку теплообменников, последовательно охлаждая гидравлику, масляную систему, кондиционер кабины, элементы обшивки, сопловые активаторы и бак с триэтилбором. Суммарная мощность охлаждения — около 700 кВт. К моменту поступления в форсунки JP-7 нагревалось до 316°C.
Расход JP-7 на крейсерском режиме составлял порядка 36 000 фунтов в час, а это около 16 300 кг/ч. Полная заправка составляла примерно 46 000 литров. Тот же ТУ-154, который возил 160 пассажиров на дозвуке, сжигал 5 500 кг/ч. Короче, никакой экономии на этом чуде не было.
Но если топливо не загорается от спички — как поджечь его в двигателе? Тут поможет вещество, которое, наоборот, горит от одного контакта с воздухом. И два Бьюика.
«Buicks out!»
Двигатель Pratt & Whitney J58 слишком велик для штатного электростартера. Чтобы турбина начала самоподдерживающееся вращение, ее нужно раскрутить снаружи минимум до 3 200 оборотов в минуту.
Решение, которое придумали два инженера Skunk Works с гоночным прошлым, стоит того, чтобы описать его подробно.
Стартовая тележка AG-330.
Внутри два двигателя Buick Wildcat 401 (6,6-литровые V8, по 400 лошадиных сил каждый), без глушителей, с автоматическими трансмиссиями Hydromatic и общим редуктором. Они вращали вертикальный вал, который вставлялся снизу в стартерный привод J58 через лючок в нижней части двигательной гондолы. На каждый двигатель своя тележка, запуск последовательный.
Оператор выводил Бьюики на максимальные обороты. Из 16 открытых выхлопных патрубков (по восемь на каждый V8) били языки пламени длиной в метр. Звук как на старте гонки, без преувеличения. Бьюики выходили на 4 800-4 900 оборотов в минуту, чтобы раскрутить J58 до нужных 3 200.
В этот момент пилот ставил газ в режим "idle", подавалось топливо, и через долю секунды в камеру сгорания впрыскивалась порция TEB — триэтилбора. TEB самовоспламеняется при контакте с воздухом: из сопла J58 вырывалась характерная зеленая вспышка, TEB поджигал JP-7, и двигатель оживал.
Пилот кричал по радио: «Buicks out!». Механик давал отмашку, оператор нажимал «Cart Shutdown», вертикальный вал пассивно выпадал из привода, тележку откатывали ко второму двигателю, и все повторялось. Если вал после запуска не выпадал сам, механики бежали и трясли рукоятки вручную, пока он не отсоединялся.
На каждый двигатель полагалось 600 см3 TEB в герметичном баке под давлением азота, хватало минимум на 16 стартов, перезапусков в воздухе или включений форсажа. Каждая дозаправка в воздухе требовала последующего включения форсажа для разгона. На приборной панели стоял счетчик оставшегося TEB. Когда он доходил до нуля, форсаж было больше не включить.
Техники работали в серебряных огнеупорных костюмах, потому что одна капля на воздухе приводила к мгновенному пожару. Заправка JP-7, для контраста, была настолько безопасна, что во время нее разрешалось параллельно выполнять другие работы на самолете.
В 70-х Бьюики заменили на двигатели Chevrolet 454 LS-7, а в 80-х перешли на пневматический запуск от сжатого воздуха. Старожилы базы говорили, что запуски были по так называемому вайбу уже не те.
Облачная инфраструктура для ваших проектов
Виртуальные машины в Москве, Санкт-Петербурге и Новосибирске с оплатой по потреблению.
Двигатель, который на ходу меняет тип
J58 — единственный авиадвигатель в истории, спроектированный для непрерывной работы на полном форсаже при крейсерском полете на трех с лишним Махах. Ни до него, ни после ничего подобного серийно не выпускалось.
Обычный турбоджет работает так: воздух входит в воздухозаборник, сжимается компрессором, подогревается в камере сгорания, крутит турбину и вылетает из сопла с большей скоростью, чем вошел.
Проблема SR-71 в том, что при 3 Махах воздух на входе в компрессор уже нагрет до 400 с лишним градусов за счет кинетического торможения набегающего потока. Если прогнать весь этот раскаленный воздух через компрессор, камеру сгорания и турбину, давление на выходе из сопла может оказаться ниже, чем давление на входе, и двигатель вместо тяги начнет создавать торможение.
Решение Pratt & Whitney: при скоростях выше 2 Махов открываются шесть перепускных труб, которые отводят воздух из четвертой ступени компрессора прямо в форсажную камеру, минуя камеру сгорания и турбину. Двигатель переключается из турбоджета в турборамджет, где турбинная часть продолжает работать на той порции воздуха, что проходит через нее, но основная тяга создается по прямоточному принципу.
На крейсерском режиме около 80% тяги создает входное устройство — конус и канал воздухозаборника, которые сжимают и тормозят набегающий поток, и только около 20% дает собственно газогенератор. Подвижный конус, автоматически перемещающийся вперед-назад на 66 сантиметров, управляет положением скачка уплотнения.
J58 развивал около 15 000 кгс (145 кН) тяги на форсаже. А у SR-71 таких стояло два, оба на полном форсаже все время полета. Для сравнения, у МиГ-21 двигатель давал 6 200 кгс.
Unstart: самая неприятная вещь на трех Махах
Если конус не успевал скорректировать положение, скачок уплотнения выходил за обрез воздухозаборника и двигатель мгновенно терял тягу. Это называлось «unstart».
Один двигатель гас, второй продолжал работать на полную, и самолет резко разворачивало по рысканью. Шлем пилота бил о фонарь кабины. Автоматика перезапускала впуск за доли секунды, но на трех Махах даже доли секунды — это сотни метров пройденного расстояния и перегрузки, от которых темнеет в глазах.
Кстати, именно unstart помешал Йоерцу и Моргану побить рекорд с еще большим отрывом: на втором проходе мерной базы двигатель встал, и к моменту перезапуска самолет уже прошел мерные ворота.
Без этого инцидента скорость рекорда была бы выше 3,3 Маха.
Почему он черный
По закону Стефана — Больцмана мощность теплового излучения пропорциональна коэффициенту черноты поверхности. Покрасив самолет в черный, инженеры максимизировали его способность сбрасывать тепло в окружающую среду через излучение. На высоте 25 километров, где воздух разрежен и конвекция почти не работает, это основной способ охлаждения.
Краска была не обычной. Это ферритная композиция с микрочастицами железа, которая дополнительно поглощала часть радиолокационного излучения и снижала ЭПР.
Титановые панели обшивки были не гладкими, а гофрированными с продольными складками, которые позволяли металлу расширяться при нагреве без коробления. Гладкая панель при перепаде в 300 градусов покоробилась бы и оторвалась от набора. А наплывы вдоль фюзеляжа выполняли двойную функцию: аэродинамически создавали подъемную силу при больших углах атаки на посадке, а в радиолокационном плане рассеивали сигнал радара.
Два человека в скафандрах
Экипаж SR-71 — пилот впереди и оператор разведсистем сзади. Оба носили скафандры полного давления David Clark S1030 — те же, что у астронавтов Space Shuttle.
Кабина герметична, но давление в ней эквивалентно высоте около 8 000 метров, и при разгерметизации на 25 километрах без скафандра пилот потерял бы сознание за секунды: на такой высоте кровь закипает при температуре тела.
За час до полета экипаж дышал чистым кислородом, чтобы вывести азот из крови — иначе при внезапном падении давления пузырьки азота закупорят сосуды (кессонная болезнь, как у водолазов). Питание в полете подавалось из тюбиков через порт в шлеме — мясной стейк и яблочный соус в формате зубной пасты. Миссии длились от двух до пяти часов.
Вылет строился так: взлет с неполными баками (часть топлива неизбежно утечет при рулении, плюс ограничения по взлетной массе), набор высоты, первая дозаправка в воздухе от специального танкера KC-135Q на высоте около 7 000 метров, разгон до 3+ Маха, крейсер на 24–25 километрах, разведка, снижение, при необходимости — еще одна дозаправка, посадка.
Разведоборудование
SR-71 нес три типа разведывательного оборудования:
Камеры. Два оптических комплекса, снимающих территорию по обе стороны от маршрута. С высоты 25 км камера покрывала полосу шириной около 120 километров. За час полета SR-71 фотографировал площадь 260 000 км2.
Радар бокового обзора (SLAR). Работал в любую погоду, день и ночь. Строил радарную карту местности по обе стороны маршрута. Не такую детальную, как фото, но дождь, облака и ночь ему не мешали.
Система радиотехнической разведки (ELINT). Перехватывала электромагнитные излучения — работу радаров, переговоры, телеметрию ракетных испытаний.
Все это управлялось оператором в задней кабине. Пилот вел машину, оператор разведсистем — собирал информацию.
Где он летал и зачем
За 20 с лишним лет SR-71 летал над Вьетнамом, Северной Кореей, Кубой, Никарагуа, Ливией, Ливаном, Фолклендскими островами, вдоль побережья СССР — по Балтике и Баренцеву морю. Еженедельно отслеживал каждую советскую атомную подлодку и каждую мобильную пусковую установку. На пике Вьетнамской войны было до трех вылетов в день.
Некоторые истории.
Вьетнам, 1968–1972. Летали над Ханоем, а это в те годы была самая укрепленная ПВО на планете. За время Вьетнамской войны по SR-71 выпустили около 800 ракет С-2, ни одна не попала.
Северная Корея, захват USS Pueblo. В январе 1968-го северокорейцы захватили американский разведывательный корабль «Пуэбло». Нужно было срочно найти, где он стоит, и оценить военную активность КНДР. Сначала послали А-12, пилот Джек Уикс за один вылет нашел корабль в порту Вонсан. Позже SR-71 сфотографировал все тридцать площадок С-2 в Северной Корее за один вылет. Была идеальная погода и ни одного облачка. Командующий Тихоокеанским флотом адмирал Маккейн лично запросил эту миссию.
Йом-Киппур, 1973. Когда Египет и Сирия атаковали Израиль, SR-71 полетел делать снимки для оценки обстановки. Информация из этих полетов помогла США принять решение о военной помощи Израилю.
Ливан, 1983. После теракта в казармах морской пехоты (погибло 241 американец) SR-71 сфотографировал тренировочные лагеря и позиции в Ливане.
Ливия, 1986. Та самая история с Шулом, с которой я начал статью. После бомбардировки лагерей Каддафи SR-71 полетел фотографировать результаты. И чуть не побил собственный рекорд скорости, уходя от ракет.
Конечно же, большая часть всех миссий до сих пор засекречена.
12 машин, ноль сбитых
Всего построено 32 экземпляра SR-71 (включая прототипы и учебные), из которых 12 были потеряны в авариях — все по техническим причинам или из-за ошибок экипажа. Ни одной боевой потери за всю историю.
Самый драматичный инцидент произошел 25 января 1966 года. Летчик-испытатель Lockheed Билл Уивер и специалист по разведсистемам Джим Цвайер выполняли тестовый полет, когда на скорости свыше 3 Махов случился unstart. Самолет стал неуправляемым, перегрузки мгновенно выросли, конструкция разрушилась в воздухе.
Уивер потерял сознание. Катапультное кресло не сработало, его вырвало из разрушающейся кабины набегающим потоком на скорости более 3 000 км/ч. Очнулся он уже в падении: парашют раскрылся автоматически по срабатыванию датчика высоты. Приземлился живым. Цвайер погиб.
Финальный полет
28 июля 1976 года — двухсотлетие Соединенных Штатов, и командование решило отметить его рекордным полетом. Капитан Элдон Йоерц (пилот) и майор Джордж Морган (RSO) вывели SR-71A серийный номер 61-7958 на мерную базу над Beale AFB. Два прохода по 25-километровому коридору в противоположных направлениях (для исключения влияния ветра).
На первом проходе скорость значительно превысила необходимую для рекорда. На втором — unstart: двигатель встал, Йоерц удержал машину в коридоре, перезапустил, но к тому моменту уже прошел мерные ворота со скоростью «всего» 3,2 Маха вместо 3,3 на первом проходе.
Средняя скорость двух проходов: 2 193,167 миль в час, или 3 529,6 км/ч. Рекорд сертифицирован и не побит серийным пилотируемым самолетом по сей день.
В тот же день, 28 июля 1976 года, капитан Роберт Хелт и майор Ларри Эллиотт на другом SR-71 установили рекорд высоты горизонтального полета — 25 929 метров. Он тоже стоит до сих пор.
А 6 марта 1990 года, при перегоне в Смитсоновский музей, SR-71 прошел от Лос-Анджелеса до Вашингтона за 64 минуты 20 секунд (средняя скорость — 2 144,8 миль/ч), установив по дороге четыре скоростных рекорда. Самолет приземлился на аэродроме Даллеса, а после уехал прямо в экспозицию.
Проект закрыли
SR-71 списали бухгалтеры. Первое снятие с вооружения произошло в 1989 году на фоне бюджетных сокращений. В 1995-м Конгресс реактивировал три машины. В 1998-м программу закрыли окончательно, а в 1999-м завершились последние полеты под эгидой NASA.
Стоимость эксплуатации составляла, по разным оценкам, от 200 до 300 миллионов долларов в год на весь флот, а спутники и беспилотники научились делать ту же работу дешевле. Но спутник летит по предсказуемой орбите, его можно отследить и успеть спрятать все, что не хочешь показывать. А SR-71 появлялся откуда не ждали, этой способности спутник не заменит никогда.
Наследие SR-71 в плане стелса легло в основу F-117 Nighthawk. Титановые конструкционные решения применяются в современной авиации повсеместно. Принципы переменного цикла двигателя J58 используются при проектировании адаптивных двигателей нового поколения.
SR-71 можно увидеть в Смитсоновском музее, Калифорнийском научном центре, на Хилл AFB, в Имперском военном музее в Даксфорде и еще в нескольких музеях по всему миру.
Под некоторыми экземплярами стоят поддоны для сбора топлива. JP-7 продолжает просачиваться сквозь те самые зазоры, которые были заложены 60 лет назад.
Спасибо, что дочитали
