В качестве летчика-испытателя военно-воздушных сил подполковник Даун Данлоп управлял десятками различных самолетов: от шустрого истребителя F-15E Strike Eagle до массивного транспортного самолета C-17 и российского МИГ-21. Размещенная на базе ВВС Эдвардс, она является частью элитной эскадрильи, которая направляет передовые реактивные истребители F / A-22 Raptor. Но самолет, который Dunlop контролировал самым трудным временем, был точной копией планера братьев Райт 1902 года. Она не раз приземлялась на обшитую муслином лодку на залитых ветром песках Китти-Хок, Северная Каролина. «Это было по-настоящему откровением», - вспоминает Данлоп о (ушибающем) опыте прошлого года, который был частью юбилейной программы ВВС. «Они сделали так просто летать сегодня, что мы забыли, как трудно было тогда».
В этом месяце большая часть мира будет вновь посещать «тогда», так как многочисленные церемонии, книги и реконструкции знаменуют собой изобретение полета на самолете. Это было сразу после 10:30 утра 17 декабря 1903 года, когда Орвилл Райт, изобретатель и владелец веломагазина из Огайо, взлетел почти на морозе для 12-секундного пропеллерного полета - 120- Путешествие пешком, которое вполне могло начать современную эпоху. «Авиация является определяющей технологией 20-го века», - говорит Том Крауч, старший куратор аэронавтики в Смитсоновском национальном музее авиации и космонавтики (NASM) и автор книги « Крылья: история авиации, от воздушных змеев до космической эры» . «Полет символизировал наши самые глубокие чаяния, такие как свобода и контроль над нашей судьбой».
Среди всех празднований долгожданного столетия может быть легко упустить из виду, насколько удивительными были эти знаменательные ранние полеты. Как обнаружил Данлоп, самолеты Райта были опасны. Хрупкие сборки из проволоки, дерева и ткани, приводимые в движение самодельными двигателями, они были неохотными птицами, их трудно было направлять и легко разбить. Фактически, самолеты, основанные на Flyer, которые Орвилл Райт уговорил от земли, убили бы десятки пилотов в ближайшие годы. Тем не менее, этот самолет воплотил в себе то, что мы сегодня признаем в качестве основы полета, и хотя авиация вышла далеко за пределы того, о чем братья могли впервые представить - в 2000 году самолеты перевозили более трех миллиардов пассажиров - Райтс предвидел удивительный ряд важных событий., «Полет на этом планере был настоящим испытанием, - говорит Данлоп, - но когда вы возвращаетесь назад, вы понимаете, какой это был блестящий дизайн».
От древних греков, чья мифологическая история о плавлении восковых крыльев Икара, когда он парил слишком близко к солнцу, до резных фигур, оставленных южноамериканской цивилизацией инков на стенах своей святой Андской цитадели Мачу-Пикчу, человечество издавна восхищалось идея полета. Ренессансные картины и фрески вознесения Христа на небеса «имели концепцию воздуха как вещи, над которой нужно работать», - говорит Ричард Холлион, бывший куратор NASM и историк военно-воздушных сил, а также автор книги « Полет: изобретая воздушный век от античности до конца». Первая мировая война «Христос показан взлетающим, словно ракета, и у всех Апостолов есть ветряные одежды. У ангелов мускулистые крылья пропорциональны их размеру ». Среди самых поразительных ранних представлений о полете человека с двигателем - эскизы Леонардо да Винчи 15-го века с механическими взмахами крыльев и грубыми вертолетами. И все же идеи Леонардо так и не сошли со страницы.
Первым, кто применил научные принципы к проблемам полета, был Джордж Кейли, английский баронет, известный сегодня как отец воздушной навигации. Родившийся в 1773 году, он построил первый планер, который поднялся в воздух вместе с человеком на борту - его кучером, в 1853 году - и правильно определил подъемную силу, тягу и тягу в качестве основных сил, которые необходимо освоить для полетов с усиленным двигателем. Кейли, опубликовавший свое исследование в журнале Николсона «Естественная философия, химия и искусство», был первым авиационным экспериментатором, использовавшим методы исследования, знакомые современным ученым и инженерам, Питер Джакаб, председатель отделения аэронавтики NASM, пишет в своей книге « Видения летающей машины» .
Первый воздушный шар с пассажирами поднялся в воздух в 1783 году, когда его изобретатели, братья Монгольфье, послали овцу, петуха и утку, взлетевших на восемь минут в небе над Версалем. В течение следующего столетия воздушные шары и воздушные корабли легче воздуха, громоздкие или невозможные в управлении, считались единственным реалистичным способом подняться наверх. Тем временем изобретатели продолжали бороться с проблемой мощного, тяжелого полета. Некоторые построили планеры в форме мотыльков или летучих мышей; другие построили массивные паровые самолеты, которые были непобедимы; одна такая штуковина рухнула под собственным весом. Ни один из них «не имел ни малейшего влияния на изобретение самолета», пишет Крауч.
Некоторые пионеры были на правильном пути. Немец Отто Лилиенталь построил 16 различных планеров между 1891 и 1896 годами, совершив почти 2000 полетов на невысоких холмах за пределами Берлина. В своих экспериментах он собирал данные о подъемной силе и вдохновлял братьев Райт, но его смерть в 1896 году на одном из его собственных планеров оказала сдерживающее влияние на авиацию. Убежденные в том, что силовой полет был опасным безумием, многие европейцы, работающие над проблемой, прекратили свои усилия.
В отличие от своих предшественников, Райтс понял, что управление самолетом было по меньшей мере так же важно, как подъемная сила и тяга. Их основным источником вдохновения было понимание того, что самолеты будут летать в трех измерениях: подниматься и опускаться (наклон), влево и вправо (отклоняться от курса) и крениться (крен, наклонное движение, которое вместе с рулем направляет самолет в драматические, широкие повороты), Ролл, особенно, был в значительной степени проигнорирован или невообразим их предшественниками. Халлион пишет, что Райтс, будучи велосипедистом, визуализировал, как самолет поворачивает так, как велосипедист делает крутой поворот - наклоняясь к нему. Джон Андерсон, куратор аэродинамики в Национальном музее авиации и космонавтики и автор книги «Самолет - история его технологий», говорит, что «самый продолжительный технологический вклад Райта - это просто и просто управление полетом». Уилбур Райт был первым, кто понял, как развернулся самолет ».
Простых рулей, подобных тем, которые использовались для управления лодками по воде, и лифтов (например, рулей, кроме горизонтальных) было достаточно для перемещения самолета вверх и вниз или влево и вправо. Но третье измерение, сделав плоскую банку и разворот, потребовало совершенно нового подхода. Первый прорыв Райтов заключался в том, что воздух, проходящий через крылья, может быть использован для толкания одного крыла, в то время как оно поднимает другое - «катит» самолет через наклоненный наклон. Их следующей задачей было выяснить, как заставить оба крыла двигаться в правильном направлении в нужное время - прекрасная простая концепция, называемая деформацией крыла, которая включала в себя поворот всего крыла для облегчения поворота.
Сочетание творчества и инженерных способностей Райтов продолжает удивлять ученых сегодня. «У них была возможность визуализировать машины, которые еще не были построены», - говорит Крауч. С того момента, как весной 1899 года они решили использовать деформацию крыла как решение для перемещения самолета в трех измерениях, прошло всего четыре с половиной года до их грандиозного, хотя и краткого, полета на Китти-Хок. Как говорит Халлион: «Райты, собравшись вместе, двигались с невероятной скоростью».
Сначала потенциал самолета поразил воображение самых прогрессивных ученых. Машина Райта, слишком дорогая для всех, кроме богатых смельчаков, и слишком опасная для обычного коммерческого использования, была рассмеяна как легкомысленная; даже братья думали, что только национальные правительства будут иметь ресурсы для создания и управления самолетами. «Сомнительно, что самолеты когда-нибудь пересекут океан», - издевался выдающийся гарвардский астроном Уильям Пикеринг в 1908 году, согласно истории Халлиона. «Общественность сильно переоценила возможности самолета, представляя, что в другом поколении они смогут вылететь в Лондон через день. Это явно невозможно ».
Такое презрение охладило американские инвестиции в авиацию. Между 1908 и 1913 годами правительство США потратило на авиацию всего 435 000 долларов - меньше, чем Германия, Франция, Чили и даже Болгария. Европейские изобретатели и предприниматели вскоре строили лучшие, более быстрые и стабильные самолеты, чем Райтс. «Самолет Райт был заменен европейскими проектами еще в 1910 году», - говорит Джакаб. Немецкие, русские и особенно французские авиаторы и изобретатели скоро доминировали над небесами, как свидетельствует наш словарный запас; «Авиация», «элерон», «фюзеляж» и «вертолет» имеют французское происхождение.
Несмотря на все достижения Райта, их самолеты все еще были сомнительными. Полдюжины пилотов были убиты, летая на листовки Райта в течение одного года, начиная с 1909 года; другие ранние самолеты были также опасны. «Европейцы на опыте Райта не учились летать, они учились летать лучше», - пишет Халлион. Такие дизайнеры, как Луи Блерио, переместили «толкающие» пропеллеры Райтса на переднюю часть самолета, что упростило конструкцию (пропеллер с задней подвеской требует более сложных конструкций для рулей и рулей высоты). Первоначальная конфигурация биплана, которая была прочной, легкой и обеспечивала большую подъемную силу, доминировала в конструкции самолета до начала 1930-х годов, когда монопланы, которые быстрее, взяли верх.
В начале Первой мировой войны самолет стал военным и коммерческим. Открытая кабина, в основном самолеты из дерева и ткани, выступающие в небе Европы - самолеты, такие как британский Sopwith Camel и немецкий Albatros - были быстрее и намного более ловкими, чем Райт Флайер, но все еще опасными. Герои, такие как Манфред фон Рихтгофен («Красный Барон») и американский Эдди Рикенбакер, создали мистику истребителя, но тысячи других погибли в воздухе. Халлион пишет, что в 1917 году средняя продолжительность жизни британского летчика-истребителя в зоне боевых действий составила три недели.
Но война ускорила развитие молодой авиационной промышленности. Первый пассажирский полет был в 1908 году, когда Уилбер Райт нес один Чарльз Фурнаш во время испытаний Райт Флайер. Регулярные пассажирские рейсы не начались всерьез до 1 января 1914 года, когда Тони Джаннус, предприниматель из Флориды, начал летать по 5 долларов за перелет через TampaBay. Самолеты, летевшие на низких скоростях и на малых высотах, подвергались воздействию ветра, вызывая неровную и часто отвратительную поездку. Плохо проветриваемые кабины, заполненные выхлопными газами и газами. А плохая погода держала самолеты на земле, делая самолеты ненадежными. И все же общественный спрос ускорился.
В 1920-х и 30-х годах инвестиции промышленности и правительства стимулировали инновации. Деревянные рамы и тканевые шкуры уступили место цельнометаллическим конструкциям, что, в свою очередь, сделало возможным создание более крупных, прочных ремесленных, обтекаемых, герметичных кабин и полетов на большой высоте. Также важными были надежные летные приборы, такие как искусственный горизонт, высотомер и направленный гироскоп, которые необходимы для полета в плохую погоду (и для поддержания расписания авиакомпаний). К 1932 году американские авиалинии перевозили более 475 000 пассажиров в год.
(Смитсоновский институт. Фото Эрика Лонга / OIPP) В 1935 году авиация достигла нового пика - и, как ни странно, что-то вроде плато - с развитием DC-3 Douglas Aircraft Company. Имея 21 место, цельнометаллическую конструкцию, обтекаемую конструкцию, убирающееся шасси, автопилот и крейсерскую скорость почти 200 миль в час, DC-3 считается многими экспертами вершиной самолета, приводимого в движение винтом, и установлен образец для самолетов, которые мы знаем сегодня.
По мере того, как новые конструкции двигателей приводили в движение все быстрее и быстрее - в конце концов, они преодолевали звуковой барьер - инженеры столкнулись с непонятными аэродинамическими свойствами. Ударные волны и непредсказуемая турбулентность подорвали работоспособность. Пропеллеры теряли эффективность и тягу, когда приближались к сверхзвуковым скоростям.
Человек, который преодолел этот предел, не был профессиональным инженером. Фрэнк Уиттл, сын машиниста и пилот Королевских ВВС, в начале 1930-х годов выдвинул идею реактивного двигателя в качестве инструктора по полету. «Уиттл был странной уткой, выдвигающей идею, которую все считали чокнутой», - говорит историк Роджер Билштайн, автор книги « Полет в Америке: от Райта до астронавтов» . «Никто не думал, что это сработает».
Уиттл продолжал, в конечном итоге собирая ресурсы для самостоятельного создания работоспособного реактивного двигателя. Концепция, во всяком случае, проста: воздух, поступающий в передней части двигателя, сжимается и соединяется с топливом, а затем воспламеняется; горящая смесь вырывается из задней части струи, создавая огромную тягу, проходя через турбины, которые приводят в действие компрессоры в передней части двигателя.
Реактивный двигатель Уиттла был впервые испытан в лаборатории в 1937 году, а четыре года спустя был оснащен специально разработанным истребителем на авиабазе недалеко от Глостера, Англия. Пилоты, следившие за сверхсекретным испытательным полетом со стороны влажного аэродрома, были сбиты с толку. «Боже мой, ребята, я должен идти по кругу», - сказал один из офицеров позже. «У него не было пропеллера!»
Тем временем немецкий инженер по имени Ганс фон Охайн разрабатывал собственный реактивный двигатель. В 1944 году несколько самолетов-истребителей и бомбардировщиков, в том числе Messerschmitt Me 262 - первый в мире действующий реактивный самолет, - начали службу в люфтваффе . В Америке военное руководство поставило самолеты на задний план, убедившись, что войну выиграют обычные самолеты и многие из них. Как утверждают власти, отвлечение ресурсов для работы на бездоказательном самолете будет пустой тратой времени. Но после того, как союзники пронеслись через Германию в конце войны, они завербовали десятки немецких ученых в области реактивных и ракетных технологий, в том числе Вернера фон Брауна, а затем отвезли их в Соединенные Штаты в рамках операции «Скрепка для бумаг». План заложил основу на протяжении десятилетий инноваций под руководством США, от незамедлительных полезных реактивных технологий до достижений в ракетостроении, которые в конечном итоге сделали бы возможной космическую программу.
Технология реактивного движения была самой важной вещью в авиации со времен Райта. «Самолет ничего не улучшил, это был полный прорыв», - говорит Андерсон из NASM. «Уиттлом и фон Охайном была открыта целая вторая эра авиации». Однако изобретатели самолета так и не получили признание, которым пользовались Райты. Патенты Уиттла были присвоены британским правительством во время войны, и фон Охайн незаметно начал новую карьеру в 1947 году - в качестве ученого по движению ВВС США.
Однако для превращения реактивного самолета в надежную транспортировку потребуются годы кропотливой работы. В первые дни летчики-истребители имели один из четырех шансов погибнуть в авиакатастрофе. Сверхзвуковые скорости, по крайней мере, приблизительно 650 миль в час, требовали переосмысления традиционных представлений об аэродинамике, управлении и эффективности. Дизайн X-1, преодолевший звуковой барьер над калифорнийским MurocDryLake в 1947 году, был основан на пуле калибра .50, объект, который, как знали инженеры, стал сверхзвуковым. Его управлял лаконичный летчик-испытатель из Западной Вирджинии Чак Йегер, ветеран Второй мировой войны, который считал двух мессершмиттов 262-ых среди его убийств.
Храбрость этих летчиков-испытателей - это то, что мы обычно вспоминаем о первых днях путешествия на самолете. Но, возможно, более важным были огромные государственные расходы на авиационные и космические исследования в 1950-х и 60-х годах. К 1959 году авиационная отрасль была одним из крупнейших работодателей в производственном секторе Америки, и более 80 процентов ее продаж приходилось на полтора десятилетия после Второй мировой войны военным. Успехи Америки в авиации и космосе стали мощным символом холодной войны, а бурно развивающаяся аэрокосмическая отрасль получила то, что представляло собой чек от правительства. В конце концов, как персонаж в версии фильма The Right Stuff заметил: «Нет баксов, нет Бак Роджерс».
«Государственные инвестиции в вещи, связанные с полетами, привели к широкому фронту технологического развития», - говорит Крауч. «Одна вещь за другой развивалась, потому что это было так или иначе связано с полетом, и правительства тратили на него деньги». Компьютеры стали повсеместным средством авиации, от помощи в разработке сложных самолетов до формирования глобальных билетных сетей. Реактивный двигатель также поднял гражданскую авиацию на новые высоты и скорости. В 1954 году Боинг представил прототип пассажирского самолета 707, который мог лететь со скоростью более 600 миль в час (в три раза быстрее, чем DC-3). Четыре года спустя Pan American начала регулярное обслуживание 707 из Нью-Йорка в Париж, открыв эру реактивных самолетов.
По мере того как трудные уроки военных летчиков-испытателей давали более безопасные и более устойчивые конструкции реактивных самолетов, сама форма мира начала меняться. От массивных ядерных бомбардировщиков B-52, способных беспосадочно лететь из Омахи в Москву за 11 часов, до пассажирских самолетов, которые могли пересечь Атлантику за 7 часов, самолет сделал международные поездки доступными почти для всех. Большие пассажирские самолеты стали обычным явлением - самолет Boeing 747 с 452 пассажирами, дебютировавший в 1969 году, - и число людей, которые летали, неуклонно росло с каждым годом.
Сверхзвуковые пассажирские самолеты были следующей очевидной границей. Но за исключением советского самолета Ту-144, который впервые полетел в декабре 1968 года, и Concorde, совместного предприятия Франции и Великобритании, которое открылось два месяца спустя, сверхзвуковые пассажирские перевозки останутся в значительной степени новинкой. Оба самолета обанкротились в финансовом отношении. За почти 30 лет полета через Атлантику со скоростью, в два раза превышающей скорость звука, газообразный «Конкорд» не сломался. В мае прошлого года Air France прекратила регулярные регулярные рейсы Concorde, а в октябре British Airways. Тем не менее, предприниматели и политики продолжают пускать в ход футуристические (и пока что непрактичные) идеи, такие как «Восточный экспресс», массивный сверхзвуковой транспорт, который доставит до 200 пассажиров из Нью-Йорка в Пекин за два часа, пропуская как камень по всей земле. Атмосфера в Маха 5.
Достижение все более высоких скоростей не обязательно является высшим приоритетом для военных. С 1970-х годов военные планировщики подчеркивали маневренность и скрытность. Но новые самолеты с меньшими наклонными крыльями и контрольными поверхностями, как правило, были нестабильны. Это изменилось с появлением в 1970-х годах бортовых компьютеров или систем «на лету» в авиационном жаргоне, способных производить тысячи регулировок в секунду для рулей и других поверхностей управления. Стелс-бомбардировщик Northrop B-2 и истребитель-невидимка Lockheed F-117ANighthawk, причудливые матово-чёрные пучки странных углов и коротких крыльев, предназначенные для исчезновения с вражеского радара, похоже, бросают вызов законам аэродинамики с помощью сложного программного обеспечения. Самая совершенная технология «летать по проводам», беспилотные летательные аппараты или беспилотные летательные аппараты - это беспилотники с дистанционным управлением, которые уже видели службу в небе над Афганистаном и Ираком.
Многим авиационным экспертам технология самолетов, похоже, ударила еще одним темпом прогресса. «Это главный вопрос: является ли самолет в его форме зрелой технологией?» - говорит куратор NASM Джереми Кинни. «Авиакомпании очень хорошо справляются с широкофюзеляжными турбовентиляторными самолетами, перевозящими сотни людей, а военные, по сути, вносят усовершенствования. Есть ли еще одно плато?
Инженеры надеются на это. «Конечно, мы достигли определенного уровня зрелости в течение последней части 20-го века, который некоторые считают плато, так же, как в 30-х годах», - говорит Андерсон из Смитсоновского института, бывший председатель Аэрокосмического университета Мэриленда. Технический отдел. «Я считаю, что это платформа, с которой мы спрыгнем и увидим драматический прогресс». В дополнение к повышению эффективности и производительности существующих самолетов, технологические усовершенствования могут вскоре привести к поразительным достижениям: системы управления по проводам, которые сохраняют самолет в воздухе с одним выстрелом крыла, снижение или даже устранение звуковых ударов, и беспилотный самолет, способный к драматическим маневрам, которые убьют пилота.
Любопытно, что некоторые из самых передовых исследований, проводимых сейчас, имеют поразительное сходство с инновациями, которые Райтс сделал более века назад. В исследовательском центре НАСА Dryden Flight Research в Эдвардсе, штат Калифорния, инженеры в рамках программы «Активное аэроупругое крыло» оснастили истребитель «Хорнет» F / A-18 более гибкими крыльями, которые проверяют возможности конструкции аэроупругого крыла - по сути, версии крыла Райта. - изгиб, хотя тот, который использует очень продвинутые компьютерные системы, чтобы заставить крылья изменять форму на сверхзвуковых скоростях. Аэроупругие крылья делают возможным вращение, разворот в повороте за счет поворота самого крыла, что повышает производительность на сверхзвуковых скоростях «Очень мало птиц летают с элеронами или откидными створками», - шутит Дик Эверс, пилот-испытатель НАСА по проекту. Вместо этого, по его словам, птицы меняют форму своих крыльев в зависимости от того, насколько быстро или медленно они двигаются, а также от того, поворачивают они, поднимаются, ныряют или парят. «Самолеты тратят много веса и денег, делая крылья жесткими», - продолжает он. Аэроэластичное крыло со временем покончит с закрылками и переместит самолет, изменив форму самого крыла, он предсказывает: «Вместо того, чтобы укрепить крыло, мы хотим, чтобы он был гибким и воспользовался этим ».
Логотип Centennial of Flight на самолете-прототипе с гордостью объявляет о замечательной связи проекта с традицией. Самолеты будущего могут поделиться вдохновением с Райтами, которые успешно управляли своим Флаером в трех измерениях, изменяя форму его крыльев. «Сто лет спустя мы можем обнаружить, что ответы братьев Райт были более точными в аэродинамическом отношении, чем то, с чем мы жили 80 лет», - говорит Дейв Ворачек, главный инженер проекта. «Мы действительно прошли полный круг».
