Защо самолетите не стават все по-бързи?

Отговорът, който може да се даде на този въпрос е кратък. Защото те са достигнали максималната практическа скорост още през 60-те години на миналия век. При скорости от 540 възела (1000 км/ч) и по-високи има неприятно явление, което се нарича звукова бариера.

Накратко казано, звуковата бариера е състояние, при което въздухът е толкова плътен, че съпротивлението, което предизвиква, скача експоненциално, а превишаването ѝ изисква ужасно много енергия и специална аеродинамика.

Със сигурност е възможно да се надхвърли звуковата бариера – това е направено още през 1947 г. Но за това се изисква специална аеродинамика, ужасно много енергия и много неикономична форма на самолета. Свръхзвуковият транспорт имаше своето време, то беше, мина и свърши. И няма да се върне според мнозина специалисти.

Авиокомпаниите са търговски предприятия. Те не се ръководят от технологиите. Те се ръководят от приходите. Технологията не носи приходи. Обемите носят приходи. А печалбата е тази, която поддържа бизнеса на авиокомпаниите. И тя  може лесно да се изчисли. Тя е приходът минус разходите. Колкото по-ниски са разходите за експлоатация, толкова по-голяма е печалбата.

Повечето търговски самолети се намират на близко разстояние от скоростта на звука. Но преминаването на тази бариера е скъпо. Необходим е самолет, който значително се различава от всички летящи днес пътнически самолети. Помислете за „Конкорд“ – делтакрило, задвижвано от четири много мощни двигателя Rolls Royce Olympus с форсаж, които могат да развият малко повече от два пъти скоростта на звука. Първият търговски полет на „Конкорд“ е през 1976 г., а последният – през 2003 г. (в това число и престой на самолета на земята за известен период от време след инцидент след излитане в Париж през 2000 г.).

За свръхзвуковите полети е необходим ужасно неикономичен самолет – с делтакрила (изискващи дълги писти), мощни двигатели (разбирай: жадни двигатели) и тесен фюзелаж (разбирай: малък капацитет за пътници). Това означава, че разходите за поддръжка и експлоатация на един пътник са ужасни. Както и разходите за гориво. Което означава, че цените на билетите ще бъдат високи – буквално до небето. Ако сте готови да платите 12 000 евро за прелитане през Атлантическия океан, изборът е ваш. Но колко ще са тези хора

Само военните могат да си позволят такъв неикономичен полет. Просто защото те не са длъжни да генерират приходи.

Причината е проста и е във физиката. Тя се нарича съпротивление. За да летиш по-бързо, трябва да преодолееш съпротивлението. Лошото е, че съпротивлението нараства квадратично със скоростта. За да летите два пъти по-бързо, се нуждаете от четири пъти повече мощност. (Или съпротивлението се увеличава двойно със скоростта, или за да летите два пъти по-бързо, ви трябва шестнадесет пъти повече мощност) При съпротивлението нуждата от мощност се увеличава в кубична зависимост – осем пъти. А за да се преодолее звуковата бариера, необходимата мощност лесно може да бъде десетократно по-голяма.

Разработването на търговски самолет, способен да лети по-бързо от скоростта на звука, не е начинание за хора със слаби сърца или без дълбоки джобове (инвестиции) и повечето големи производители на самолети поне са го обмисляли. Но само скорост, по-висока от тази на звука, не е достатъчна. Полет със скорост 1,2 мах (скоростта на звука) не би намалил много времето за пътуване през Атлантическия океан. Подобно на „Конкорд“, нещо по-скоро от порядъка на 1,6 или 2,0 Мах би могло.

Самолетите летят с така наречената „златна скорост“. Те летят със скорост, която е достатъчно висока, за да бъде бърза, но при която съпротивлението (а оттам и разходът на гориво) не влошава приходите. Скоростта, на която летят, е оптималната между производителност и приходи. Тази скорост е постигната още през 60-те години на миналия век.

Разбира се, самолетите могат да бъдат направени да летят по-бързо. Тогава те ще работят на загуба. Като най-бързият конвенционален пътнически самолет е Convair 990 Coronado, който може да развие скорост от 540 възела (1000 км/ч). Лошото е, че той имаше четири двигателя, беше консуматор на гориво и имаше тесен фюзелаж – за да постигне тази скорост. Експлоатацията му беше ужасно скъпа, имаше лош капацитет за пътници и не предоставяше други предимства освен 20-30 възела по-висока скорост от тази на съперниците си. Недостатъчно, за да има разлика, но твърде много, за да бъде рентабилно.

Днес самолетите наблягат на капацитета, а не на скоростта. Да доставят възможно най-много пътници до местоназначението с възможно най-малък разход на гориво и на възможно най-къси писти. При излитане може да се изразходват около 15 % от цялото гориво, изразходвано по време на полета, а свръхзвуковите самолети с техните делтакрила са изключително лоши при излитане и кацане.

Така стигаме до третия праг. Шумът. Ако не се променят правилата/законите, интензивността на звуковия бум, който следва всички свръхзвукови самолети на практика е забранен. А и той е вреден за екологията на Земята твърдят специалисти. В резултат на това свръхзвуковите полети са забранени или строго регулирани над земята. От Concorde се изискваше да лети с дозвукова скорост над континентална Европа и САЩ. Това означава, че повечето свръхзвукови полети ще трябва да се извършват над океана. Днес се разработват свръхзвукови бизнес самолети, които се опитват да сведат до минимум интензивността и отпечатъка на бума. Само времето ще покаже доколко успешни ще бъдат те.

Четвъртият праг обаче е обхватът. Конкорд беше доста ограничен до разстоянието между Париж и Ню Йорк (или източното крайбрежие на САЩ) без особени резерви. По-големите разстояния през Тихия океан до голяма степен гарантират, че свръхзвуковият транстихоокеански самолет ще трябва да има много по-голям обсег от Concorde.

Лесен отговор на въпроса за ограничения обхват може да бъде просто да се каже: „Добавете повече гориво“. И ето, че започва инженерната главоблъсканица.  Като се има предвид, че корпусът на самолета е проектиран да се справи с това, повече гориво означава повече тегло, което за дадена конфигурация на самолета означава по-ниска скорост или по-малко пътници/багаж. И не е достатъчно да се добави повече мощност. За удвояване на скоростта е необходима четири пъти по-голяма мощност. Още едно инженерно предизвикателство Ще трябват и много  по-мощни двигатели. Сега стигаме до още едно инженерно предизвикателство, по-голямата мощност обикновено означава по-голям разход на гориво, което означава необходимост от повече гориво (тегло), което означава необходимост от повече мощност…

Искате ли да запазите същия брой пътници и да добавите гориво? Необходим е по-голям планер, което означава по-голямо тегло и по-голямо съпротивление, което означава по-голяма мощност, което означава повече гориво за даден пробег и т.н.

Салонът на Конкорд е дълъг и тесен, пътниците седят по двама през тесен коридор. Той е  рулирал на пистата с пълна мощност, подгряване (форсаж) запален, а шумът е впечатляващ дори вътре в самолета (като навън е оглушителен ). След разумно дълъг разбег при излитане, започна изкачване.

В пилотската кабина също е интересно. Бордният инженер седи пред своя много сложен инженерен панел, обърнат към десния борд на самолета, и докато пилотите си почиват, той непрекъснато изчислява и мести горивото, за да поддържа центъра на тежестта на самолета в необходимите граници.

Колкото и да е голямо технологично чудо, „Конкорд“ е истинска красота! – той обаче беше обречен да бъде еволюционна задънена улица. Експлоатацията му беше нерентабилна, имаше твърде малък пътнически капацитет и беше изключително интензивен за поддръжка. Икономиката, а не технологията, бе причина за неговата гибел.