Взлет с ускорением

Намерение президента США Дональда Трампа на фоне не самого удачного хода испытаний новейших электромагнитных катапульт, предназначенных для использования на новейших же авианосцах, вернуться к проверенным паровым катапультам вызвало оживленные споры. «Лента.ру» вспоминает историю развития этих устройств.

Авианосцы начали строить в разных странах еще в конце Первой мировой войны, а после Вашингтонского соглашения 1922 года, жестко ограничившего развитие линкоров, число авианосцев начало быстро увеличиваться. Первое поколение кораблей этого типа редко оснащалось катапультами — самолеты 1920-х - начала 1930-х годов были достаточно легкими, чтобы разогнаться и взлететь самостоятельно, используя собственный двигатель и скорость воздушного потока над палубой авианосца, при взлетных операциях обычно идущего полным ходом против ветра.

Тем не менее уже к концу 1930-х годов появление палубных торпедоносцев и пикирующих бомбардировщиков потребовало создания катапульт — иначе эти самолеты не могли подняться с полным взлетным весом.

В ходе Второй мировой катапульты применялись постоянно, особенно на эскортных авианосцах — относительно небольших кораблях, не отличавшихся длинными взлетными палубами и высокой скоростью. На ударных авианосцах роли разделились: истребители, как правило, продолжали взлетать без катапульт на полном ходу корабля, ударным машинам требовался дополнительный разгон. В ВМС США катапульты на сжатом воздухе либо пороховых газах назывались Turkey shooter — по прозвищу самого тяжелого на тот момент американского палубника «Эвенджер». Turkey («индюшка») с полной нагрузкой и запасом топлива запускался с авианосца только с помощью катапульты.

Из двадцати четырех переданных ВМС США авианосцев типа «Эссекс» только головной корабль не был оснащен катапультами при постройке, получив их позже. Восемь авианосцев располагали одной катапультой на полетной палубе, остальные — двумя. Четыре корабля были также оборудованы катапультами в ангарной палубе. Это установленное поперек корпуса авианосца устройство позволяло с помощью пороховых зарядов «выстреливать» истребители в открытый проем ангара, не тратя времени на их подъем на верхнюю палубу, например в случае внезапной атаки противника. Затем, с развитием радиолокаторов и палубных самолетов дальнего радиолокационного обнаружения, эта практика ушла в прошлое, и катапульты в ангарах «Эссексов» были демонтированы.

Первые палубные реактивные истребители 1945-46 годов уже безусловно требовали катапультного старта: особенности реактивных двигателей не позволяли им набирать скорость так же быстро, как и поршневым предшественникам (хотя их максимальная скорость была меньше, чем у новомодных «свистков»). Новейшие в то время гидравлические катапульты типа H Mk.8 позволяли поднимать в воздух реактивные машины, однако довольно быстро достигли предела мощности, ограничившего увеличение массы взлетающих самолетов.

В 1950 году на корабле Его Величества «Персеус» приступили к испытаниям паровой катапульты. В отличие от прежних устройств, механизм получал энергию непосредственно от главной энергетической установки корабля, используя вырабатываемый котлами пар. Новая концепция обещала резкий рост мощности катапульт, необходимый для подъема в воздух все более тяжелых самолетов (в том числе с ядерным оружием на борту). Сконструировал это устройство коммандер (капитан 2 ранга) резерва Королевского флота Колин Митчелл, главным испытателем был один из самых знаменитых британских морских пилотов, кэптен (капитан 1 ранга) Эрик Браун, занесенный в Книгу рекордов Гиннесса как человек с самым разнообразным опытом пилотирования — 487 типов (включая варианты) самолетов и вертолетов практически всех стран мира, от обеих Америк до СССР и Японии.

Это не могло не заинтересовать американских адмиралов, нуждавшихся в идеях, способных повысить возможности флота на фоне стремительного прогресса стратегической бомбардировочной авиации. США в итоге и стали лидером отрасли, помимо катапульт позаимствовав у англичан, остававшихся в то время еще законодателями мод, угловую палубу авианосцев, а также оптическую систему привода на посадку.

Испытания прошли успешно. С тех пор паровые катапульты — неотъемлемая часть комплекса авиационно-технических средств авианосцев ВМС США. Паровые катапульты устанавливались как на ранее построенные корабли типа «Эссекс» и «Мидуэй» в рамках модернизационных пакетов, так и на новые суперавианосцы типа «Форрестол». За последующие три десятка лет американский флот применял семь вариантов катапульт трех базовых типов — С-7, С-11 и С-13. Последние модификации эксплуатируются и сейчас.

Максимальный взлетный вес самолетов, которые могли быть подняты в воздух с помощью катапульт этих типов, колеблется в районе 32-36 тонн, чего достаточно для подавляющего большинства палубных самолетов. Однако возможен и подъем более тяжелых машин (например максимальный взлетный вес испытывавшегося в 1960-х F-111B приближался к сорока тоннам) с использованием традиционных для авианосцев методов облегчения взлета — полный ход против ветра. Катапульты зарекомендовали себя как достаточно простые и надежные системы — по собранной за почти шестьдесят лет американской статистике эксплуатации суперавианосцев, начиная с типа «Форрестол» и заканчивая «Нимитцами», в течение 99,5 процентов времени как минимум одна из четырех катапульт на каждом корабле готова к немедленному применению.

Достоинства паровой катапульты очевидны. Недостатки — тоже. Устройства этого типа отъедают заметную часть мощности энергетической установки корабля, потребляя большое количество пара с крайне низким коэффициентом полезного действия (4-6 процентов). В холодную погоду операции на палубе сильно осложняются из-за интенсивного парения, на поверхности палубы может образовываться наледь. Кроме того, на морском воздухе паровая катапульта требует особо тщательного антикоррозийного ухода. Обслуживание паровых катапульт входит в число самых грязных корабельных работ из-за большого объема используемой в механизмах устройства смазки.

Наконец, как отмечают инженеры ВМС США, в устройстве отсутствует обратная связь, что осложняет контроль и предупреждение инцидентов, способных привести к аварии и снижающих ресурс самолетов. Невозможность гибкого регулирования мощности катапульты приводит к тому, что она малопригодна для работы с легкими беспилотниками, которые могут получить повреждения при катапультном старте. Большая масса и объем также не позволяют назвать паровые катапульты оптимальным вариантом для кораблей, пусть даже настолько больших, как авианосцы.

Устранить эти недостатки была призвана электромагнитная катапульта. Идея подобного устройства предлагалась еще в 1940-х годах, но тогда было не до этого. Электромагнитная катапульта с гибкой цифровой системой управления, позволяющей поднимать все типы машин, от истребителя с максимальной взлетной массой до легкого БПЛА, всерьез заинтересовала ВМС США после того, как стало ясно, что ввод беспилотников в корабельные авиагруппы — насущная потребность флота, и это задача на ближайшую перспективу. Новым устройством, получившим обозначение EMALS, предполагалось оснастить авианосцы типа «Джеральд Форд».

По сравнению с паровой катапультой EMALS имеет меньший вес, занимает меньший объем, требует меньше времени и людей для обслуживания и управления, быстрее перезаряжается. Благодаря более высокому КПД электромагнитное устройство создает меньшую нагрузку на главную энергетическую установку корабля. Наибольшее упрощение конструкции произошло за счет устранения гидравлических и пневматических подсистем, и упрощения механической части по сравнению с паровой катапультой, которой для каждого запуска требовались сотни килограммов перегретого пара. В целом это устройство отлично ложится в концепцию «электрических кораблей», которые в перспективе должны определять облик ВМС США в целом.

«Звучит, по мне, как-то не очень — "цифровые". Это что такое? Это очень сложно, вы должны быть Альбертом Эйнштейном, чтобы сообразить. И они хотят еще авианосцев. Я говорю: вам какая система нужна? — "Сэр, мы хотим цифровую!" Я говорю, нет, не будет вам цифровой. Будете использовать чертов пар, потому что эти ваши "цифровые" устройства стоят сотни миллионов долларов, и это плохо», — заявил президент США Трамп в интервью Time.

Это была реакция на разговор с одним из офицеров ВМС США, участвующих в испытаниях новой системы, который сообщил своему главнокомандующему, что новая система пока не дает достаточной мощности и в целом «работает нехорошо». Комментировать Трампа сложно. С одной стороны, паровые катапульты обеспечивают боеспособность американских палубных авиакрыльев уже более шести десятилетий и могут прослужить еще столько же. С другой — они не вписываются в перспективные концепции применения ВМС, требуя серьезного пересмотра планов использования БПЛА и внесения радикальных изменений в конструкцию авианосцев нового поколения, проектировавшихся как полностью электрические корабли, не нуждающиеся в массивных паропроводах от главной энергетической установки к авиационно-техническому комплексу.

Корректировать и демпфировать высказывания американского президента предстоит в первую очередь главе Пентагона Джеймсу Мэттису и министру ВМС США Шону Стекли. Учитывая прошлое Мэттиса как генерала Корпуса морской пехоты США, потребности флота он должен понимать больше, чем многие его коллеги, так что дискуссия обещает быть как минимум интересной. Впрочем, достаточно отвлеченной: последствия любого решения в данном случае начнут сказываться не раньше середины следующего десятилетия.

Илья Крамник