Реактивный век: начало

Определить точную дату начала реактивной эры трудно – слишком много «первых». Первый экспериментальный самолет с турбореактивным двигателем – немецкий военный Heinkel He 178 – поднялся в воздух в августе 1939 г. (к счастью, он поступил на вооружение слишком поздно, чтобы повлиять на исход Второй мировой войны). Первый полет первого пассажирского реактивного авиалайнера, британского De Havilland DH.106 Comet («Комета»), состоялся в июле 1949 г., а первый регулярный рейс для British Overseas Airways Corporation самолет выполнил в 1952 г. Но четыре катастрофы (в октябре 1952 г. под Римом, в мае 1953 г. в Калькутте, в январе 1954 г. снова в окрестностях Рима и в апреле 1954 г. под Неаполем) привели к приостановке полетов «Кометы», а усовершенствованный вариант лайнера совершил трансатлантический перелет только 4 октября 1958 г. Тем временем советский Ту‐104, созданный в ОКБ «Туполев», начал обслуживать внутренние линии в сентябре 1956 г.

Но можно привести убедительные аргументы в пользу того, что эра реактивных самолетов началась 26 октября 1958 г., когда Boeing 707 авиакомпании Pan Am вылетел из аэропорта Айдлуайлд (в настоящее время Международный аэропорт им. Джона Кеннеди) в Париж, в первый из ежедневных рейсов.

Boeing 707 провожают в первый полет

Этот выбор обусловлен несколькими причинами. Реконструированная «Комета» была слишком мала и неприбыльна, чтобы конструкция самолета легла в основу целого модельного ряда, а преемников у нее не было. Самолеты Туполева использовались только странами советского блока. А Boeing 707 ознаменовал появление успешной серии авиалайнеров, которая постоянно развивается, прибавляя все новые модели к своему разнообразному семейству.

В 1963 г. за первой моделью последовал Boeing 727 с тремя двигателями, а в 1969 г. – Boeing 747, оснащенный уже четырьмя двигателями: вероятно, это была самая революционная конструкция в современной авиации. Последняя модель, Boeing 787 Dreamliner, вышедшая на линию в 2011 г., изготовлена по большей части из композитного материала, упрочненного графитовыми волокнами, и способна выполнять рейсы длительностью более 17 часов.

У Boeing 707 военное происхождение: разработка начиналась как прототип самолета для дозаправки в воздухе, и дальнейшая работа привела к появлению KC 135A Stratotanker, а затем пассажирского самолета с четырьмя турбореактивными двигателями малого диаметра компании Pratt & Whitney, каждый из которых создавал тягу 50 килоньютонов (кН). Для сравнения: каждый из двух турбореактивных двигателей GEnx‐1B компании General Electric, установленных на современном Boeing 787, при взлете развивает тягу более 300 кН.

Первому регулярному полету Boeing 707 (эта машина получила имя Clipper America) 26 октября 1958 г. предшествовала торжественная церемония, на которой произнес речь Хуан Трипп (в то время – председатель совета директоров авиакомпании Pan Am) и выступал оркестр армии США. 111 пассажирам и 12 членам экипажа пришлось совершить незапланированную посадку в Международном аэропорту Гандер (Ньюфаундленд, Канада), но даже с учетом этого они приземлились в аэропорту Париж-Ле-Бурже через 8 часов и 41 минуту после вылета из Нью-Йорка. В декабре Boeing 707 начал летать по маршруту Нью-Йорк – Майами, а в январе совершил первый трансконтинентальный перелет из Нью-Йорка в Лос-Анджелес.

До появления широкофюзеляжных самолетов – первым был Boeing 747, за ним, в 1970 г., последовали DC 10 компании McDonnell Douglas и L1011 компании Lockheed – Boeing 707 занимал ведущее место среди дальнемагистральных авиалайнеров. В 1969 г. один из этих самолетов доставил нас с женой из Европы в Соединенные Штаты.

Постоянное совершенствование семейства Boeing привело к созданию превосходного самолета. В стандартной конфигурации на два класса (бизнес и эконом) первый Dreamliner мог вместить на 100 пассажиров больше, чем 707–120, а максимальная взлетная масса у него почти в два раза больше, как и максимальная дальность полета. При этом Dreamliner расходует на 70 % меньше топлива из расчета на один пассажиро-километр (пасс. – км). Композитный материал, упрочненный графитовыми волокнами, из которого изготовлен Boeing 787, позволяет герметизировать салон, имитировать нахождение на меньшей высоте (по сравнению с той, какую имитирует алюминиевый фюзеляж) и повысить комфорт для пассажиров.

Всего Boeing выпустил больше тысячи самолетов модели 707. Когда в 1983 г. авиакомпания Pan Am в честь 25-летия эпохального полета подняла в воздух списанный самолет, он доставил в Париж почти всех членов первого экипажа – на сей раз в качестве пассажиров. Но на этом карьера Boeing 707 не закончилась. Несколько самолетов разных моделей летали за пределами США вплоть до 1990-х гг., а иранская авиакомпания Saha Airlines эксплуатировала эту модель даже в 2013 г.

Сегодня Boeing 707 можно найти только на свалках реактивных самолетов, но он оставил свой след в истории, воплотив собой эффективный и достойный награды шаг в развитии пассажирской реактивной авиации.

Почему керосин – король топлива

Избавиться от топлива для реактивной авиации, основу которого составляет керосин, – один из величайших вызовов на пути к миру, в котором не будет выбросов, содержащих углерод. На авиацию приходится лишь около 2 % мирового объема таких выбросов, а на сектор транспорта – 12 %, но перейти на электродвигатели самолетам гораздо сложнее, чем автомобилям и поездам.

Современный авиакеросин – самая распространенная в Америке марка называется Jet A1 – обладает рядом преимуществ. У него очень высокая плотность энергии, 42,8 мегаджоулей (МДж) на килограмм (чуть меньше, чем у бензина, но он может оставаться в жидком состоянии при понижении температуры до порога в – 47 ℃), он дешевле бензина, у него меньше потери от испарения на больших высотах, и он менее пожароопасен. В настоящее время у него нет конкурентов. Аккумуляторы, емкость которых обеспечит межконтинентальный перелет нескольких сотен человек, – это пока из области научной фантастики, да и широкофюзеляжных самолетов с баками, заполненными сжиженным водородом, мы в ближайшее время не увидим.

Нам нужен заменитель керосина, вырабатываемый из растений или органических отходов. Такое авиационное биотопливо при сжигании выделит не больше углекислого газа, чем поглотили растения, из которого оно изготовлено. Принципиальная возможность такой технологии уже продемонстрирована: с 2007 г. тестовые полеты с использованием смеси Jet A1 и авиационного биотоплива доказали приемлемость этой альтернативы для современных самолетов.

Смешанное авиатопливо за последнее время применили в 150 000 полетов, но регулярно предлагают его только пять крупных аэропортов (Осло, Ставангер, Стокгольм, Брисбен и Лос-Анджелес), а остальные – лишь иногда. Биотопливо, используемое крупнейшим американским авиаперевозчиком, United Airlines, – это превосходный пример того, насколько масштабные нам требуются замены, и этот масштаб пугает: контракт с поставщиком биотоплива обеспечивает лишь 2 % ежегодной потребности авиакомпании. Да, современные самолеты становятся все более экономичными: теперь они сжигают приблизительно на 50 % меньше керосина на пассажиро-километр, чем в 1960 г. Но эта экономия нивелируется постоянным ростом авиапарка, в результате чего ежегодное потребление авиатоплива во всем мире уже превысило 250 млн тонн.

Чтобы удовлетворить эту потребность в основном с помощью биотоплива, мы должны использовать не только органические отходы, но и растения с высоким содержанием масла, однолетние (кукуруза, соя, рапс) или многолетние (пальма), выращивание которых потребует больших площадей пахотной земли и создаст проблемы для окружающей среды. Масличные культуры, выращенные в умеренном климате, дают низкие урожаи: в США для удовлетворения спроса на авиационное биотопливо при среднем выходе 0,4 тонны авиационного биотоплива с гектара сои потребуется засеять ею 125 млн гектаров (га) – это больше площади Техаса, Калифорнии и Пенсильвании, вместе взятых, или сравнимо с площадью Южной Африки. Это в четыре раза больше, чем те 31 млн га, которые занимала в стране соя в 2019 г. Даже если выбрать масличную пальму, дающую максимальный урожай, – она позволяет собрать в среднем 4 тонны авиационного биотоплива с гектара, – то все равно понадобится вырубить больше 60 млн га тропического леса, чтобы удовлетворить мировой спрос. Это потребует четырехкратного увеличения площадей под масличную пальму – и в атмосферу вырвется углерод, сберегаемый в дикой растительности.

Но зачем занимать огромные площади земли, когда биотопливо можно получать из богатых маслом морских водорослей? Интенсивное масштабное разведение водорослей потребует относительно мало места и будет чрезвычайно эффективным. Впрочем, опыт компании Exxon Mobil показывает, с какими трудностями будет связано увеличение производства до десятков миллионов тонн авиационного биотоплива в год. Exxon совместно с Synthetic Genomics, ком- панией Крэйга Вентера, начала заниматься этой проблемой в 2009 г., но в 2013-м, потратив более $ 100 млн, пришла к выводу, что сложности слишком велики, и решила переключиться на долгосрочные фундаментальные исследования.

Совершенно очевидно, что задача замещения источников энергии стала бы легче, если бы мы уменьшили вредные выбросы – скажем, стали меньше летать. Но прогнозы говорят о существенном росте воздушного трафика в будущем, особенно в Азии. Привыкайте к запаху авиакеросина: он еще долго останется с нами. Более того, он служит топливом для машин, летать которыми (как мы убедимся в следующей главе) необычайно безопасно.