Чтобы самолетам было удобнее летать
Ведущие авиационные лаборатории мира пытаются в последние годы добиться прогресса в исследованиях по плазменной аэродинамике, обещающих огромную экономию на воздушных перевозках и военные преимущества. В Норфолке (США) прошла очередная международная конференция по этой теме, в которой участвовали и представители российских НИИ. Уже в этом году и в России, и в США должны пройти экспериментальные полеты, которые помогут прояснить ситуацию.
Суть явления, о котором идет речь, состоит в следующем: если в обычный атмосферный воздух впрыснуть немного быстрых электронов, его свойства могут радикально изменяться. В частности, в несколько раз уменьшится сила воздушного сопротивления. Причем для достижения эффекта достаточно очень малого количества электронов — всего одного на 10 млн нейтральных молекул воздуха. Этот электрон превращает воздух в так называемую холодную плазму (подобную той, что возникает в лампах дневного света).
Аэродинамические эффекты, связанные с созданием холодной плазмы, могут иметь серьезные коммерческие перспективы. Снижение расхода топлива даже на 1% (за счет уменьшения воздушного сопротивления) может дать тем авиакомпаниям, которые получат доступ к этой технологии, огромные конкурентные преимущества.
Если в гражданской авиации нужно ожидать миллиардных прибылей, то в военной сфере, по словам Бориса Потапкина, руководителя работ по плазме в Курчатовском институте,— роста боевой эффективности авиации. Боевые самолеты, снабженные плазменным ионизатором, получат решающее преимущество: большая скорость и дальность полета, низкий расход топлива. Это может выглядеть так: пилот истребителя нажимает кнопку — вокруг самолета возникает слабое свечение, и скорость полета увеличивается почти в два раза. Причем сам процесс изменения свойств воздуха (ионизации) не потребует значительных затрат энергии. Другое возможное военное применение аномальных изменений свойств воздуха можно обозначить как "портативное противоракетное устройство". В ионизированном воздухе ракета противника либо потеряет ориентацию и пролетит мимо цели, либо разрушится от внезапных аэродинамических нагрузок.
Первыми зафиксировали необычные свойства потока плазмы специалисты из НИИ радиоприборостроения и Ленинградского физико-технического института. Эффект, обнаруженный русскими, позднее был подтвержден в лаборатории ВВС США на базе ВВС Райт-Паттерсон.
Аномальные свойства ионизированного воздуха наблюдаются в лабораторных экспериментах, но пока не имеют строгого физического объяснения. Над разрешением теоретических проблем плазменной аэродинамики работают исследовательские группы в Институте общей физики, Курчатовском институте. Не исключено, что надо внести изменения в уравнения аэродинамики, которыми пользовались десятилетиями. Если это так, мы стоим на пороге крупнейшего научного открытия. Существует и другое мнение: никакой "магии плазмы", как иногда говорят об этих эффектах, на самом деле нет. И в России, и в США есть специалисты, которые продолжают попытки найти объяснение на основе классических представлений, не исключая, что наблюдаемые "аномальные" эффекты могут объясняться обычным разогревом воздуха (при наличии электрического разряда) или даже погрешностями экспериментов.
Тем не менее окончательного ответа нет, и интерес ведущих авиационных фирм (Boeing, British Aerospace, Lockheed, McDonell Douglas) не ослабевает. Теоретические исследования проводятся в Rockwell Sciense Centre корпорации McDonell Douglas. В Университете штата Огайо совместно с Принстонским университетом строится установка для исследований сверхзвуковой плазмы стоимостью около $3 млн. Американские фирмы не скрывают заинтересованности в работе с русскими и хотят провести совместные детальные исследования. Boeing и British Aerospace финансируют совместные эксперименты в России.
Несколько специалистов-физиков были приглашены для организации работ по плазме в научных центрах США. В частности, сегодня профессор Александр Фридман руководит исследованиями аномальной плазменной аэродинамики в Чикагском университете, профессор Сергей Мачерет возглавляет это направление в Принстонском университете (оба в прошлом были сотрудниками лаборатории теоретических исследований Курчатовского института).
Американцы ежегодно проводят конференции по аэродинамике холодной плазмы, и около половины всех докладчиков — это специалисты из бывших закрытых институтов России (Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), Курчатовского, Научно-исследовательского института радиоприборостроения). В этом году конференция прошла под эгидой близкого к ВВС США и крупным авиафирмам журнала AIAA.
В России основные опыты по практическому использованию плазменных эффектов проходят в ЦАГИ в кооперации с фирмой Boeing. Большая часть этих работ проводится в рамках грантов известных аэрокосмических фондов (фонд Университета Джона Хопкинса, EOARD, МНТЦ). Схема экспериментов такова. В аэродинамическую трубу помещается носовой обтекатель самолета со специальными электродами для впрыскивания в набегающий поток воздуха электронов. В трубе создается сверхзвуковой поток воздуха, после чего измеряется сила воздушного давления на носовой обтекатель самолета. Цель экспериментов ЦАГИ — выяснить оптимальную концентрацию электронов, которая соответствует наибольшему увеличению скорости полета реального самолета. По данным руководителя экспериментов Николая Макашева, добавка электронов в поток воздуха может уменьшить силу сопротивления почти на 30%.
После завершения наземных экспериментов начнутся эксперименты в российской летающей лаборатории на базе самолета МИГ-25 и в аналогичной американской лаборатории на базе F-15 с электродами в носовом обтекателе. Эти опыты позволят проверить все гипотезы в режиме, приближенном к реальному полету. Первые полеты намечены на 1998 год.
ОЛЕГ Ъ-КОТОВ