Ким
я могу что надо, то и могу
Ты дурак, если не восходил на Фудзияму. Но если ты был на ней дважды, ты дурак вдвойне (японская пословица)
Ким Александров
Все записи
текст

Аэробол

Сложилось так, что ни Россия, ни СССР даже на пике своего могущества не входили в «авианосный» клуб. В «космический» и «ядерный» – да, но вот с плавучими аэродромами как-то не получилось. Это не мешает нам поговорить о тенденциях в строительстве авианесущих кораблей. Например, почему американцы выбирают катапульты, а британцы – нет?
Аэробол

     По большому счету у России нет полноценного плавучего аэродрома даже в единственном экземпляре. «Адмирал Кузнецов», который и не совсем авианосец, а «всего лишь» тяжелый авианесущий крейсер (ТАВКР), введен в строй в далеком 1991 году. Сегодня на ходу осталось всего три корабля многострадального проекта 1143 («Кузнецов» – пятый корабль серии). ТАВКР «Баку» (позднее – «Адмирал Горшков») продан Индии и после модернизации несет службу под названием Vikramaditya. Крейсер «Рига» («Варяг») к моменту распада СССР был готов на три четверти, но при разделе Черноморского флота достался «незалежной». В 2012 году после масштабной модернизации ТАВКР Liaoning вошел в состав флота НОАК. И еще – наш «Адмирал Кузнецов», который больше ремонтируется и модернизируется, чем ходит на боевые дежурства. За целое десятилетие крейсер всего лишь раз сходил к берегам Сирии и опять встал на ремонт.

СРАВНИМ. ГРУППИРОВКА АВИАНОСЦЕВ ВМС США сегодня насчитывает 11 атомных ударных кораблей, десять из которых относятся к типу Nimitz, а последний – Gerald R. Ford – стал головным в новой серии. С периодичностью в пять лет США планируют ввести в строй еще четыре авианосца: John F. Kennedy – в 2020 году, Enterprise – в 2025 году и два вновь проектируемых – в 2030 и 2034 годах. Кстати, новейший Gerald R. Ford, формально введенный в состав ВМС в прошлом году и стоивший аж $12 млрд, все еще находится в стадии доводки и заступит на боевую вахту не ранее 2020 года. 

В утешение можно отметить, что у других членов «авианосного клуба» – Франции и Великобритании – дела тоже обстоят не лучшим образом. Charles de Gaulle, единственный авианосец ВМС Франции, еще на стадии проектирования и строительства умудрился стать героем многочисленных скандалов, а с вводом в строй рискует установить рекорд по количеству ремонтов и модернизаций, утомив всех настолько, что Франция, страна с многовековыми традициями судостроения, оказалась на грани отказа от строительства новых авианосцев в принципе. 
С Британией вообще получилось анекдотично. Некогда «владычица морей» в НАТО оказалась, мягко говоря, не на первых ролях. Заокеанские партнеры спрашивали: «А зачем вам такой большой флот? Ведь если что, мы всегда рядом – прикроем и защитим. А вы просто платите деньги». В итоге в новое тысячелетие англичане вступили с опереточными корабликами – легкими авианосцами класса Invincible, несущими по 14 (после модернизации – 22) самолетов и вертолетов, годных разве что для устрашения отсталых туземцев. Во всяком случае, во время Фолклендского конфликта задача завоевания господства в воздухе перед парой легких авианосцев не ставилась. Поэтому аргентинские ВВС почти безнаказанно утопили несколько британских кораблей, сполна отомстив за громкую потерю легкого крейсера General Belgrano (в прошлом – американского крейсера Phoenix 1938 года постройки, благополучно пережившего разгром в Перл-Харборе).

ВЫЯСНИЛОСЬ, ЧТО «СТАРШИЙ БРАТ» в случае чего может успеть только к шапочному разбору (и то если посчитает нужным). Атомные ударные авианосцы – слишком ценные «игрушки». Поэтому Великобритания резонно решила: военный союз – это, конечно, хорошо, но в геополитических играх собственные козыри лишними не будут. 

Ими должны стать тяжелые авианосцы класса Queen Elizabeth. Одноименный головной корабль вошел в состав флота в конце прошлого года, а второй однотипный – Prince of Wales – начнет службу в 2020–2021 годах. Это будут крупнейшие корабли за всю историю британского военного флота, их водоизмещение превысит 70 тыс. т, а длина взлетной палубы – 280 м! Было бы справедливо ожидать, что они станут воплощением наисовременнейших тенденций, ведь к услугам проектировщиков – многолетний опыт эксплуатации американских кораблей класса Nimitz и французского Charles de Gaulle. Но не все так просто.

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВИАНЕСУЩИХ КОРАБЛЕЙ конкурируют две тенденции. Первая: современный боевой самолет – механизм весьма энерговооруженный, способный за счет форсажа развить сумасшедшую тягу и на коротком отрезке достичь так называемой эволютивной скорости (на ней самолет начинает «отзываться» на манипуляции аэродинамических органов управления). Задача авианосца – предоставить самолету дорожку для ее набора и подбросить машину трамплином при отрыве от взлетной палубы. Так отправляют самолеты наш «Адмирал Кузнецов», китайский Liaoning и индийский Vikramaditya. И – новейший британский авианосец Queen Elizabeth! 
Как? Почему? Ведь рядовой любитель военной техники точно знает: стартовая катапульта намного лучше! Она, во-первых, позволяет быстрее выпускать самолеты. Во-вторых… А что же во-вторых? Почему на американских авианосцах катапульты применяются, а на свеженькой «Королеве Елизавете» – нет? Начать надо с того, что далеко не все заокеанские технические решения идеальны. Но, чтобы понять причины приверженности американского флота катапультам, нужен исторический экскурс.

КАК ТОЛЬКО АВИАЦИЯ из гадкого утенка превратилась в реальную боевую силу, эра линкоров на море завершилась. Теперь мощь определялась не главным калибром башенных орудий, а бомбовой нагрузкой самолетов. Нагляднейшее тому подтверждение – печальная участь японского суперлинкора Yamato, вооруженного 460-миллиметровыми (!) пушками главного калибра. Американцы утопили его силами палубной авиации – небольшими самолетиками (TBM Avenger, максимальный взлетный вес – около 8 т) со сравнительно малой боевой нагрузкой – торпедой или 500-фунтовой бомбой AN-M64. Десяти торпед с начинкой из трех центнеров «торпекса» (смеси тротила, гексогена и алюминия) и 13 бомб хватило, чтобы вывести из игры самый большой в мире боевой корабль. 

Ко времени избиения Yamato господство в воздухе безоговорочно принадлежало американцам, и задача быстрейшего выпуска самолетов с авианосцев ушла на второй план. «Плавучие аэродромы» могли позволить себе неторопливые операции, затрачивая на вылет штатного авиакрыла по часу.

А ЧТО ЖЕ КАТАПУЛЬТЫ? А с ними все складывалось и просто, и сложно одновременно. К концу Второй мировой войны в авиации назрел свой кризис: поршневые самолеты исчерпали свои возможности и достигли концептуального потолка. Прорвать его могли только реактивные машины, тяжелые и скоростные, но совершенно непригодные в качестве палубной авиации. Перед конструкторами авианосцев возникла дилемма: или превратить взлетные палубы в необъятные железные поля, или придумать что-то неординарное. 
Первый вариант, чисто экстенсивный, имел естественные пределы, и мысль военных кораблестроителей обратилась к давно известным катапультам – устройствам, способным на короткой дистанции разогнать самолет до приемлемой скорости. Кстати, и самый первый в мире летательный аппарат тяжелее воздуха («Летун» братьев Райт) оторвался от земли во второй раз с помощью разгонной тележки, прообраза катапульты. В первом полете «Летуну» помогли сильный встречный ветер и дорожка, выложенная сосновыми досками.

КАТАПУЛЬТА БРАТЕЬВ РАЙТ почти буквально воспроизводила механизмы античной «артиллерии»: полутонный груз поднимался на пятиметровую высоту и при падении через систему полиспастов тянул трос с тележкой и сцепным крюком. Легкой «этажерке» для отрыва хватало ускорения в 1,5g, после чего в дело вступал слабенький бензиновый моторчик. Надежность стартовой установки уверила братьев в том, что последователям без катапульты не обойтись. А уж на кораблях – и подавно, в чем в 1912 году Орвилл Райт поспешил уверить командование совершенно нового рода войск – морской авиации. 
Но к тому времени самолеты обзавелись и шасси с пневматическими шинами, позволявшими взлетать с любых твердых поверхностей, и мощными моторами, разгонявшими, если хватает места, аэропланы до набора эволютивной скорости. К тому же моряки – народ привередливый – не пожелали «застилать» орудийные палубы взлетными площадками. Катапульты при хронической нехватке места – единственный приемлемый выход. Строить стальные аналоги древнеримских метательных машин никто не собирался, и за основу была принята конструкция пневматического торпедного аппарата. 
Такие устройства, прозванные Turkey shooter («индюшкой» – turkey – называли уже упоминавшийся палубный бомбардировщик Avenger, не способный взлететь с полной боевой нагрузкой и запасом топлива), верой и правдой прослужили полтора десятилетия, вплоть до окончания войны. Но очень скоро самолеты переросли возможности сжатого воздуха и пороховых газов, и на смену им пришли гидравлические устройства. Все это было компромиссом на пути к паровым катапультам. 
Фото: PHAA Nathan Laird, www.commons.wikimedia.org

ВПЕРВЫЕ ОНИ БЫЛИ УСТАНОВЛЕНЫ на английском легком авианосце «Персей» (HMS Perseus R51), отстаивавшемся в резерве на базе Розайт (Rosyth). Работами руководил «кап-два» Колин Митчелл, инженер, служивший в военно-морском арсенале британского флота. Впрочем, идея паровой катапульты принадлежала вовсе не ему, а «сумрачному германскому гению»: в 1944 году союзники захватили на французском побережье несколько пусковых установок самолетов-снарядов V-1 («Фау-1»). Колин Митчелл в составе группы технических специалистов внимательнейшим образом изучил их и пришел к мысли: если такую 49-метровую конструкцию водрузить на палубу корабля, то вместо двухтонного снаряда можно запускать и более тяжелые самолеты. Правда, с куда меньшим стартовым ускорением (у V-1 оно достигало 6–7g). 
«Сердце» паровой катапульты – длинная труба диаметром около 30 см. В ней свободно ходил поршень, подталкиваемый парогазовой смесью с давлением 60 атм. Поршень приводил в движение бугель, к которому крюком прицеплялся самолет-снаряд. После того как из специального парового реактора, заполненного перекисью водорода, в трубу поступал пар высокого давления, поршень разгонялся и вылетал из трубы, уже в воздухе отделяясь от снаряда.

ДОРАБОТАННУЮ МИТЧЕЛЛОМ катапульту смонтировали на палубе «Персея», и специалисты приступили к ее испытаниям. Главным отличием стала система питания паром – от корабельных котлов. Поршень не вылетал из цилиндра, а стопорился специальным амортизатором. Тестовая программа составила более полутора тысяч запусков, из них – треть пилотируемых. 
Доказанная надежность системы Митчелла подвигла британское руководство поделиться результатами с американцами. 14 января 1952 года «Персей» пришел в Филадельфию и в течение двух месяцев служил испытательной базой для летчиков США и Великобритании. Результаты внушали оптимизм: в отличие от гидравлических систем, применяемых американцами, паровые катапульты были проще в эксплуатации и обладали большим запасом модернизации. А первыми «клиентами» стали новейшие авианосцы класса Forrestal, на которых поставили по четыре 2000-тонные паровые палубные катапульты типа C-11, на дистанции в 70 м разгонявшие 18-тонные самолеты до 136 узлов (251 км/ч). 
Матрос опускает крыло фюзеляжа истребителя на летной площадке авианосца USS Nimitz. Фото: U.S. Pacific Fleet, www.flickr.com
ПАРОВЫЕ КАТАПУЛЬТЫ C-13 (на сегодня – самые распространенные) питаются мощным «атомным» паром, генерируемым двумя 100-мегаваттными реакторами A4W фирмы Westinghouse. Длина взлетной дорожки – почти 100 м, на которых 36-тонный самолет разгоняется до 140 узлов (260 км/ч). На каждом из атомных ударных авианосцев – по четыре катапульты, отбирающие при одновременной работе до 30 % мощности реакторов. Рабочий цикл составляет 37–40 секунд, то есть на максимальной нагрузке авианосец способен за две минуты выпустить шесть-восемь самолетов! Трамплинные системы такой производительностью похвастать не могут.

НО ЗА ВСЕ НАДО ПЛАТИТЬ! Паровые катапульты – устройства тяжелые и громоздкие: масса только трубы-цилиндра и поршня достигает 200 т, и это без учета пароподводящих систем, компрессоров и прочего оборудования. В сумме катапультное хозяйство авианосца класса Nimitz достигает 12–15 % от общего водоизмещения в 100 тыс. т! И это еще не все. Как уже отмечалось, паровые катапульты выбрасывают на ветер заметную часть мощности энергоустановки корабля, причем «на ветер» – это не фигура речи, а реальный факт, отражающий крайне низкий КПД механизма (не более 6–8 %). Часть пара неизбежно стравливается на палубу, и что же происходит с нею в мороз? Ничего хорошего, если только не применять авианосцы исключительно в теплых широтах. А еще – представьте, сколько смазки требуется 100-метровому цилиндру с поршнем, работающему под давлением в пару сотен атмосфер! И ведь ее надо время от времени менять.

ПАРОВЫЕ КАТАПУЛЬТЫ плохо подходят для запуска беспилотных аппаратов (их обилие уже начинает пугать). Единственно возможный «жесткий» рабочий режим, сопровождаемый значительными перегрузками, сильно снижает ресурс самолетов, а уж на хрупких беспилотниках и вовсе может сказаться фатально. Бывший летчик Шерман Болдуин в книге «Ironclaw: A Navy Carrier Pilot's War Experience» так пишет о ночном старте с авианосца: «Голову мою прижало к подголовнику кресла. Приборы стали нерезкими, глаза ушли в глазные впадины, самолет жестоко трясло, пока он наконец не вырвался в смоляную черноту ночи». Немудрено: в самом начале перегрузка достигает 6g, а затем она быстро снижается до 3–4g. 

Поэтому на новейших авианосцах класса Gerald R. Ford установят электромагнитные катапульты (Electromagnetic Aircraft Launch System, EMALS), разработанные фирмой General Atomics на базе линейного электродвигателя. Эти «умные» механизмы обладают широчайшими возможностями подстройки под переменчивую погоду. А плавный разгон самолета до требуемых 140 узлов на четверть увеличит ресурс планеров. Для запуска беспилотников электромагнитные катапульты могут настраиваться на особые режимы. В общем, электромагнитные катапульты с цифровым управлением идеально вписываются в концепцию electric ship (не путать с масковскими «теслами» – с таким грузом ноутбучных аккумуляторов любой авианосец сразу пойдет на дно).

И МОЖЕТ СЛУЧИТЬСЯ, что мы с вами живем в эпоху заката морских левиафанов – 100-тысячетонные стальные чудовища, подобно тираннозаврам, будут вытеснены юркими и сравнительно недорогими электрическими кораблями, вооруженными беспилотниками самых разных типов, от простых разведывательных машин до ударных аппаратов, оснащенных мощным (и, весьма вероятно, ядерным) боеприпасом, и крылатыми ракетами. На пороге таких революционных изменений имеет смысл задуматься: а стоит ли нам догонять «Нимицы»? Может, сразу перескочить через поколение и стать законодателем мод будущего?

Механизм Профессии

Машины и Механизмы
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен
Всего 0 комментариев
Комментарии

Рекомендуем

Актуальное
В Петербурге пройдёт хакатон по научно-популярной журналистике ScienceMedia В Петербурге пройдёт хакатон по научно-популярной журналистике ScienceMedia
Санкт-Петербург, Университет ИТМО 14-16 ноября 2019 года
Конкурс детских книг с иллюстрациями Конкурс детских книг с иллюстрациями
Весь мир Дедлайн – 14 февраля 2020 года
Фотоконкурс «Наука о жизни» Фотоконкурс «Наука о жизни»
Весь мир Дедлайн – 31 января 2020 года
Международная академия аутоиммунитета Международная академия аутоиммунитета
Санкт-Петербург, СПбГУ 11 октября
Студенческая олимпиада по робототехнике Студенческая олимпиада по робототехнике
Санкт-Петербург, СПбПУ 26 октября
Географический диктант Географический диктант
Онлайн – весь мир, оффлайн – Россия 27 октября
Стипендия Chevening 2020/21 Стипендия Chevening 2020/21
Весь мир Дедлайн – 5 ноября
Петросити
Поэма здоровья
Биосфера
Бесконтактная примерка обуви
OK OK OK OK OK OK OK