Воздушно-капельным путем

Обзор систем «небесной» дозаправки самолетов от «Ленты.ру»
Первая в мире попытка передачи топлива в канистрах, 1912 год

Израильская компания Bedek, подразделение Israel Aerospace Industries, приступила к разработке новой системы дозаправки в воздухе, которая должна будет заменить привычную штангу. Новая система позволит летающим танкерам производить безопасную дозаправку одновременно трех самолетов; ее планируется устанавливать на конвертируемые в заправщики пассажирские лайнеры. «Лента.ру» решила вспомнить историю дозаправки летательных аппаратов в воздухе и подготовила обзор существующих сегодня систем.

Без посадки

Идея о возможности беспосадочной дозаправки самолетов возникла вскоре после первого полета братьев Райт, состоявшегося в 1903 году. Тем самым авиастроители и летчики рассчитывали значительно увеличить дальность и продолжительность полета самолетов. Первые попытки передачи топлива с одного летательного аппарата на другой были предприняты еще в 1912 году — в воздухе самолеты максимально сближались, а горючее и моторное масло передавались в канистрах из рук в руки людьми, стоявшими на крыльях (либо переносились из самолета в самолет одним человеком). Этот способ так и не получил широкого распространения из-за опасности и сложности.

В конце 1910-х годов была предложена система дозаправки по шлангу, а первое ее испытание состоялось в 1923 году. 27 июня 1923 года во время полета бипланов Airco DH.4B с одного из них был спущен шланг, конец которого пилот второго самолета вставил в горловину топливного бака. Горючее подавалось из специального бака, установленного на самолете-доноре, самотеком. Апробированная технология была признана удачной, и уже через два месяца состоялись ее более серьезные испытания, в которых приняли участие три самолета DH.4B Воздушной службы Армии США (с 1947 года — ВВС США): два — в роли танкеров и один — в роли реципиента.

Испытание состоялось 27-28 августа 1923 года. В общей сложности было произведено девять дозаправок без посадки самолета-реципиента, который благодаря этому провел в воздухе один день, 13 часов и 15 минут. Это был первый в истории продолжительный беспосадочный полет, совершенный при помощи дозаправки. В ходе девяти дозаправок на самолет-реципиент было передано 2,6 тысячи литров топлива и 140 литров моторного масла. Правда, хотя сама по себе система передачи топлива и была признана полезной, она не была эффективной — топливо нередко проливалось.

Первая дозаправка по шлангу 27 июня 1923 года
Самолеты DH.4B пилотировали капитан Лоуэлл Смит и лейтенант Джон Рихтер

К концу 1920-х годов дозаправка в воздухе производилась уже довольно часто, однако еще не использовалась как средство, позволяющее увеличить боевую дальность самолетов. В 1929 году рекорды продолжительности полета самолетов с использованием дозаправки ставились практически ежемесячно. Например, в январе 1929 года американский самолет Atlantic-Fokker C2A провел в полете шесть дней, 15 часов и 40 минут. В июле этого же года американский Curtiss Robin совершил полет продолжительностью 17 дней, 12 часов и 17 минут.

Во всех этих полетах использовалась система дозаправки, предложенная еще в 1910-х годах — шланг и топливо, текущее по нему под действием силы тяжести. В 1935 году американские военные летчики братья Эл и Фред Ки изобрели и испытали приемную горловину топливного бака, позволявшую избежать протечек. Испытательный полет этой горловины с множеством дозаправок состоялся 4 июня — 1 июля 1935 года; его продолжительность составила 27 дней, пять часов и 34 минуты. В испытаниях также участвовал самолет Curtiss Robin.

Несмотря на активное освоение технологии дозаправки самолетов в воздухе, практического применения она по-прежнему не находила. Однако сама идея активно распространялась в Европе; в частности, французские летчики проводили испытания собственных систем дозаправки, которые, впрочем, на вооружение приняты не были. В 1940-х годах в Германии разрабатывался дальний бомбардировщик Me.264. Благодаря применению на нем системы дозаправки планировалось достичь межконтинентальной дальности полета. Проект так и не был реализован; в 1944 программа Me.264 была закрыта.

Me.264 прототип V1
Прототип бомбардировщика совершил первый полет 23 декабря 1942 года. В общей сложности были построены три прототипа самолета.

Последний рекорд продолжительности полета при использовании дозаправки в воздухе был поставлен в США в 1949 году. Взлетевший 24 августа с аэродрома в Юме самолет Aeronca Sedan совершил посадку там же только 10 октября; все это время он кружил, не покидая границ штата Аризона. Продолжительность беспосадочного полета составила 46 дней и 20 часов. Однако следует отметить, что это был не последний рекордный полет самолета с использованием дозаправки. В 1959 году Cessna 172 провела в воздухе 64 дня, 22 часа и 19 минут, но дозаправлялась она в полете от грузовика на земле, следуя за ним на минимальной скорости (скорость сваливания для самолета этого типа составляет 87 километров в час).

К началу 1950-х годов для ускорения подачи топлива по шлангу уже широко использовались насосы. Впервые дозаправкой в воздухе для увеличения боевого радиуса самолетов военные воспользовались в 1951 году во время Корейской войны 1950-1953 годов. В воздухе дозаправлялись истребители-бомбардировщики Thunderjet, совершавшие вылеты с аэродромов в Японии. В роли танкеров выступали бомбардировщики B-29 Superfortress.

Сегодня дозаправка в воздухе используется как средство для увеличения не только боевого радиуса военных самолетов, но и их боевой нагрузки. Дело в том, что максимальная взлетная масса самолета заметно меньше массы, которой он может обладать в воздухе на крейсерской скорости и высоте. Для преодоления этого ограничения истребители взлетают с предельной боевой нагрузкой, но с минимальным количеством топлива в баках (при этом максимальная взлетная масса не превышается). После набора высоты и скорости боевые самолеты дозаправляются и уходят на выполнение задания.

«Шланг-конус»

Всего в ходе развития методов дозаправки летательных аппаратов в воздухе было предложено несколько оригинальных способов, включая передачу топлива в канистрах из рук в руки и перекидывание шланга из самолета в самолет. Для развития технологий воздушной дозаправки британский авиаконструктор Алан Кобэм (Alan Cobham) создал в 1934 году компанию Flight Refueling. Изначально она занималась разработкой систем дозаправки для пассажирских самолетов, которые должны были совершать трансатлантические перелеты. Но затем технологией заинтересовались американские военные.

В 1935 году авиаконструктор предложил систему относительно безопасного соединения самолетов топливным шлангом. Эту технологию в том же году испытали летчики Авиационной службы Армии США, планируя впоследствии использовать ее для увеличения продолжительности полета боевых самолетов.

Дозаправка по тросовой системе Кобэма
Бомбардировщик B-24D Liberator (сверху) производит дозаправку бомбардировщика B-17E Flying Fortress, 1943 год. Скорость подачи топлива по шлангу составляла 907 килограммов в минуту.

Суть системы Кобэма заключалась в том, что самолет-реципиент в полете выпускал стальной трос с петлей на конце, соединенный со шлангом. Самолет-заправщик при сближении специальным крюком на тросе цеплял трос самолета-реципиента и затягивал шланг в заправочное отделение у себя в фюзеляже. По окончании заправки самолет-реципиент втягивал трос и шланг обратно. При испытании системы в 1935 году самолетом-заправщиком выступил пассажирский биплан Handley Page W.10, а реципиентом — модифицированный Airspeed Courier.

В 1949 году американский бомбардировщик B-50 Superfortress из 43-й бомбардировочной эскадрильи совершил кругосветный полет, дозаправившись трижды. При дозаправке использовалась именно кабельная система перехвата топливного шланга. Продолжительность полета составила три дня, 22 часа и одну минуту. В роли самолета-заправщика выступали модифицированные самолеты KB-29M из 43-й авиационной заправочной эскадрильи. Этим испытанием была доказана практическая ценность воздушной дозаправки для военных.

В начале 1949 года компания Кобэма представила новую систему дозаправки, сегодня известную под названием «шланг-конус». Ее испытания в августе того же года провели Королевские ВВС Великобритании. Для испытаний использовался оснащенный шлангом бомбардировщик Avro Lancaster и реактивный истребитель Gloster Meteor с приемной штангой в носовой части. Самолет-реципиент дозаправлялся десять раз, получив 10,7 тысячи литров горючего. Meteor провел в воздухе 12 часов и три минуты.

Испытание системы «шланг-конус», 1949 год

Первая система «шланг-конус» представляла собой выпускаемый гибкий шланг длиной около 30 метров с аэродинамическим конусом на конце, по виду напоминающим волан. Принцип работы системы заключался в том, что после выпуска шланга самолет-реципиент выравнивал свою скорость по отношению к летающему танкеру, а затем, осторожно маневрируя, вводил приемную штангу в конус. Соединение производилось при помощи магнитов. После соединения оператор включал насос, и топливо начинало перекачиваться (в первой версии — под действием силы тяжести, а во второй — при помощи электромотора). При помощи насоса скорость подачи топлива достигала 910 килограммов в минуту.

Система «шланг-конус» используется и сегодня, а в ВВС России она является единственной системой дозаправки в воздухе. По сравнению с первой версией она претерпела некоторые изменения. В частности, теперь для соединения конуса и приемной штанги используются электромагниты (после дозаправки они разъединяются силой натяжения шланга при сбросе скорости самолетом-реципиентом). Для подачи топлива применяются более мощные и эффективные насосы. Например, агрегат заправки ПАЗ-1М самолета-заправщика Ил-78М способен перекачивать до 2,3 тонны топлива в минуту, а УПАЗ-1 — до 1,7 тонны. Один Ил-78М может вести одновременную дозаправку трех самолетов.

Следует отметить, что сегодня самолеты-заправщики не проектируются как самостоятельный класс летательных аппаратов; они создаются на базе уже существующих пассажирских лайнеров, военно-транспортных или боевых самолетов. Так, Ил-78М ВВС России разработан на базе военно-транспортного Ил-76МД, американский KC-135 Stratotanker — на базе пассажирского Boeing 707, а KS-3A — на основе палубного противолодочного самолета S-3 Viking. При этом в роли заправщиков могут выступать и боевые самолеты без утери основных функций.

Ил-78М проводит дозаправку бомбардировщика Ту-95МС

В частности, вести дозаправку других самолетов в воздухе могут американские F/A-18 Hornet/Super Hornet, российские Су-24, Су-33, МиГ-29К и МиГ-35. Для этих целей на российских самолетах, например, используются модифицированные заправочные агрегаты УПАЗ-1 или ПАЗ-1, устанавливаемые опционально. Для палубной авиации такое решение является наиболее приемлемым и дешевым, поскольку специально разрабатывать палубную версию самолета-заправщика было бы дорого. «Дружеская» заправка (buddy refueling в английской терминологии), скажем, МиГ-29К такого же МиГ-29К позволяет существенно увеличить боевой радиус реципиента.

«Крыло-крыло» и штанга

Параллельно с изобретением системы «шланг-конус» велось создание и другой системы дозаправки. В конце 1940-х годов начальник Стратегического командования ВВС США Кертис Лемей заказал американской компании Boeing разработку системы дозаправки, которая бы позволяла передавать топливо на скорости значительно большей, чем по шлангу с применением насоса. Компания предложила военным жесткую топливную штангу, которая бы устанавливалась в кормовой части самолета и могла бы подавать топливо под большим давлением.

Первые такие системы были установлены на бомбардировщики B-29 в 1950-1951 годах. В общей сложности Boeing конвертировала в самолеты-заправщики KB-29P (оснащались штангой) 116 бомбардировщиков. Параллельно с разработкой нового заправочного агрегата Boeing вела и проектирование первого в мире серийного самолета-заправщика KC-97 Stratotanker; он создавался на базе военно-транспортного C-97 Stratofreighter. KC-97 поступил на вооружение в 1950 году. Позднее его постепенно заменили новые KC-135.

KC-135 производит дозаправку штурмовика A-10 Thunderbolt II

Заправочная штанга представляет собой телескопическую жесткую трубу, оснащенную небольшими крыльями на конце. Эти крылья используются оператором для контроля положения штанги. Устройство устанавливается в хвостовой части танкера и может использоваться для одновременной дозаправки только одного самолета. При использовании этого метода реципиент занимает место под самолетом-заправщиком, выполняя команды оператора. Затем уже оператор-заправщик, управляя крыльями на штанге, подводит ее к приемной горловине заправляемого самолета и стыкует их.

Современные системы дозаправки по штанге, длина которой составляет около 20 метров, способны подавать топливо со скоростью до 4,5 тонны в минуту. Такими системами комплектуются западные самолеты-заправщики KC-135, A330MRTT или KC-767MMTT. Поскольку по штанге можно передать больше топлива за короткое время, такие системы применяются для дозаправки не только истребителей, но и транспортных самолетов или бомбардировщиков. Для дозаправки самолетов со штангами-приемниками для топливных штанг танкеров используются специальные переходники типа «шланг-конус». На ряде самолетов, включая KC-767MMTT и A330MRTT, одновременно используются штанга и «шланг-конус». Агрегаты последнего устанавливаются под консолями крыла чуть в стороне от двигателей.

Между тем, пока ВВС США в 1950-х годах осваивали дозаправку по штанге, советские летчики-испытатели Игорь Шелест и Виктор Васянин предложили другую оригинальную систему дозаправки, получившую название «крыло-крыло». Она была испытана в 1951 году на бомбардировщиках Ту-4 и вскоре поступила на вооружение. Суть системы заключается в том, что из законцовки крыла самолета-заправщика выпускается трос со стабилизирующим парашютом. Второй самолет должен был штангой на законцовке своего крыла зацепить трос, после чего оператор заправки тянул трос и вытягивал из самолета-реципиента топливный шланг. Последний, достигнув крыла заправщика, стыковался с агрегатом подачи топлива.

Дозаправка по системе «крыло-крыло»
Бомбардировщик-донор Ту-16 (дальний) производит дозаправку однотипного бомбардировщика

Позднее такая система устанавливалась на бомбардировщики Ту-16, но была несколько изменена. Теперь уже самолет-реципиент выпускал топливный шланг со стабилизирующим парашютом, а самолет-заправщик должен был специальной штангой с крюком на законцовке крыла зацеплять его и подтягивать к заправочному агрегату. Использование системы «крыло-крыло» прекратилось в 1960-х годах, уступив место более удобной «шланг-конус».

Управляемая аэродинамическая плоскость

В январе 2014 года израильская компания Bedek, подразделение Israel Aerospace Industries, объявила о проектировании новой системы дозаправки в воздухе. Предполагается, что она заменит стандартную штангу и будет использоваться для одновременной дозаправки трех истребителей. По словам вице-президента Bedek по маркетингу и развитию бизнеса Джека Гейбера, проектом предполагается замена топливной штанги гибкими шлангами, на концах которых будут расположены аэродинамические поверхности, «подобные маленьким беспилотным летательным аппаратам».

Управление каждым из аппаратов будет производиться оператором заправки дистанционно по проводу. Подробности относительно перспективной системы Гейбер уточнять не стал. Предположительно, при выпуске гибких шлангов беспилотники будут разводить их по сторонам. Управляя аппаратами, оператор сможет производить подключение топливной магистрали заправщика к приемным штангам истребителей-реципиентов. В перспективе Bedek планирует устанавливать такие системы на летающие танкеры, конвертируемые из пассажирских лайнеров.

Василий Сычев