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 восемькилометров.

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.

Кончики крыльев и птицы, и самолета порождают в воздухе заметную турбулентность. Однако если лететь очень низко над поверхностью земли, воздух, вымещаемый крыльями, не может свободно закручиваться и распределяться: мешает земля. Вместо турбулентности под крылом возникнет подушка уплотненного воздуха, по которой птица или самолет способна скользить. Результат — невероятно быстрый и эффективный с точки зрения энергии полет, если, конечно, вы не против лететь всего в паре метров над землей.

Во время холодной войны на спутниковых снимках Каспийского моря был обнаружен вызывающий тревогу объект: он был огромен, быстр и не имел, казалось, никакого смысла. С виду он был похож на старинный самолет: гигантский фюзеляж и куцые обрубленные крылья. Было понятно, что это не судно и не самолет, — но что это? Западное разведывательное сообщество окрестило загадочный объект «Каспийским монстром».

Это чудовище — экраноплан — изобрел советский инженер-новатор Ростислав Алексеев. И, в противоположность тому, что десятилетиями говорила западная пропаганда, эта история может служить примером огромного технического успеха советских военных. Экранопланы не один год летали над Каспийским морем на глазах у ошеломленной НАТО, перевозя военные грузы с одного берега моря на другой гораздо быстрее и дешевле, чем это под силу любому другому самолету. Морским чудовищем, заинтриговавшим все западное разведсообщество, был КМ — величайшее достижение советского экранопланного проекта. Самолет длиной почти 100 м и массой в груженом состоянии 531 т мог летать в нескольких метрах над поверхностью воды со скоростью около 400 км/ч.

Забавная диковинка холодной войны? Да, конечно: после распада Советского Союза работа над экранопланом прекратилась на много лет. Но хорошие идеи живут долго, и уже сегодня на чертежах американских и российских компаний рождаются проекты новых, еще более величественных экранопланов.

Boeing разрабатывает Pelican — турбовинтовой военно-транспортный самолет с размахом крыльев 150 м. Предполагается, что он сможет перевозить 1300 т. груза на расстояние 10 000 морских миль — на высоте шести метров над водой. Одновременно в России авиаконструкторское бюро Бериева планирует построить самый крупный самолет в мире. Проект Бе-2500 «Нептун» — это концепция сверхтяжелого грузового самолета-амфибии. Максимальный взлетный вес этого монстра будет 2750 т. Он будет функционировать и как обычный высотный реактивный самолет, и как экраноплан: обслуживая трансконтинентальные маршруты, взлетая из акватории обычного морского порта и не требуя специальной инфраструктуры.

Полетит ли он когда-нибудь? Если да, не забудьте пригнуться!

Из-за уплотнения воздуха впереди самолеты на сверхзвуковой скорости сталкиваются примерно с такими же проблемами, с которыми имеют дело морские суда. Волны уплотненного воздуха — так называемые ударные волны — прижимаются к сверхзвуковому летательному аппарату, точно так же как волны от носа корабля прижимаются к его корпусу. (Кстати говоря, волны перед носом корабля — это тоже ударные волны. Волны в воде распространяются так медленно, что судно без особенного труда порождает перед собой ударную волну.) Еще в 1933 г. эксперименты в аэродинамической трубе показали немецким исследователям, что если воздух впереди самолета на сверхзвуковой скорости уплотняется, то ударная волна расходится сзади в виде конуса. Крылья самолета должны оставаться внутри конуса: в противном случае ударная волна создаст такое давление на рулевые поверхности, что работать ими будет невозможно.

Это проблема для конструкторов. Если сделать крылья самолета слишком длинными, они перестанут работать на сверхзвуковых скоростях, и самолет разобьется. Если сделать их слишком короткими, самолет вообще не сможет оторваться от земли! Конструирование крыла, которое будет функционировать и на дозвуковых, и на сверхзвуковых скоростях, непростая задача; но работы над этой проблемой начались задолго до постройки первых сверхзвуковых самолетов.

Дитрих Кюхеман, уроженец Гёттингена, начал заниматься теорией сверхзвукового полета в результате целой цепочки неприятных обстоятельств. Вообще, он собирался изучать в университете физику под руководством знаменитого математика Макса Борна — друга семьи и одного из основателей квантовой механики. Когда же еврея Борна под давлением нацистского режима изгнали из университета, Кюхеману ничего не оставалось, кроме как искать для себя новое занятие и новую тему.