МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ICMAR'2002
С 1 по 7 июля проходила XI-я Международная конференция по методам
аэрофизических исследований, проводимая раз в два года Институтом
теоретической и прикладной механики СО РАН. Эта конференция
больше известна специалистам как ICMAR по аббревиатуре из
начальных букв ее английского названия. На ICMAR'2002 собрались
около сотни известных ученых из многих академических и отраслевых
институтов России, Германии, Казахстана, Китайской Народной
Республики, Нидерландов, США, Тайваня, Украины и Франции.
Александр Максимов
с.н.с. ИТПМ СО РАН
 |
|
В этом году конференция проходила не по традиционной, а по
несколько измененной схеме. 1 июля в ИТПМ в рамках ICMAR'2002
состоялась конференция молодых ученых "Проблемы механики: теория,
эксперимент и новые технологии", на которой ведущие ученые ИТПМ и
Института теплофизики СО РАН выступили с докладами о последних
достижениях в разных областях аэро- и гидромеханики. На следующий
день в НПО "Алтай" (г.Бийск) прошла выездная сессия конференции,
а затем основная работа ICMAR'2002 продолжилась в международном
научно-туристическом комплексе "Денисова пещера", расположенном
на берегу речки Ануй на Алтае. Это комплекс из десятка с лишним
деревянных коттеджей, ресторана и павильона для
культурно-массовых мероприятий и научных заседаний, выстроенный в
1992-1993 годах, расположенный на высоте 1000 метров над уровнем
моря. Он соседствует с постоянным лагерем археологов, появившимся
здесь несколькими годами раньше.
 |
|
Красивые горы, шумливый Ануй, яркая зелень лесов и альпийских
лугов, свежий горный воздух создавали приятный фон для
плодотворной работы конференции. Правда, для экскурсий и отдыха
на природе не очень повезло с погодой — каждый день, с
небольшими перерывами в ночное время и в полдень — шли дожди.
Зато для творческой работы она была в самый раз. Как рассказывали
археологи, ведущие раскопки в самой Денисовой пещере, раньше эти
места сильно страдали от засухи. Археологические работы были
начаты еще академиком А.Окладниковым в 1984 году, и с тех пор в
этом районе Алтая в июне и июле непрерывно идут дожди. Как
считают алтайцы, раскопки в Денисовой пещере потревожили и
выпустили на волю злого духа, который начал мстить людям за их
вторжение в святую для предков местность...
 |
|
3 июля состоялось официальное открытие конференции ICMAR'2002,
после чего в течение четырех дней плотным графиком шли устные
выступления и стендовые доклады отечественных и зарубежных
ученых. Хотя конференция охватывала широкий спектр методических и
научных вопросов из области аэро-, газо-, гидродинамики и
многофазных сред, основное внимание было уделено проблемам
разработки гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА). В связи с
этим на ICMAR'2002 присутствовали почти все члены Европейской
гиперзвуковой ассоциации во главе с ее председателем, профессором
Жан-Пьер Тараном из Франции. В течение всей работы конференции
большое оживление во все дискуссии по рассматриваемым проблемам
вносил профессор Сеймур Богдонофф из США.
Гиперзвуковые аппараты, летающие со скоростью свыше 5000 км/час
(число Маха, т.е. отношение скорости полета к скорости звука,
М=5), начали создаваться сразу же после наступления эры реактивной
авиации, еще в 50-х годах прошлого века. В большинстве случаев
они разрабатывались военными ведомствами. Для достижения
сверхвысоких скоростей специальные исследовательские самолеты
оснащались ракетными двигателями, имевшими в то время
максимальную удельную тягу. Наиболее известным таким летательным
аппаратом был американский Х-15, разработанный ВВС США совместно
c Национальным управлением по авиации и космонавтике (NASA) для
исследований проблем гиперзвукового полета и возвращения в
атмосферу. Исследовательский ГЛА поднимался на высоту более 13 км
с помощью стратегического восьмидвигательного бомбардировщика
В-52, после отделения от самолета-носителя включал свой ракетный
двигатель и отправлялся в самостоятельный полет. Х-15 совершил
первый полет в июне 1959 года. Всего было построено три таких
самолета. К моменту завершения программы в октябре 1968 г. они
совершили в общей сложности 199 полетов. В ходе этих полетов были
достигнуты рекордная высота 107,96 км и скорость 7274 км/час (М =
6,7).
В те же годы Советский Союз также вел исследования по разработке
гиперзвуковых летательных аппаратов. В 1962 году в ОКБ Мясищева
начались работы по секретному проекту "Спираль".
Воздушно-космическая система (ВКС) массой 140 тонн, являющаяся
предшественником американского "Спейс Шаттла" и нашего "Бурана",
состояла из гиперзвукового разгонщика и одноместного орбитального
самолета массой 10,3 тонны, который должен был отделяться от
носителя на высоте около 30 км при скорости М = 5,5 - 6. До
закрытия проекта в 1969 году прототип орбитального самолета успел
совершить три атмосферных испытательных полета после сброса с
бомбардировщика Ту-95. Модели ВКС типа "Бор", созданные по
программе "Спираль", использовались для испытаний теплозащитных
плиток, предназначенных для ВКС "Буран". В конце 70-х и в начале
80-х годов они совершили несколько суборбитальных и орбитальных
полетов. В марте 1983 года один из них (объявленный как
Космос-1445) после приводнения в Индийском океане был
сфотографирован разведывательным самолетом Австралии, и вскоре
его снимки появились на страницах большинства зарубежных газет и
журналов.
За истекшие почти полвека рассматривалось множество проектов
различных воздушно-космических систем, включающих в свой состав
ГЛА (английский "Хотол", немецкий "Зенгер" и т.д.), но ни одна из
них так и не смогла выйти даже из стадии эскизного
проектирования. Как оказалось, разработка ГЛА наталкивается на
очень сложные проблемы создания экономичной двигательной
установки и обеспечения теплозащиты конструкции, имеющей большие
несущие поверхности и подвергающейся длительным тепловым
воздействиям, возникающим при высоких скоростях полета в
атмосфере. ГЛА должны разгоняться по пологой траектории, поэтому
ракетные двигатели становятся невыгодными из-за больших расходов
топлива, а обычные турбореактивные двигатели теряют эффективность
при скоростях выше М = 3. Неоднократные попытки разработать более
экономичные комбинированные ракетно-прямоточные двигатели также
не увенчались успехом.
При создании перспективных гиперзвуковых прямоточных
воздушно-реактивных двигателей (ГПВРД или Scramjet), использующих
для сжатия воздуха скоростной напор и в качестве окислителя
атмосферный кислород, возникает проблема обеспечения эффективного
горения топлива при сверхзвуковых скоростях потока в камерах
сгорания. Без обеспечения высокой полноты сгорания невозможно
получить необходимую для таких скоростей полета тягу. За истекшие
десятилетия были проведены летные испытания нескольких прототипов
различных ГПВРД, использующих в качестве горючего водород
(последний из них был запущен 30 июля 2002 г. с австралийского
полигона Вумера с помощью исследовательской ракеты
"Терьер-Орион"), но большинство из них завершились неудачно. Чаще
всего это объяснялось неумением обеспечить расчетную тягу.
Как известно, вплоть до последнего времени при создании новых
образцов авиационной и ракетной техники во всех странах мира
широко использовались различные моделирующие устройства:
аэродинамические трубы, тепловые установки и всевозможные
наземные стенды. Полученные в этих устройствах экспериментальные
данные позже уточнялись при модельных или натурных летных
испытаниях. Так было при разработках различных одноразовых
возвращаемых аппаратов, а также ВКС "Спейс Шаттл" и
"Энергия--Буран", входящих в атмосферу с орбитальными скоростями
(М=25). Хотя при создании воздушно-космических систем первого
поколения были разрешены практически все научно-технические
проблемы, но основную свою цель — десятикратное снижение
стоимости вывода полезного груза в космос — они так и не сумели
выполнить. Более того, стоимость даже доведенного до широкой
эксплуатации "Спейс Шаттла" оказалась значительно выше стоимости
одноразовых ракетных систем, которые по первоначальным планам он
призван был вытеснить с космической арены.
При разработке перспективных гиперзвуковых воздушно-космических
систем, которые довольно долго должны находиться в плотных слоях
атмосферы, возникла совершенно новая ситуация, связанная с
необходимостью одновременного моделирования сверхвысоких
температур торможения и достаточного временного масштаба для
реализации возникающих в таких условиях физико-химических
реакций. Создание новых газодинамических устройств, полностью
моделирующих реальные условия полета, наталкивается как на
разрешение принципиальных проблем (обеспечение сверхвысоких
давлений и температур торможения), так и на необходимость
чрезвычайно больших финансовых затрат.
Как было отмечено на конференции ICMAR'2002, несмотря на
заманчивость идей полета из одного континента на другой за 1,5-2
часа, создание пассажирских ГЛА в ближайшем будущем маловероятно.
Такие аппараты могут разрабатываться либо для военных целей, либо
с целью увеличения безопасности полетов и снижения удельной
стоимости вывода различных полезных нагрузок в космос,
составляющей сейчас около 20000 долларов на 1 кг. В конце концов
пытливый человеческий ум найдет выход и из нынешнего сложного
положения. Но когда и как это случится — приходится только
гадать, поскольку в настоящее время нет никакой острой
необходимости в создании новых дорогостоящих ГЛА. В отличие от
предыдущих этапов развития авиационной и ракетно-космической
техники, вероятнее всего, при разработке будущих ГЛА более широко
будут проводиться натурные летные испытания их масштабных и
полноразмерных прототипов, снабженных моделями соответствующих
двигательных установок. Одним из существующих прототипов ГЛА
является исследовательский аппарат NASA Х-43А длиной 3,7 м и с
размахом крыльев 1,5 м. К сожалению, 2 июня 2001 года первая
попытка его летного испытания с включением действующей модели
ГПВРД при скорости М = 7 завершилась неудачей из-за разрушения
разгонной твердотопливной ракетной ступени вскоре после ее
отделения от самолета-носителя.
На ICMAR'2002 доктор Жан Майларт (Нидерланды) подробно рассказал
о другом таком ГЛА, получившем название EXPERT, который
разрабатывается в Центре космических исследований и технологий
Европейского космического агентства ESTEC.
7 июля, в заключительный день работы конференции, состоялась
общая дискуссия по проблемам разработки гиперзвуковых летательных
аппаратов. Открыл дискуссию председательствовавший в этот день
директор ИТПМ СО РАН, член-корреспондент РАН В.Фомин. В своей
вступительной речи он отметил:
— Если смотреть с позиций сегодняшнего дня, может быть, нет
никакой необходимости разрабатывать новые ГЛА. Их разработка
действительно наталкивается на серьезнейшие проблемы, и целью
нашей конференции является как раз поиск возможных путей их
разрешения. Не следует забывать, что в 30-е годы прошлого века
А.Туполев разработал первый отечественный цельнометаллический
самолет, который привел к созданию алюминиевой промышленности
страны, а строительство атомных подводных лодок в 60-х годах
потребовало становления титановой промышленности в СССР. Точно
так же работа над ГЛА может привести к появлению прорывных
технологий в различных отраслях науки и промышленности, а также к
развитию совершенно новых производств.
Затем получил слово "патриарх" американских аэрогазодинамиков,
"всеобщий возмутитель спокойствия" профессор С.Богдонофф. Он еще
раз изложил свои взгляды на возникшую ситуацию:
— Мне кажется, что весь предыдущий опыт разработок авиационных и
ракетно-космических систем и накопленные при этом научные знания
малопригодны для разработок перспективных ГЛА, поскольку при их
полете реализуются совершенно иные условия, и на передний план
выходит необходимость учета химических реакций. Эти реакции
протекают как в камерах сгорания при сверхзвуковых скоростях
потока, так и в обтекающей внешние поверхности аппарата
высокотемпературной плазме. Для достижения новых целей нужны
совершенно иные испытательные установки, новые конструкционные
материалы и более высококалорийные топлива и так далее.
Разработка промежуточных вариантов ГЛА, рассчитанных на числа
Маха М = 6 или 7, не решит стоящих перед нами задач, а может
вылиться лишь в увеличение расходов и потерю времени.
Известные специалисты: В.Гусев (ЦАГИ), В.Копченов (ЦИАМ),
В.Лапыгин (ЦНИИМаш), В.Сабельников (ONERA), Ж.Майларт
(Нидерланды) и Ж.-П.Таран (Франция) во многом были согласны с
мнением профессора С.Богдоноффа, но придерживались более
оптимистических взглядов. Как бы подводя общий итог, академик
Г.Черный сказал:
— К настоящему времени накоплено очень много нужных и полезных
данных, которые обязательно пригодятся при разработке ГЛА
следующих поколений. Сейчас вся проблема заключается не в том,
что мы мало знаем, а в том, что создание ГЛА не является
приоритетной задачей, и на это ни в одной стране мира не
выделяется достаточных финансовых средств.
Конференция ICMAR'2002 прошла в хорошей деловой обстановке и
позволила выявить наиболее острые моменты, встающие перед
аэрогазодинамиками и специалистами авиационно-космической
техники. Многие крайние взгляды, как пессимистические,
преследовавшие наших ученых в последнее десятилетие, так и
слишком оптимистические, уступили реалиям повседневной жизни и в
подавляющем большинстве случаев продемонстрировали полное
понимание и единодушие отечественных и зарубежных ученых.
Кроме чисто научной работы, конференция сопровождалась обширной
программой экскурсионных и культурно-массовых мероприятий. Думаю,
что многим запомнились прекрасные рассказы С.Исупова о древней
истории Алтая и ведущихся в Денисовой пещере раскопках, где
археологи уже углубились до культурных слоев, оставленных
предками древних алтайцев 70 тысяч лет назад. Наверняка все
запомнили и острые моменты интернационального волейбольного матча
"Сборная России" — "Сборная Мира", а также смешные эпизоды
пивного конкурса и "аукциона" реликвий ICMARа.
Успешному проведению конференции ICMAR'2002 во многом
способствовали финансовая поддержка Российского фонда
фундаментальных исследований, авиакомпании "Сибирь", Федерального
научно-производственного центра "Алтай" и Европейского офиса
аэрокосмических исследований ВВС США (EOARD), администрации ИТПМ
СО РАН и активная работа ее непосредственных организаторов —
вице-председателей, профессоров А.Харитонова и В.Лебиги, а также
ученого секретаря конференции, к.ф.-м.н. В.Зиновьева. Конечно,
заслуживают доброго слова все работники международного
научно-туристического комплекса "Денисова пещера", обеспечившие
проживание и высокий уровень обслуживания участников конференции.
Фото автора.
стр.
|
