nit012021

15

ЧЕРНАЯ ПЛАТИНА

В КАРАНДАШНОМ ГРИФЕЛЕ

18

«БРИТАНСКИЙ ЛЕВ»

МОЖЕТ СПАТЬ СПОКОЙНО…

49

ХОЖДЕНИЕ

ЗА ТРИ МОРЯ

59

HOMO SAPIENS

И ДРУГИЕ РАЗУМНЫЕ СУЩЕСТВА

ТИРАЖ: 10 000 экз. ЦЕНА свободная. ДАТА выхода в свет — 25.01.2021 г. ТЕЛЕФОНЫ: +7 960 620-02-14, +7 472-290-17-91

Художник А. Шепс

BB-39 Arizona, 1914 г.

ВВ-37 Oklahoma, 1912 г.

Соединенные Штаты Америки

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций (Св-во ПИ № ФС77-57293 от 27.03.2014) УЧРЕДИТЕЛЬ — Кохан Б. В., ИЗДАТЕЛЬ — Сальников Ю. В.

АДРЕС РЕДАКЦИИ, ИЗДАТЕЛЯ: 308510, Белгородская обл., Белгородский р-н, пгт Разумное, ул. 78-й Гвардейской дивизии, 16/60. ОТПЕЧАТАНО В УКРАИНЕ: ООО «ПАЛП МИЛЛ ПРИНТ», 02094, г. Киев, ул. Мурманская, 7. Тел. (044) 461-84-64

СОДЕРЖАНИЕ АСТРОНОМИЯ, АСТРОФИЗИКА и КОСМОНАВТИКА

Наталья Беспалова Астероидное и лунное вещество в земных лабораториях 4

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Леонид Кауфман Вода закрытых шахт — источник геотермальной энергии. Часть 2

10

ТЕХНОЛОГИИ

Илья Пожидаев Черная платина в карандашном грифеле

26 54

15

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

Сергей Мороз «Британский Лев» может спать спокойно…

18

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

Юрий Каторин Первые сверхдредноуты США

26

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Николай Макаренко Есть ли будущее у двигателя внутреннего сгорания без коленчатого вала со свободным поршнем?

36

18

РОБОТЫ и ДРОНЫ

Сергей Шумилин Кара с небес ― дроны против танков

42

ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ Юрий Каторин Хождение за три моря

49

ВОЕННАЯ АВИАЦИЯ

Андрей Тищенков F-16 Fighting Falcon. Самый распространенный истребитель 4-го поколения. Часть 2

54

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ и АНТРОПОГЕНЕЗ Наталья Беспалова Homo sapiens и другие разумные существа

15

59

ИСТОРИЯ и АРХЕОЛОГИЯ Игорь Белостоцкий Рождение Германии

64

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ Главный редактор: САЛЬНИКОВА Ирина Николаевна Зам. главного редактора: КЛАДОВ Игорь Иванович ЗУБАРЕВ Александр Николаевич. Председатель Всеукраинской

КЮППЕР Вера Владимировна МОРОЗ Сергей Георгиевич ШУМИЛИН Сергей Эдуардович

общественной организации «Украинский совет изобретателей и новаторов», руководитель лаборатории коммерциализации и трансфера технологий НИИИС

Верстка и дизайн: Хвостиченко Татьяна

ЧЕРНОГОР Леонид Феоктистович. Заслуженный деятель науки и

Художник: Шепс Арон

техники Украины, заслуженный профессор ХНУ имени В. Н. Каразина, доктор физ.-мат. наук, профессор, академик АН прикладной радиоэлектроники Беларуси, России, Украины, академик АН высшего образования Украины, лауреат премий СМ СССР, лауреат Государственной премии УССР

МИТЮКОВ Николай Витальевич. Доктор технических наук, чл.-корр.

Академии военных наук (Россия), чл.-корр. Королевской морской академии (Испания), заслуженный деятель науки Удмуртии

ШПАКОВСКИЙ Вячеслав Олегович. Кандидат исторических

наук, доцент Пензенского госуниверситета, член Британской ассоциации моделистов МАFVA, чл.-корр. Бельгийского королевского общества «Ла Фигурин»

Коммерческий отдел: Кладов Игорь, Искаримова Лариса

E-mail: market@naukatehnika.com E-mail для авторов:director@naukatehnika.com Материалы от авторов принимаются только в электронном виде. Рукописи не возвращаются и не рецензируются. Приглашаем к сотрудничеству авторов статей, распространителей, рекламодателей. В случае обнаружения типографского брака или некомплектности журнала, просьба обращаться в редакцию. Журнал можно приобрести или оформить редакционную подписку, обратившись в редакцию. Также, обратившись в редакцию, можно приобрести предыдущие номера журнала.

Мнение редакции может не совпадать с мнением автора. Ответственность за содержание материалов и авторские права несет автор статьи.

4

АСТРОНОМИЯ, АСТРОФИЗИКА и КОСМОНАВТИКА

Минувший 2020 г. был богат событиями, связанными с доставкой на Землю грунта разнообразных небесных тел Солнечной системы. Самый большой ажиотаж вызвала китайская лунная миссия, но буквально за несколько дней до ее успешного завершения в Австралии приземлилась капсула с веществом астероида Рюгу. Ранее, в конце октября, после долгой подготовки наконец удалось сделать забор грунта с астероида Бенну. Этой миссии еще предстоит долгий путь домой. Пожелаем ей удачного возвращения. А теперь подробности.

Н

ачнем, пожалуй, с астероидов. Бенну и Рюгу оба относятся к околоземным астероидам так называемой группы Аполлона. Их путь вокруг Солнца лежит в пределах, очерченных орбитой Марса, оба астероида представляют потенциальную угрозу для нашей планеты, так как их орбита пересекается с земной. За такими небесными телами нужен глаз да глаз. В моменты наибольшего сближения Рюгу отделяет от Земли менее чем 0, 05 астрономических единиц (7, 5 млн км). Бенну и вовсе считается самым опасным для человечества объектом Солнечной системы. Вероятность падения данного астероида на Землю равна 1⁄4000. Впрочем, угроза очень потенциальная. Так, ближайший опасный период, когда мы теоретически можем столкнуться с Бенну, приходится на 2169–2199 гг. Апокалипсис если и наступит, то не сегодня.

Это, конечно, не повод расслабляться, но время подумать, что с этим делать, есть. Вместе с тем астероиды группы Аполлон — сравнительно доступный объект для исследования непосредственно на месте. Лететь туда гораздо ближе, чем к главному поясу астероидов, чей путь лежит между орбитами Марса и Юпитера. Астероиды — именно те небесные тела, на которых ученые рассчитывают найти вещество протопланетного облака, сохранившееся в практически первозданном виде. Рюгу — астероид класса С. Около 75 % всех астероидов Солнечной системы относятся к этому классу. Это очень древние образования, возрастом 4,5 млрд

Автор — Наталья Беспалова 4

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АСТРОНОМИЯ, АСТРОФИЗИКА и КОСМОНАВТИКА

и более лет. То есть они сформировались из протопланетного облака одними из первых. Химический состав астероидов класса С близок к составу Солнца, но отличается дефицитом летучих элементов — гелия и водорода. Бенну относится к более редкому классу В. В целом такие небесные тела довольно близки к астероидам класса С. Как и первые, они богаты углеродом и имеют небольшой отражательный коэффициент. Но некоторые отличия в спектре поглощения указывают на отличия в химическом составе. На какие именно, как раз и помогут выяснить в деталях забранные пробы грунта. До сих пор изучение этого вопроса происходило либо дистанционно, с помощью спектрального анализа, либо на основе материала, который давали их осколки — хондритовые метеориты. Но эти последние, естественно, содержат в себе земные загрязнения. Кроме того, проходя через земную атмосферу, они испытывают на себе такое температурное воздействие, что это не может никак не сказаться на их структуре и минеральном составе. Пробы, привезенные непосредственно с астероида, должны дать гораздо больше информации о тонкостях их химического и минерального состава. Надо сказать, именно в тонкостях кроются ответы на самые интересные вопросы. Как стало известно сравнительно недавно, уже самые древние из сохранившихся земных пород возрастом около 4 млрд лет содержат в себе останки бактерий. Бактерия, живая клетка, — это очень сложный, я бы сказала, запредельно сложный уровень развития органической химии. Воспроизводить процесс ее возникновения в химической лаборатории мы пока не умеем. Есть основания предполагать, что процесс этот был запущен еще в протопланетном облаке. Именно там могли возникнуть первые пребиотические системы, химические системы, способные проходить естественный отбор и самопроизвольно усложняться. Для таких процессов могут быть важны тончайшие нюансы химических и физических условий. Например, в ряде случаев, для того чтобы произошло усложнение, нужно присутствие веществ-стабилизаторов, сравнительно редких химических элементов. Тщательно изучив астероидное вещество в лаборатории, ученые смогут получить много новой информации о том, как возникают «кирпичики жизни» и приблизиться к разгадке тайны ее (жизни) возникновения. Возможно, даже смогут этот процесс воспроизвести.

понятие — полость Роша. Французский астроном Эдуар Альбер Рош ввел ее для системы двойных звезд. Грубо говоря, она означает область, в которой собственное притяжение звезды гораздо существеннее, чем притяжении звезды-компаньонки. Но этот термин может быть применен шире. В отношении Бенну говорят о вращательной полости Роша, области, где векторы гравитационных сил распределены привычным для нас образом, перпендикулярно поверхности. Она так мала, что не охватывает астероид со всех сторон, а составляет лишь ограниченную область в районе экватора. Для наглядности исследователи предлагают представить, что, находясь на поверхности Бенну, вы поскользнетесь на банановой кожуре. Вам очень повезет, если такая неприятность случится в пределах полости Роша. В этом случае вы просто шлепнетесь на его поверхность. А вот за ее пределами все может кончиться куда печальнее. Вас понесет в направлении экватора, причем не исключено, что экватор вы с разгону проскочите, и вас вынесет на орбиту и дальше в космос. Мало того, похоже, что полость Роша на Бенну постоянно сужается. От такой жизни и так небольшой (0,56 км в диаметре) астероид постоянно теряет свое вещество, так что не исключено, что со временем проблема исходящей от него угрозы рассосется сама собой. Отметив все эти странности, OSIRIS-Rex приступил к поиску площадки для забора грунта. Задача оказалась очень непростая. Мало того, что гравитация выделывает фокусы, так еще и грунт оказался не таким, как предсказывали. Исходя из суточного изменения температуры, думали, что там повсюду песок, а оказалось — астероид покрыт крупными валунами, и с ровными посадочными

Аппарат OSIRIS-REx

БЕННУ Миссия NASA отправилась к Бенну 8 сентября 2016 г. Космический аппарат носит имя Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer (OSIRIS-REx). В декабре 2018 г. он добрался до места назначения. Планетка оказалась странная, с причудливыми фокусами гравитации. Баланс центростремительных и центробежных сил на бешено вращающемся Бенну очень хрупок. В астрономии есть такое — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Астероид Бенну постоянно теряет свое вещество naukatehnika.com

5

АСТРОНОМИЯ, АСТРОФИЗИКА и КОСМОНАВТИКА

площадками, на которых можно легко забрать небольшую порцию грунта, на нем очень неважно. К середине лета 2019 г. выбрали четыре потенциальных места посадки, получили их детальные снимки. Всем четырем, как и всему астероиду, дали птичьи имена: Скопа, Кулик, Зимородок, Соловей. Но кто из них будет счастливым избранником, долго оставалось неясным. Сложности везде ожидали немалые. Выбранные для посадки пятачки все были крохотные, не более 20 м в ширину, хотя изначально рассчитывали на «аэродром» не меньше 150 м. Наконец, после долгих колебаний, в качестве основного места посадки была выбрана область «Соловей», а область «Скопа» — в качестве резервной. Затем последовал еще ряд разведывательных полетов, каждый раз на меньшей высоте. 20 октября 2020 г. космический аппарат Osiris-Rex вплотную приблизился к намеченной площадке. Операция не предполагала полноценной посадки на астероид. Процесс забора грунта проходил в автоматическом режиме, управлять им с Земли было невозможно, поскольку из-за большого расстояния (около 330 млн км) сигнал запаздывал на 18,5 минуты. Ученые опасались, удастся ли зонду забрать запланированные 60 г. Спустя два дня после операции на Земле были получены снимки коллектора проб. Он выглядел заполненным под завязку, астероидного вещества собрали сотни граммов. Контейнер погрузился в грунт глубже, чем рассчитывали, где-то на 48 см. Это не так хорошо, как может показаться на первый взгляд. Материала оказалось даже слишком много, так что контейнер не закрывался как следует. В связи с этим программу миссии решили изменить, так как любое лишнее перемещение могло привести к потере уже собранного астероидного вещества. Перенос проб в возвращаемую капсулу планировался на начало ноября, но его провели в срочном порядке. 29 октября NASA сообщило, что капсула приняла грунт с небольшими потерями, успешно запечатана и ждет отправки на Землю. Ближайшее окно, для того чтобы начать обратный путь, приходится на март 2021 г. Возвращение миссии ожидается в сентябре 2023 г.

РЮГУ

За изучение астероида Рюгу взялись японцы. Миссия «Хаябуса-2» является частью большой программы по изучению астероидов. Ее предшественница «Хаябуса-1» вернулась с астероида класса S Итокава в 2010 г. Он стал первым астероидом, с которого на Землю были доставлены образцы грунта. «Хаябуса-2», сбросив возвратную капсулу, не собирается уходить на покой, а направляется к новой цели.

Рюгу. На фото отмечены точки — кандидаты на место соприкосновения. Была выбрана точка L08

6

naukatehnika.com

Область «Соловей»

Миссия стартовала с японского космодрома Танэгасима в декабре 2014 г., сближение с астероидом произошло в конце июня 2018 г. В первой половине июня зонд изучал поверхность астероида с расстояния примерно 20 км. Потом начал постепенно снижаться, чтобы высадить «пассажиров». В сентябре-октябре высадка трех роверов состоялась, и на Землю были переданы первые снимки с поверхности. Два контейнера с роверами были сброшены 21 сентября 2018 г. с высоты 55 м. Поскольку гравитация на Рюгу очень невелика, свободное падения с такой высоты им не повредило. Обе машины относятся к серии MINERVA (Micro Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid). Они довольно миниатюрны, масса каждой составляет 1,1 кг, имеют форму цилиндра 18 см в диаметре и 7 см в высоту. Малый вес в условиях слабой гравитации позволил выбрать для них необычный способ передвижения. У роверов нет ни колес, ни гусениц, и они перемещаются с места на место прыжками, используя вращательный момент скрытого в корпусе механизма. При этом один-единственный прыжок может покрывать расстояние до 15 м. Снимки, переданные на Землю в день высадки, были сделаны в прыжке, отчего оказались смазанными.

3 октября «Хаябуса-2» высадила на Рюгу третий исследовательский аппарат, созданный аэрокосмическим центром Германии с участием Франции. Он носит название MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout). MASCOT несколько крупнее своих предшественников (масса 9,6 кг, размеры 29,5 см × 27,5 см × 19,5 см), но тоже передвигается прыжками. Однако забор грунта осуществлялся не роверами, а непосредственно орбитальным аппаратом «Хаябуса-2», который вошел в соприкосновение с поверхностью 22 февраля 2019 г. При выборе площадки учитывался целый ряд факторов. Точка соприкосновения должна быть достаточно освещена Солнцем, чтобы обеспечить нормальную работу солнечных панелей, и в то же время поверхность не должна быть разогрета слиш— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АСТРОНОМИЯ, АСТРОФИЗИКА и КОСМОНАВТИКА

Участок, выбранный для забора грунта

ностью автоматизированном маневре его точность не слишком велика. Следовательно, надо позаботиться о том, чтобы промах на десяток-другой метров не привел к неудаче. С нужным количеством солнечной радиации особых проблем не возникло, а вот с ровными площадками на Рюгу, как и на Бенну, оказалось неважно. Пришлось даже вносить усовершенствование в навигационную систему. Изначально она предусматривала погрешность в 50 м. Но найти, как планировали, стометровую ровную площадку не получилось. Тогда стали вводить более точные методы навигации, добились погрешности в 15 м, принялись искать тридцатиметровую площадку и снова не преуспели. Финальный вариант навигационной системы давал погрешность всего 2,7 м и для него нашли площадку 6 м в диаметре, где не было валунов более 50 см в высоту. Зонд забрал грунт с поверхности и вернулся на околоастероидную орбиту, чтобы подготовиться к следующему этапу операции. Теперь предстояло добыть вещество из более глубинных слоев. Для того чтобы добраться до пород, скрытых под поверхностью использовали не бурение, а решили создать небольшой искусственный кратер. Выбранный участок сначала тщательно засняли. Затем в поверхность астероида выстрелили с высоты 500 метров и тщательно проверили, какие изменения произошли с пейзажем. Выстрел был произведен 5 апреля 2019 г., а 11 июля зонд «Хаябуса-2» повторно сел на астероид в 20 метрах от кратера, который образовался при сбросе бомбы с аппарата, чтобы собрать обломки грунта и отвезти их на Землю. 13 ноября 2019 г. аппарат сошел с орбиты астероида и отправился в обратный путь, который занял гораздо меньше времени, чем дорога к Рюгу. 5 декабря 2020 г. капсула с грунтом успешного приземлилась. Сейчас образцы уже находится в лаборатории. Вскрыв внешний контейнер, ученые обнаружили частицы сажистого вещества, размером с песчинки. Во внутреннем контейнере, кроме черного астероидного песка, имеются еще и более крупные гранулы. И (большая удача) «Хаябуса-2» умудрилась захватить образцы газа, очевидно, образовавшегося в ходе каких-то геологических процессов на астероиде.

ЛУНА Фото поверхности, сделанное «Хаябусой-2» через минуту после забора грунта

Капсула с грунтом Рюгу

ком сильно. Высокая температура могла повлечь за собой неисправности аппаратуры. Нужно было выбрать площадку без крупных валунов, и она должна была быть достаточно обширна. При пол— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

24 ноября 2020 г. с китайского космодрома Вэньчан стартовала очередная лунная миссия. Космический аппарат «Чанъэ-5» отправился к Луне, чтобы забрать около 2 кг лунного грунта и вернуться с этим грузом. Забор грунта произошел 1 декабря. 6 декабря восходящий аппарат миссии автоматически состыковался с кораблем, возвращающим образцы с орбиты Луны. Контейнер с лунным веществом был перенесен с восходящего устройства на транспортное средство для возврата на Землю. Чуть больше недели «Чанъэ-5» продолжала вращаться вокруг Луны, ожидая подходящего окна.

14 декабря аппарат начал свой путь на Землю, который благополучно завершился 16 декабря. Впервые вещество с поверхности Луны было доставлено на Землю в 1969 г. американскими астронавтами на борту корабля «Апполон-11». Тогда его привезли 21,7 кг. В ходе всей миссии «Аполлона» земные лаборатории получили в свое распоряжение 382 кг. В сентябре 1970 г. советская автоматическая станция «Луна-16» также доставила на Землю 101 кг лунного грунта. Всего советские миссии добыли 324 кг. Последняя партия — в августе 1976 г. (миссия «Луна-24»). С тех пор лунный грунт на Землю не доставляли ни разу. Изучение нашего естественного спутника перешло в вялотекущую фазу, которая, похоже, завершилась в связи с появлением на этом поле нового игрока. Успехи лунной программы Китайской народной республики, безусловно, впечатляют. Миссия КНР «Чаньэ-3» начала работу в Море naukatehnika.com

7

АСТРОНОМИЯ, АСТРОФИЗИКА и КОСМОНАВТИКА

Пик Рюмкера

Дождей в декабре 2013 г., что положило конец сорокалетней паузе в истории лунной гонки. Она завершилась в августе 2016 г. Следущая миссия — «Чанъэ-4» — стала первым земным аппаратом, прилунившимся на обратной стороне нашего спутника. Миссия включает стационарную станцию и ровер «Юйту-2». С ее помощью провели ряд интереснейших геологических исследований, обнаружили частицы мантийного вещества и ударного стекла на лунной поверхности. Также на борту «Чанъэ-4» провели биологический эксперимент. Там находится замкнутый контейнер с семенами хлопчатника, рапса, картофеля, резуховидки. Туда же поместили яйца дрозофилы и дрожжевые грибки. Камера была снабжена системой контроля тепла, поддерживающей температуру 25 градусов Цельсия. Сразу после прилунения семена были политы водой. В результате было зафиксировано прорастание одного из семян хлопка. Продолжения эксперимент не получил, поскольку при переводе модуля в спящий режим питание контейнера отключили. И вот теперь — забор грунта и доставка его на Землю. Задача, которую поставили китайцы, не сводится к тому, чтобы просто добыть свои собственные два килограмма лунного грунта, она шире. Во времена первых «Аполлонов» любой лунный грунт был исключительной ценностью, а его доставка невиданным успехом. Поэтому место посадки выбирали, исходя в основном из соображений ее безопасности. Геологические особенности района оценивались прежде всего с точки зрения рельефа. Во время последних пилотируемых миссий уже стремились заполучить древние породы, чтобы составить более полное представление о возрасте и происхождении нашего спутника. Китайцы же взялись добыть молодые породы. Для этого выбрали регион гор в северозападной части видимой стороны Луны, хранящий следы бурной вулканической деятельности. На сегодняшний день всякая геологическая активность на Луне отсутствует. Движение тектонических плит прекратилось там более трех миллиардов лет назад, но вулканическая деятельность продолжалась гораздо дольше. Есть даже не до конца проверенные гипотезы, что действующие вулканы существовали на нашем спутнике всего сотни, а то и десятки миллионов лет назад. Но достоверная дата наиболее молодого лунного вулканизма — 1,5 млрд лет. Для забора грунта выбрали регион с его отчетливыми следами.

8

naukatehnika.com

Спускаемый модуль «Чанъэ-5»

Самый заметный геологический объект на местности — пик Рюмкера представляет собой щитовой вулкан до 70 км в поперечнике и высотой 1,3 км. Для посадки выбрали местность на равнине северо-восточнее пика, покрытой молодым вулканическим грунтом. Возраст поверхности небесного тела чаще определяют по количеству на ней кратеров. После первого бурного миллиарда лет существования Солнечной системы интенсивность метеоритной бомбардировки в большом временном масштабе — величина более-менее постоянная. Следовательно, если на поверхности мало кратеров, значит, она новенькая, и кратеры просто не успели образоваться. Именно так определяли возраст равнины в районе пика Рюмкера. Но, заполучив вулканический грунт, ученые надеются разработать более надежный и точный метод датировки с помощью изотопного анализа. Также это исследование даст дополнительную информацию о лунном ядре, о силе магнитного поля, о вулканизме и в целом эволюции нашего естественного спутника.

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

ВОДА ЗАКРЫТЫХ ШАХТ — (Окончание. Начало см. в № 12 2020 г. «Науки и Техники»)

ИСТОЧНИК ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ Часть 2 ЭНЕРГИИ

В

последние десятилетия добыча угля Проходческие и добычные работы, проведенные при добыче во многих регионах сократилась, вызвав угля, создали в массиве пород увеличенную гидравлическую прозакрытие шахт. Шахты во Франции, Герницаемость. У шахты еще во время работы накоплен опыт откачки мании, Великобритании, Нидерландов, 4 млн м3 в год с температурой около 25–30 ⁰С с глубины 1 000 м. Температура породного массива на глубине, достигнутой горПольши, Испании, Словакии, Украины ными работами, 1 200 м может составлять 30–50 ⁰С и служить осномогут стать базой и объектами детального изучевой для сезонной системы аккумулирования тепла. В шахте имения и развития геотермального использования ется 141 км подземных маршрутов с общей площадью добычи подземного пространства. угля — 165 км2, что позволяет создать большую объемную вмеМы уже писали, что после закрытия шахты ее стимость для аккумулирования тепла. Подземные работы связаны выработанное пространство становится резервус поверхностью четырьмя вертикальными стволами и конвейераром подземных вод, подогреваемых геотермальным наклонным стволом. ной энергией. Уровень подземных вод в центральной и северной частях отраОтработанные и затопленные шахты представботанной площади ожидается на глубине 600 м. Это означает, ляют собой большой потенциал для использования геотермальной энергии низкотемпературной воды из подземных пространств, образовавшихся в результате отработки угольных пластов. Университетом Бохума в Германии разработан концептуальный проект аккумулирования тепла в закрытой шахте Проспер-Ханиэль угольного района Рур, земля Северный Рейн-Вестфалия. Основанная в 1863 г. шахта добывала 3 млн т угля в год и закрылась в 2018 г. после прекращения государственных субсидий.

C конца 2018 по 2021 гг. для шахты будет Фрагмент схемы вскрытия шахты Проспер-Ханиэль продолжаться процесс сворачивания (наклонный конвейерный и вертикальные стволы): горных работ, после чего до 2035 г. резерsohle (нем.) — горизонт; floz (нем.) — пласт; вуар заполнится шахтной водой. forderberg (нем.) — наклонный ствол

Автор — Леонид Кауфман 10

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

что энергия, необходимая для откачки этого объема, сильно превысит полученную термальную энергию, даже если температура воды достигнет 35 ⁰С. Возможное повышение температуры откачиваемой воды и эффективности работы общей схемы могут быть созданы хранением сезонного тепла других источников в подземных структурах шахты, что пока не осуществлено. Шахта Проспер-Ханиэль обладает некоторыми преимуществами для решения этой задачи:

33 шахта пока продолжает работать, ее основные выработки и полости доступны. Пути движения воды созданы добычей угля и необходимостью проведения для этого породных и пластовых выработок. Эти пути доступа, включая стволы и другие выработки, созданные в результате инженерной деятельности по добыче угля, продолжают поддерживаться в рабочем состоянии; 33 высокая плотность населения в районе, примыкающем к шахте, определенно будет хорошим рынком для принятия тепла, сохраняемого под землей. Это тепло может быть использовано для снабжения жилых районов и коммерческих предприятий. В концептуальном проекте описаны конкретные детали такого решения: тепло хранится на шахтном горизонте 7, примыкающем к стволу 10. Анализ устойчивости пород в которых размещается подземное термальное водохранилище на горизонте 7 показал, что здесь ожидается их значительно меньшая конвергенция (сближение кровли

Выработанное пространство (коричневый цвет) объединенных шахт Проспер и Франц Ханиэль:

Forderschacht — наклонный ствол, sonstiger Schacht — вертикальные стволы 1, 2, 9, 10

Копер шахты Проспер-Ханиэль

Резервуар шахтной воды на 7-м горизонте шахты Проспер-Ханиэль:

HT-MTES (High Temperature-Mine Thermal Energy Storage) — проект хранения термальных вод,

Конвейерный ствол шахты Проспер-Ханиэль — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

dams — перемычки, shaft — вертикальный ствол, mine drainage― дренаж шахтной воды.

Красным показаны горные выработки, заполненные водой и создающие резервуар, расположенный между стволами 9 и 10. Синим — обходная дренажная выработка

naukatehnika.com

11

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Использование 7-го горизонта шахты Проспер-Ханиэль для сезонной системы хранения тепла:

injection of excess... — ввод излишнего тепла летом, seasonal — сезонный,

production of stored... — извлечение хранимого тепла зимой, heat storage — хранимое тепло

и почвы основных выработок и полостей), чем на добычных участках шахты. Породный массив этого горизонта на глубине 1 159 м, вскрытый, но не испытавший влияния добычных работ, будет нагрет до температуры 50 ⁰С. Избыток тепла, источником которого может служить, например, биогаз, летом хранится в подземных выработках, а затем расходуется зимой для отопления и горячего водоснабжения локальной сети поселков, прилегающих к шахте. Биогаз получают из биоотходов при водородном или метановом брожении биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Биогаз может использоваться для любых отопительных целей, например, для приготовления пищи. Осуществление этого проекта требует наличия большого объема воды, для того чтобы хранить большой запас тепла. Этот объем должен быть надежен, экономически эффективен, интегрирован в городскую сеть инфраструктуры. Для обеспечения экономической эффективности комплекс должен функционировать 40–50 лет. Город Хеерлен расположен на юго-востоке Нидерландов. Муниципалитет Хеерлен занимает площадь 45,53 км2, его население составляет 88 000 человек. В конце XIX — начале XX в. Хеерлен стал центром угледобывающей промышленности Нидерландов. Уголь был обнаружен в 1874 г., а добыча продолжалась до 1975 г.,

Схема технологии проекта Mijnwater-1:

System — система извлечения энергии, Hot — горячий, Warm — теплый,

12

naukatehnika.com

flooded coal measure — затопленное пространство угольного пласта

когда шахты начали закрываться. В результате регион пережил эпоху экономического, социального и культурного упадка. Новой вехой развития города стал проект Mijnwater — инициатива по откачке шахтных вод, которая началась в 2003 г. с концепции использования воды затопленных шахт как геотермального источника устойчивой энергии. В отличие от добычи угля, проект Mijnwater представляет собой инновационную зеленую технологию. В 2003–2008 гг. была разработана технология первого этапа Mijnwater-1. На этом пилотном этапе изучались возможности извлечения экологически чистой геотермальной энергии шахтных вод для отопления и охлаждения наземных объектов. Были пробурены пять скважин: по две для теплой и холодной воды и одна — посредине этих четырех скважин. Скважины для откачки теплой воды с температурой 28 ⁰С пробурены на глубину 700 м, холодной воды с температурой около 16 ⁰С — до глубины 250 м. Пятая скважина глубиной 350 м посредине территории экспериментального участка используется для возвращения в горный массив теплой воды с температурой 18–22 ⁰С после операционного цикла.

1-й этап эксперимента продолжался до 2012 г. Геотермальная энергия использовалась офисом Центрального статистического бюро площадью 22 000 м2 и комплексом жилых зданий, супермаркетов, офисов, общественных объектов площадью 30 000 м2. Испытания показали отличные экономические и экологические результаты, но они имели некоторые недостатки. Один из них — ограниченная гидравлическая и тепловая производительность системы, другой —система не управляется спросом. Это означает, что система может снабжать потребителя холодной водой только летом (апрель — сентябрь) или теплой водой только зимой (октябрь — март). Отмечалась также неустойчивость во взаимодействии работы скважин. Проект не мог обеспечивать обмен энергией между строениями. В связи с этим началась разработка проекта Mijnwater-2, который предусматривает устранение недостатков предыдущего варианта. Система Mijnwater-2 преобразовала пилотный проект в развитую сетевую систему. По предварительным оценкам, в 2015 г. территория, обслуживаемая Mijnwater-2, составит 500 000 м2. В муниципалитете Хеерлен это приведет к сокращению выбросов углекислого газа на 65 %. Для достижения нулевого уровня выбросов углерода предполагается разработка перспективной схемы Mijnwater-3. Компанией Ropak Can Am Ltd (производство пластиковой упаковочной продукции) отопление и охлаждение производственных помещений в Спрингхилле, штат Новая Шотландия, Канада, производится с использованием воды трех затопленных шахт. Вода с температурой 18 ⁰С перекачивается с производительностью 4 л/с через систему тепловых насосов и после использования сбрасывается в другую отдельную, но связанную горными выработками шахту. Годовая экономия энергии объектов этого производства, зани— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Представление художника о проекте Mijnwater-2:

clusters with mix... — группа зданий смешанных видов, cluster connections — группа связей, backbone — опорная трубная система,

ATES warm wells — скважины теплой воды геотермальной технологии с открытой петлей, ATES cold wells — скважины холодной воды, геотермальная технология

Расположение города над шахтами (сплошными линиями показаны выходы пластов на поверхность земли)

Разрез по угольным пластам района Спрингхилл (сплошными линиями показаны разрабатываемые участки пластов, пунктиром — неразрабатываемые):

Sea level — уровень моря

Схема водной системы шахт Спрингхилл:

after use... — после использования вода возвращается к шахте № 3 при температуре около 13 ⁰С (зимой) или 23 ⁰С (летом), ground level — уровень земли, mine — шахта, supply well... — по скважине к системе подается вода с температурой 18 ⁰С,

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

approximate water level — примерный уровень воды, direction of flow — направление потока, 4 km to bottom — полная длина 4 км, interconnecting tunnels — связывающие туннели, depth of well — глубина скважины 140 м

мающих территорию более 7000 м2, составляет 600 000 кВч. Хотя идея использования шахтной воды как источника тепла, не нова в Старом Свете, в Канаде подобные установки ранее не применялись. Свыше 200 лет подземная добыча угля в Новой Шотландии оставляла многие квадратные километры старых горных работ, часто расположенные под городами, которые росли между надшахными наземными зданиями и копрами. В течение многих лет подземные пространства отработанных угольных пластов заполнялись водой. Шахты разрабатывали от одного до семи параллельных пластов. Наибольшая глубина горных работ достигла 1 350 м. На рисунке «Разрез по угольным пластам района Спрингхилл» показано расположение города относительно выходов пластов на поверхность и подземных горных работ. Здесь прерывистыми линиями обозначено выработанное пространство пластов. Непосредственно над горными работами расположена западная часть города Спрингхилл. Анализ показал, что часть города — так называемый «Индустриальный парк» — находится в лучшем месте для использования ресурсов шахтной воды. В западной части города, включая площадь вокруг мэрии, возможно бурение вертикальных скважин на горизонты пластов 6 и 7. В шахтах Спрингхилл пространство, заполненное водой, равно 4,2 х 106 м3. Объем воды, откачиваемой из шахт, составляет 1000 м3/сут. Уровень воды поддерживается на глубине 50 м от поверхности. Теплая шахтная вода откачивается по пластовой наклонной выработке шахты 2 длиной 4 км, пройденной под углом 320, а затем поступает по скважине с горизонта 140 м в теплообменную установку. В течение отопительного сезона тепловые naukatehnika.com

13

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

насосы извлекают тепло, снижая температуру воды с 18 до 13 ⁰С. Затем вода возвращается в шахту на горизонт 30 м через инъектирующую скважину. В летний сезон десять тепловых насосов передают шахтной воде тепло воздуха, таким образом охлаждая его. Поскольку шахты связаны старыми горными работами на разной глубине, вернувшаяся вода рециркулирует. Эффективность извлечения термальной энергии достигает 70 %. За годы ее использования общее число предприятий, потребляющих эту энергию, достигло восьми, в том числе ресторан пиццы, изготовители котлов и свинцовых аккумуляторов и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Великобритания стала первой страной в мире, которая официально взяла на себя обязательство прекратить добычу угля. Ископаемое топливо в стране резко сократилось за последние 10 лет, а его вклад в производство электроэнергии в Великобритании упал более чем на 80 % с 2012 г. К октябрю 2024 г. предусмотрено ограничить выбросы угольных электростанций или полностью их закрыть при отсутствии технологии улавливания углерода. Франция планировала поэтапно отказаться от угольных мощностей к концу 2022 г., но ее нынешнее правительство, избранное после того как решение было принято, еще не разработало какой-либо конкретной политики, направленной на достижение этой цели.

Однако президент Эммануэль Макрон подтвердил свое намерение довести эту цель до конца, назвав 2021 г. новым крайним сроком. К концу 2016 г. Канада объявила, что к 2030 г. она исключит уголь из своего энергобаланса. В четырех из 10 провинций страны работают угольные электростанции, на которые в совокупности приходится около 10 % общих выбросов диоксида углерода СО2. Германия исторически была одним из крупнейших производителей угля в Европе, но у нее есть планы поэтапного отказа от всех угольных предприятий к 2038 г. Стране потребуются инвестиции в размере около 45 миллиардов долларов, чтобы снизить зависимость от угольных электростанций, на которые приходится 40 % производства электроэнергии в Германии. Дания подтвердила свое обещание прекратить использование угля к 2030 г., Финляндия предполагает отказаться от использования угля к маю 2029 г. Такую же политику с 2016 г. проводит Бельгия. Многие другие планы в настоящее время находятся в разработке по всему миру. Исследование, спонсируемое Министерством энергетики США, показало, что геотермальное тепло от шахт может быть многообещающим источником обильной дешевой энергии по всей территории США. В США насчитываются тысячи заброшенных шахт на частных и федеральных участках земли, и большинство из них уже не работают и затоплены. Угольные шахты — самые вероятные кандидаты на получение геотермальной энергии, поскольку они наиболее доступны.

НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ

Nokia развернет 4G-сеть на Луне для NASA В рамках соглашения американское агентство выделило Nokia $14,1 млн. Компания построит первую космическую LTE/4G-сеть, которая обеспечит более надежную передачу данных на поверхности Луны на более дальние расстояния и с более высокой скоростью, чем позволяют нынешние стандарты радиосвязи. В дальнейшем сеть будет усовершенствована до 5G. По словам исследовательского центра Nokia, вышки сети будут более компактны и энергоэффективны, чем действующие на Земле. Сеть будет поддерживать дистанционное управление и навигацию луноходов, а также прямую трансляцию видеопотока в высоком разрешении. Она сможет использоваться, например, для коммуникации NASA с космическими аппаратами на Луне и космонавтов, исследующих поверхность спутника, — с базой. Также сеть Nokia будет устойчива к воздействию экстремальных температур, радиации, условиям космического вакуума и сильным вибрациям, создаваемым ракетами при пуске с Луны. Сроки реализации проекта не названы. Известно, что NASA планирует развернуть на Луне постоянную базу к 2028 г.

14

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНОЛОГИИ

ЧЕРНАЯ ПЛАТИНА В КАРАНДАШНОМ ГРИФЕЛЕ «Если в трубе загорелась сажа, надобно бросить через верхнее отверстие вниз гуся, который, погибая, собьет пламя крыльями»… Таков «рецепт» супротив внезапного техногенного несчастья, прописанный в семейной тетради родителей великого русского классика Николая Васильевича Гоголя. Ах, если б все взаправду было так запросто! Оказывается, у черной сыпучей субстанции в трубе ― есть своя формула и своя производственная технология. О них неплохо бы знать. Без суеверий, догадок и мифов.

О ЧЕМ ВООБЩЕ РЕЧЬ? Сажа — это один из возможных «образов» свободного углерода, который, в свою очередь, существует в виде двух кристаллических форм: алмаза и графита. Эти два вещества, кажется, не имеют друг с другом ничего общего. Алмазными сверлами можно резать металл, тогда как графит крошится уже при малейшем надавливании. Как ни странно, копоть в дымовой трубе и драгоценность, стоимость которой исчисляется подчас многими десятками миллионов рублей, — родные братья. Только появляются на свет они по-разному и в разных условиях. Графит, т. е. интересующую нас сажу, получают путем разогрева антрацита, то бишь лучшего сорта каменного угля, в печке — без доступа воздуха. Также характерная черная порошкообраз-

ная субстанция содержится в граните и в пирите. В природе встречаются даже крупные графитовые залежи. На Урале, в Забайкалье, в Хабаровском крае, в Мурманской области, в Бурятии. В природе вещество образуется в результате пиролиза, т. е. тогда, когда в глубинные залежи вовсе не поступает кислород — и происходит термическое разложение. При этом не требуется запредельных температур и запредельного же давления. Многим из нас графит хорошо знаком со школьной скамьи. В виде простых грифельных карандашей. Их стержни очень быстро стираются под ноль и ломаются тут же — при любом резком движении пишущего или рисующего. Рассыпающийся в руках, непрозрачный и черный материал может, однако, пре-

вратиться в запредельно твердый, бесцветный и прозрачный. Иными словами, перейти в алмазную стадию. Ведь алмаз — это тот же самый графит, просто при сумме строго определенных условий, которые на него воздействуют. Для формирования алмазов необходимы: во-первых, значительная глубина (от 120 до 200 км); во-вторых, экстремальные температуры (от 1 100 до 1 300 ⁰С); в-третьих, гигантское давление (от 35 до 50 кбар). Если все эти условия совпадут, то графит переродится в алмаз. Но дачная печка, равно как и заводская домна, — такого позволить не могут: в них не хватает ни давления, ни температуры. Кабы хватало — тогда бы при каждом прогреве помещения из котла пришлось бы вынимать алмазы, словно карто-

Автор — Илья Пожидаев — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

naukatehnika.com

15

ТЕХНОЛОГИИ

Кристаллическая решетка алмаза (слева) и графита (справа)

фелины. Но нет: печи выдают черную порошкообразную массу. Графит и алмаз отличаются друг от друга кристаллическими решетками. Оттого-то столь явно разнятся свойства и внешний вид. В алмазе расстояние между атомами одинаковое. В графите атомы, если взглянуть на них под микроскопом, образуют своего рода «этажи». Как видно, горизонтальные слои значительно отстоят друг от друга. Это, собственно, и обуславливает хрупкость данного материала. Взаимодействия между слоями графита осуществляются за счет вандерваальсовых сил, энергия которых — 0,8–8,16 кДж/моль. Проще говоря, контакты между молекулами весьма слабы и неустойчивы. Потому-то графит столь хрупок. Стоит лишь нерадивому ученику надавить на грифель слишком уж рьяно — как связи разрушатся. Грифель поломается и раскрошится. На алмаз же — дави не дави: его так запросто не раскрошишь. При этом, что интересно, формулы алмаза и графита полностью совпадают: C, или углерод. С химической точки зрения, совершенно одинаково: что черная грязь в печной трубе, что драгоценность, переливающаяся всеми цветами радуги и стоящая баснословных денег. Первые попытки целенаправленного получения копоти предпринимались еще на рубеже XIX-XX вв., а с 1920-х гг. они кратно активизировались, осо16

naukatehnika.com

бенно в Советском Союзе. В основном сажа получается из жидких нефтепродуктов, газов нефтепереработки, а также из попутных газов. В СССР производили 14 марок сажи, нынешний российский ГОСТ предусматривает всего 10. В зависимости от способа получения характерный черный субстрат маркируется индексами «П», «К» и «Т»: соответственно, печная, канальная и термическая. Печная сажа образуется в результате сжигания природного газа в специальных печах при недостатке воздуха. Канальный способ предусматривает горение углерода в диффузионном пламени, т. е. в огне, подаваемом без его предварительного смешения с воздухом. При этом происходит термоокислительное разложение природного или попутного газа и осаждение его на охлаждающих лотках, или «каналах», — отсюда, собственно, и название. Наконец, термическая сажа получается в результате очень медленного разложения углеводородов при температуре от 800 до 900 ⁰С. Но зачем, спрашивается, специально генерировать всякую грязь? Она ведь банально опасна для здоровья!..

ВРЕД И ПОЛЬЗА ОТ САЖИ Копоть оказывает на человеческий организм разрушительное воздействие. Обильное вдыхание выхлопных газов CO, CO2, NO, NO2 отра-

вит легкие и всю систему кровообращения, что приведет к летальному исходу. Да и просто избыточное вдыхание сажи определенно не идет на пользу. Люди, проживающие вблизи автомобильных магистралей и промышленных производств — особенно в местах их повышенного скопления — чаще других страдают заболеваниями сердечно-сосудистой и дыхательной систем. ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России отмечает, что онкологические заболевания напрямую зависят от экологичности места жительства. Опасность сажи состоит в том, что ее частицы ничтожно малы: меньше микрона. При вдыхании они легко влетают в кровоток огромными для нашего тела порциями, в результате чего разрушаются сосуды и альвеолы. Медицина пока не научилась побеждать негативное воздействие выхлопных газов и продуктов сгорания на организм. Потому-то в последнее время все чаще появляются призывы к экологически чистым производствам и экологически чистому транспорту. Частички можно даже не вдыхать. Они настолько малы, что для серьезных негативных последствий достаточно их простого, но систематического попадания на не прикрытые одеждой участки тела. Известно, что трубочисты гораздо чаще всех прочих страдают раком кожи. Чрезвычайно опасно попадание сажи в глаза. Если такая неприятность все-таки стряслась, нужно немедленно и тщательно промыть глаза, а при воспалении — как можно скорее обратиться к врачу. Сажа содержит в себе колоссальные потенциальные угрозы и применительно к самим производственным процессам. Графит, равно как, кстати, и алмаз, можно перевести в стадию углекислого газа. Применительно к графиту для этого достаточно температуры свыше 400 ⁰С. Поэтому надо все время быть на чеку, дабы в буквальном смысле не задохнуться. При этом воспламеняется сажа лишь при почти девятикратно большей температуре, а именно начиная от 3 500 ⁰С. Родители Николая Васильевича Гоголя были неправы. В том плане, что пламя от сажи никак не потушить, сбрасывая в дымоход живую утку. Несчастная просто-напросто заживо сгорит. Более того, тело утки, особенно если та упитанна, может заблокировать дымоход – и последний моментально разорвет в клочья под плотным давлением газов. Хорошо, что не все суеверия доводится применять въяве.

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ТЕХНОЛОГИИ

Но не будем, пожалуй, концентрироваться строго на печали, унынии и ипохондрии. Благо, сажа наделена еще и созидательным потенциалом, который при нынешнем устройстве мировой экономики трудно переоценить. Продукт печного сгорания практически незаменим в качестве сельскохозяйственного удобрения. Сажа оказывается намного полезнее навоза, поскольку в ней вдвое больше азота, вчетверо больше калия и в 50 раз больше кальция. В этом смысле она ничем не уступает золе, образующейся от сгорания древесины. В смеси с луком, морковью и водой сажа является эффективнейшим средством борьбы против всевозможных садовоогородных паразитов. Смесь лука и моркови активизирует образование в почве гуминовых веществ — молекул, появляющихся в результате разложения органической, главным образом растительной, материи. В свою очередь, частицы сажи адсорбируют — концентрируют в себе — гуминовые вещества. В результате пригодный для сельскохозяйственных работ почвенный слой становится более плодородным. Дымоходная копоть в том или ином виде активно применяется в разнообразных производствах. Но не всякая, а лишь технический углерод. Его получают при температуре от 1 200 до 1 700 ⁰С. Задействуется технический углерод в машинной отрасли, в пищевой, а также в ряде других промышленно-производственных сфер. Техническим углеродом обрабатываются шины автомобилей, единиц специальной техники и даже самолетов. В результате стойкость и долговечность покрышек увеличивается примерно пятикратно. Пластики на основе технического углерода вовсю замещают собой менее удобные дерево, металл и стекло, демонстрируя при этом большую надежность. Чудо-материал задействован при производстве тар и упаковок, которые в результате получаются легкими и прочными. Наконец, технический углерод обладает высокой красящей способностью, что предопределяет его использование в принтерах и тонерах. На сегодняшний день сажа используется главным образом в резиновой промышленности. Любая нынешняя резина включает в себя от 25 до 60 % сажи. Такой состав существенно улучшает долговечность, прочность и тягучесть продукции. С 70-х гг. прошлого столетия без сажи немы— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

слимо также производство лакокрасочной продукции. Рекомендовано использование сажи в строительном деле. Превосходно связываясь с цементом, копоть увеличивает прочность кладочных швов. Добавка даже мизерной дозы фуллереновой сажи в бетонные смеси и пломбирующие составы значительно повышает их качество. А в силу обозначенной выше красящей способности — сажа замечательно подходит для чернения раствора при выполнении облицовочной кладки. Выше мы говорили о вреде сажи для здоровья. Так вот, из данного правила имеется исключение. Фуллереновая сажа, образуемая путем сжигания графитовых электродов при электрическом нагреве в атмосфере гелия при низком давлении, — еще как полезна! Она является мощнейшим на сегодняшний день антиоксидантом, превосходящим, например, аскорбиновую кислоту в 135 раз. Потомуто ее включают в состав биологически активных добавок. Графитированные электроды активно задействуются в металлургии и производстве судов. С помощью углеродных приспособлений удалось добиться повышения эффективности выплавки чугуна и стали, дуговой резки самых разных металлов, а также увеличения прочности и долговечности сплавов. Но и этого всего оказалось мало. Появляются еще более отважные научно-практически задумки. Казалось бы, банальная и незатейливая копоть оказалась настолько ценной, что в 2010 г. … удостоилась аж Нобелевской премии. То есть, конечно же, не она сама, а те исследователи, которые сумели рассмотреть и на весь мир транслировать недюжинный потенциал сажи. Речь идет о физиках Андрее Гейме и Константине Новоселове. Их

Графен

отметили высокой наградой за открытие возможностей графена. Графен — это углеродная пленка, ширина которой — всего один атом. Это в миллион раз тоньше листа бумаги. При этом он удивительно прочный и обладает повышенной тепло- и электропроводностью. Данные свойства позволят включать графен в различные электронные компоненты, тем самым увеличивая эффективность их работы и минимизируя помехи. Пока, правда, это феноменальное вещество называют «материалом будущего». Прошло уже 10 лет с вручения Нобелевской премии, а широкомасштабного внедрения графена во всевозможные отрасли — так и не случилось. Вот так всегда: ценное порой оказывается совсем невзрачным на вид. Продукты сгорания, от которых приходится прочищать трубы и о которые всякий раз приходится пачкаться с головы до пят, — можно просто вывалить в канаву. Можно ими давиться, наживая проблемы со здоровьем. Можно удобрить сажей грядку. А можно — при исключительно большом количестве сажи — поднять с колен целые отрасли, вывести их на качественно новый уровень.

naukatehnika.com

17

«БРИТАНСКИЙ ЛЕВ» МОЖЕТ СПАТЬ СПОКОЙНО…

Британская империя вступила в мировую войну с устаревшей и малочисленной авиацией, бывшей на содержании сухопутных войск и флота, а вышла с мощными и современными Королевскими ВВС — самостоятельным видом вооруженных сил. И хотя их ожидало неизбежное сокращение, а самолеты пока отставали от французских и немецких, генералов и министров это не особенно беспокоило. Первое было обычным делом после любой войны, и все просто ждали, когда расформированные части начнут восстанавливать. Что касается второго, английские фирмы быстро переняли чужой опыт, соединяя заимствованные передовые решения с традиционно простой технологией производства. У новых истребителей она пока почти не отличалась от освоенных RAF S.E.5a, Сопвич «Кэмел» и «Снайп», о которых мы говорили в 132-м, 133-м и 142-м выпусках «Авиакаталога», зато появились звездообразные моторы и важные новшества в конструкции планера, в оборудовании и вооружении. С такими самолетами, казалось, «Британский Лев» мог спать спокойно...

ЛОЖКА ДЕГТЯ В БОЧКЕ МЕДА В прошлом выпуске мы говорили о двигателе воздушного охлаждения АВС «Дрегонфлай», который, в отличие от ротативных, крепился не коленвалом, а картером —

такие моторы принято называть звездообразными. С удельным весом 0,85 кг/л. с. и литровой мощностью 14 л. с./л в то время он был лучшим, пошел в серию и под него создали 18 новых самолетов, в том числе

истребитель Бритиш Ньюпор «Найтхаук», о котором мы тогда говорили. Но всю эту «бочку меда» портили слишком большой расход ГСМ и перегрев — головки цилиндров накалялись докрасна, «слезал» лак

Автор — Сергей Мороз 18

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

Оснащенные радиостанциями истребители Глостер «Гриб» Mk.II из 25-й эскадрильи RAF взлетают с аэродрома Хендон северо-восточнее Лондона — июнь 1925 г. baesystems.com

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

на ступице воздушного винта, и ее древесина обугливалась. Из построенных 128 «Найтхауков» оплатили только 17, и компания «Бритиш Ньюпор» разорилась в августе 1920 г. За ней 16 сентября прогорел «Сопвич» после отказа ВВС от истребителя «Дрэгон» с тем же неудачным мотором — известно об облете лишь трех таких самолетов из двухсот готовых. Однако они не пропали совсем. Активы первой перешли компании «Глочестершир Эйркрафт» (с 1926 г. она именовалась «Глостер»), вторую по-быстрому выкупили бывшие владельцы Томас Сопвич, летчик и инженер Гарри Хокер, конструктор Фред Сиргист и менеджер Уильям Эйр, избавившись таким образом от долгов и в том же году учредив новую фирму «Хокер Инжиниринг». Они станут основными поставщиками истребителей для RAF на ближайшие 20 лет. По мнению историка У. Гагстона, причина неприятностей с «Дрегонфлаем» в том, что его конструктор и директор завода АВС Бредшоу был больше торговцем, чем инженером, но путь он выбрал правильный. Другие конструкторы не стали гнаться за удельными показателями, обеспечив звездообразным моторам надежность и ресурс. В 1919 г. фирма «Армстронг Уитворт», заработавшая капитал на удачном ближнем разведчике и бомбардировщике F.K.8, поглотила попавший в трудное положение завод лимузинов и моторов «Сиддли Дизи». Вновь созданная компания «Армстронг-Сиддли» продолжила разработку его авиадвигателя «Ягуар», который, в свою очередь, был развитием опытного RAF.8 разработки прекратившего конструкторскую деятельность «Королевского авиационного завода» и имел весьма перспективную конструкцию. «Ягуар» тоже был звездообразным, но цилиндров у него было не девять, а 14 в два ряда, винт приводился в движение через редуктор, уменьшавший обороты и повышавший крутящий момент, а высотность при малом рабочем объеме обеспечивал приводной центробежный нагнетатель — ПЦН. Забортный воздух поступал в корпус-улитку на вращаемое коленвалом рабочее колесо с лопатками, сжимался под действием центробежной силы и «накачивался» в карбюратор. Это компенсировало падение давления с ростом — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

высоты полета и обеспечивало более полное сгорание топлива. В отличие от разрабатываемых французами турбокомпрессоров, ПЦН не перегревался, его обороты зависели от оборотов мотора линейно, и он не терял эффективности на малом газу, мотор с ним в крейсерском полете на высоте не глох. Схема двухрядного звездообразного редукторного мотора с ПЦН останется в числе основных на истребителях до их перехода на реактивную тягу, но она была дорога и технически сложна, а ее преимущества в удельных показателях проявятся лишь с превышением мощности 1 000 л. с. Пока же по удельному весу «Ягуар» уступал не только 9-цилиндровому однорядному «Дрегонфлаю», но даже ротативному Бентли B.R.2, зато имел резервы роста. Ошибка разработчиков мотора «Дрегонфлай» была не в выборе схемы, а в расчете частот крутильных колебаний, поверхности охлаждения, топливной и масляной систем. Подобный мотор «Юпитер» в 1917 г. начала проектировать фирма «Стрейкер-Сквайр», и в следующем году он был готов. Он имел сравнительно простую конструкцию без редуктора, а наддув заменял избыточный объем цилиндров, но довести двигатель мощностью 400 сил завод паровых машин и автомобилей не смог и проект пришлось продать. Его вместе с конструктором Роем Федденом перекупила самолетостроительная фирма «Бристоль», открывшая авиамоторный филиал. К доводке изделия она подключила специалистов французской компании «Гном-

Рон», и в 1922 г. «Юпитер» был готов к серийному производству. В мае 1921 г. трехсотсильный «Ягуар» Mk.I поставили на достроенный под руководством Генри Фолланда истребитель «Найтхаук» из выкупленного заводом «Глостер» задела, а в начале следующего года облетали первый такой самолет и с мотором «Юпитер» Mk.IV мощностью 425 л. с. Всего под них переделали семь «Найтхауков», названных «Марс» VI. Испытания в Ираке в 1-й и 8-й эскадрильях и при ремонтнотехнической базе RAF Хинайди показали заметный прирост скороподъемности. Оценив перспективу, правительство Великобритании заказало заводу «Глостер» переоборудование невыкупленных «Найтхаук» под моторы «Ягуар» и «Юпитер» для замены ими устаревших S.E.5a, «Кэмелов» и «Снайпов». Но вместо этого в 1923 г. первые готовые Глостер «Найтхаук» с «Юпитерами» IV продали Греции, где они служили до прихода польских PZL P-24 целых 15 лет — до 1938 г. Тем временем на базе хранения Министерства авиации Великобритании в Саннингэнде оставалось еще много агрегатов и почти готовых «Найтхауков» без моторов и им тоже надо было найти применение, чтобы они не висели на балансе фирмы «Глостер» мертвым грузом.

ЕСТЬ ЗАКАЗ! В трофейных самолетах Фоккера и Юнкерса нашлось много интересного и среди прочего привлекли внимание аэродинамические про-

Первый опытный истребитель Глостер «Гриб» с двухрядным звездообразным мотором Армстронг-Сиддли «Ягуар» III на показе новых самолетов в Хендоне в июне 1923 г. baesystems.com naukatehnika.com

19

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

Серийный истребитель Глостер «Гриб» Mk.II из 56-й эскадрильи RAF на авиабазе Биггин Хилл, южный пригород Лондона — лето 1926 г. flickr.com

лем улучшило поведение самолета на земле. Заказ поделили: фирма «Авро» делала верхние крылья без элеронов, «Хокер» — нижние, «Де Хэвилленд» выпускал элероны и некоторые мелкие узлы каркаса, а «Глостер» давал все остальное, используя задел «Найтхауков». Первые машины были готовы осенью 1923 г. По ходу выпуска вносились многочисленные улучшения в систему выхлопа, шасси и вооружение, а на части самолетов ставили радиостанции. Появившийся в 1924 г. учебно-тренировочный вариант отличался вторым комплектом оборудования и органов управления для инструктора и новыми панелями верхней

фили крыльев с увеличенной относительной толщиной и плоской или выпуклой нижней дужкой. Продувки показали их превосходство по подъемной силе и аэродинамическому качеству над профилями тонкими выпукло-вогнутыми, например RAF-15, примененном на самолетах Бритиш Ньюпор «Найтхаук». Меньшее смещение фокуса с увеличением угла атаки облегчало маневрирование и снижало риск срыва в штопор. Получив эти данные, конструктор Фолланд разработал собственные двояковыпуклые профили — высоконесущий Глостер H.L.B.1 и средненесущий с меньшей относительной толщиной и пониженным сопротивлением H.L.B.2. Для их проверки на заводе «Глостер» в Хакклкоте на западе Англии переделали использовавшийся для рекламы двухместный биплан «Марс» III, переименованный в «Граус», и сразу заложили опытный истребитель «Гриб» (Grebe — поганка обыкновенная, водная птица, питающаяся мелкой рыбой и насекомыми). Оба они использовали детали, узлы и агрегаты оставшихся «Найтхауков», но получили новую топливную систему с двумя главными баками под верхним крылом, под которыми установили емкости, обеспечивающие бесперебойную работу мотора при маневрах с переменными перегрузками. Истребитель «Гриб» отличался еще и частично «утопленной» в фюзеляж установкой пулеметов, новыми улучшившими управляемость элеронами и мотором Армстронг-Сиддли «Ягуар» III мощностью 350 л. с. Два опытных образца фирма делала

части фюзеляжа. Опытный образец «спарки» был переделан из готового истребителя всего за несколько часов и после испытаний запущен в серию в 1925 г. До 1927 г. для Королевских ВВС Великобритании было сделано 108 одноместных и 21 невооруженный двухместный учебный истребитель Глостер «Гриб» II. Это был первый самолет фирмы, построенный числом более ста штук, что для послевоенного времени было немало. Их служба началась в октябре 1923 г. в восстановленной 111-й эскадрилье, но вторая партия самолетов задержалась, эскадрилья долго оставалась некомплектной и в апреле следующего года ей пришлось выдать взятые со склада устаревшие «Снайпы». Зато остальные пять перевооружаемых на новую технику эскадрилий стали однородными.

20

naukatehnika.com

Истребители Глостер «Гриб» Mk.II из 19-й эскадрильи RAF на авиашоу над ее аэродромом Даксфорд в Кембриджшире — середина 1920-х гг. wall.alphacoders.com

за свой счет, еще три оплачивало Министерство снабжения. В мае 1923 г. сразу за экспериментальным «Граусом» первый опытный Глостер «Гриб» вышел на испытания. Хотя из полученного прироста скорости на четверть в сравнении с «Найтхауком» только 2 % дало улучшение аэродинамики, а остальное получено за счет роста мощности, фирме заплатили 313 000 фунтов за 130 самолетов, включая опытные.

ГОРДОСТЬ КОРОЛЕВСКИХ ВВС Серийные истребители «Гриб» Mk.II получили моторы «Ягуар» IV мощностью 400 сил и облегченный планер. Новое шасси с масловоздушной амортизацией вместо резины и управляемым хвостовым косты-

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

Недостатки самолета вопиющими назвать было нельзя, но двигатель оказался сложен в обслуживании и склонен к отказам и возгораниям из-за отсутствия на самолете радиатора охлаждения масла. Прибавка в полсотни «лошадей» на облегченных серийных самолетах почти ничего не дала — из-за упрощения конструкции и технологии баков, а также общего ухудшения качества сборки летные данные не улучшились. Обычно отмечается, что скорость опытного образца была 243 км/ч, а серийного «Гриб» II — целых 261, но при этом не акцентируется внимание, что первый показатель дан для высоты 1 524 м, а второй — для уровня моря, где мощность была выше и в целом кривые скоростей почти не изменились. Фирма «Глостер» поставила на принадлежавший ей 2-й опытный образец мотор «Юпитер» в 425 сил и экспериментальный винт изменяемого шага «Хеле-Шоу Бичем», который не только можно было подстраивать под режим полета, добиваясь наивысшего КПД, но и использовать для регулировки мощности мотора без изменения его оборотов. Как раз резкая работа «газом» была причиной многих отказов «Ягуара», и это было бы очень полезно, прирост скорости составил 14 %, скороподъемности — 33 %, а потолка — 15 %. Но новый винт имел множество своих недостатков, которые будут устранены лишь лет через 12–15, когда изобретут регулятор постоянных оборотов мотора. Чувствительность к рулям высоты и направления оказалась хуже, чем у элеронов, что вызывало затруднения у пилотов со средним уровнем подготовки, и пришлось делать комплекты зауженных верхних элеронов для замены штатных в эскадрильях по необходимости. Серьезной проблемой были поломки и даже катастрофы «Поганок» от разрушения планера на маневре. Хотя для подтверждения прочности испытатели именно на таком самолете впервые в Великобритании на пикировании превысили скорость 385 км/ч и отметили лишь вытягивание растяжек, строевики жаловались на недостаточную прочность машины и вибрации верхнего крыла. Тогда еще не знали, что такое флаттер — совпадение собственных колебаний крыла и элеронов с их колебаниями вынужденными, и о воз— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

никновении резонанса, когда крыло как бы взрывается изнутри. Не понимая сути явления, не смогли найти и правильного решения — лишь через несколько лет в носках плоскостей и элеронов начнут ставить грузы, которые «глушат» их собственные колебания, смещая вперед центр масс сечения агрегата, а пока просто «подперли» концы верхнего крыла дополнительными V-образными стойками. Они ничего не дали, и так доработали всего несколько самолетов, а остальные оставили как есть. Верхнее крыло закрывало самый нужный сектор обзора при атаке воздушной цели снизу и штурмовке колонн войск при выходе из пике. Сделали три экспериментальных крыла, но лучшее с уменьшенной толщиной профиля в средней части внедрили уже на других истребителях. Наконец, давно говорили о недостаточности вооружения из двух пулеметов калибра 7,71 мм, но отечественный крупнокалиберный Виккерс .5 пока был ненадежным, а Кольт-Браунинг .50 — импортным, и вопрос крупнокалиберного вооружения «завис» в Королевских ВВС надолго. Век «Поганок» оказался недолог — уже в январе 1925 г. на новую технику перевооружилась 111-я эскадрилья RAF, а в апреле 1928-го последней сдала их эскадрилья № 19. В это время три машины удалось «задвинуть» создаваемым на пожертвования спонсоров «Постоянным ВВС Новой Зеландии», взяв за «технику б/у» на 100 фунтов дороже средней цены нового самолета, и там они дотянули до 1938 г. Но служба дома продлилась лишь 4 года и 6 месяцев — из шести эскадрилий, в которых служили истребители Глос-

тер «Гриб», только одна получила новую технику того же разработчика — сохранивший много общего с прототипом биплан «Геймкок», остальные перешли на изделие конкурента.

ПОЛЕЗНОЕ ПРИОБРЕТЕНИЕ В разгар войны в 1917 г. упомянутая выше компания «Сиддли Дизи» решила расширить сферу своей деятельности и приступила к проектированию самолетов. Инженер Джон Ллойд возглавил разработку истребителя S.R.2 под звездообразный мотор RAF.8 конструкции майора Ф. Грина. Как образец аэродинамики планера был взят немецкий Альбатрос D V, переделанный под традиционную английскую технологию с полотняной обшивкой фюзеляжа, округлые обводы носовой части которого придали фальш-шпангоуты и пущенные по ним стрингеры. Зная о поломках нижнего однолонжеронного крыла немецкого истребителя, Ллойд сделал его с двумя лонжеронами, заимствовал механизм перестановки стабилизатора из конструкции английского самолета RAF S.E.5, а в шасси применил жидкостногазовые амортизаторы, поглощавшие вдвое большую энергию удара против резиновых. Работоспособный экземпляр двигателя RAF.8 так и не поступил и его заменили на похожий по конструкции АВС «Дрегонфлай», закрыв картер эллипсоидным капотом, который продолжал плавный обвод кока винта. Вооружение было обычным — два пулемета Виккерс Mk.I(511) калибра 7,71 мм поставили перед кабиной открыто.

Истребитель Глостер «Гриб» Mk.II Королевских ВВС Новой Зеландии в строю с двухместными истребителями Бристоль «Файтер». wikidi.com naukatehnika.com

21

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

Министерство снабжения заказало шесть опытных образцов, делать которые начали в Ковентри, но вскоре оплату трех аннули-

ровали, и к концу войны ни одного достроить не успели. Делать это пришлось за свои — весной 1919 г. головной самолет совершил пер-

Спарка Глостер «Гриб» II, разбившаяся из-за отказа мотора при выполнении не предусмотренного заданием штопора у начальной школы в Истчерче на юго-востоке Англии 10 апреля 1930 г. 4.bp.blogspot.com

вый полет, и за ним последовали остальные два. По летным данным S.R.2 проиграл всем другим истребителям с мото-

Первый опытный истребитель «Сискин» Mk.II перед испытательным полетом. digitaltmuseum.se

Одноместные истребители, разработанные в

Скороподъемность, время набора высоты

Скороподъемность, время набора высоты

Скорость макс., км/ч

Весовая отдача, %

Полная нагрузка, кг

Топлива и масла, кг

Летные данные

360 350

637 1421 н. д. н. д. 784 780 1190 168 1148 410

55,1 241 на 3048 м 3048 м за 7,5 мин 4572 м за 13,0 мин 34,5 243 на 1524 м 1524 м за 12,5 мин н. д.

«Ягуар» IV

400

769 1151 168 1109 382

33,2

«Юпитер» IV «Ягуар» IV

Боевой, кг

«Дрегонфлай» Ia «Ягуар» III

Взлетный, кг

Пустого, кг

Сопвич «Дрэгон», 1919 Глостер «Гриб» I № 1, 1923 Глостер «Гриб» II сер., 1923 Глостер «Гриб» I № 2 мод., 1924 Глостер «Гриб» II 2-местный, 1925

Тип двигателя

Тип и год выпуска

Весовые данные

Мощность, л. с.

Силовая установка

н. д.

6096 м за 24,0 мин

425 н. д. н. д. 168 н. д. н. д. н. д. 265 на 3048 м

н. д.

6096 за 16,0 мин

400

529 1173 168 1131 644

54,9 240 на 1524 м

н. д.

н. д.

«Сискин» S.R.2, 1919 «Дрегонфлай» Mk.I 320 «Сискин» Mk.III, 1924 «Ягуар» Mk.III 325 «Сискин» Mk.IIIA, 1925 «Ягуар» Mk.IV 385

664 990 н. д. н. д. 326 830 1241 н. д. н. д. 411 935 1367 н. д. н. д. 431

32,9 230 на 3048 м 3048 м за 7,8 мин 4572 м за 13,8 мин 33,1 216 на 3048 м 3048 м за 8,5 мин 4572 м за 16,5 мин 31,6 246 на 3048 м 3048 м за 6,35 мин 4572 м за 10,6 мин

«Сискин» Mk.IIIB, предп. 1929 «Сискин» Mk.V, 1924

261 у земли

«Ягуар» Mk.IV

385 н. д. 1471 н. д. н. д. н. д. н. д.

264

н. д.

4572 м за 11,5 мин

«Ягуар» Mk.IV

385 н. д. 1107 н. д. н. д. н. д. н. д. 237 на 3048 м 3048 м за 6,2 мин 4572 м за 11,5 мин

Примечания: 1. Для всех указанных моторов взлетная мощность сохраняется в полете на уровне моря.

2. Пулеметы на всех указанных самолетах имеют гидравлические синхронизаторы системы Константинеско и ленточное питание.

22

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

ром «Дрегонфлай», обойдя лишь «Найтхаук» в скорости на символические 2 %, но главная проблема была не в этом, а в общих для всех конкурентов недостатках этого двигателя. Дела на фирме «Сиддли Дизи» и так шли неважно, и она согласилась на объединение с компанией «Армстронг Уитворт», которая получала права на самолет S.R.2 и мотор «Ягуар». Заказчик согласился возобновить финансирование при условии замены мотора «Дрегонфлай» на «Ягуар», постепенного перехода на цельнометаллический каркас планера и унификацию одноместного боевого и двухместного учебного самолетов. В марте 1921 г. мотор «Ягуар» I поставили на 1-й опытный S.R.2, и хотя из-за роста веса на 150 кг все его летные данные упали, фирма получила первый маленький, но оплаченный заказ — на три

самолета. Машина была принята на вооружение и ей оставили использовавшееся полуофициально наименование «Сискин» (Siskin — чиж). Но, прежде чем приступить к его выполнению, в 1922 г. фирма построила два опытных самолета «Сискин» Mk.II с новым фюзеляжем упрощенной формы без фальш-шпангоутов и стрингеров — зато цельнометаллическим, а не деревянным. На самом деле это был шаг не вперед, а назад. Конструкция повторяла не перспективный образец немца Гуго Юнкерса из дюраля на клепке, а была сварена из тонкостенных стальных труб и уголков, как это делали французы еще до войны, да и обшивка осталась полотняной. Обе машины прошли испытания в одноместном и двухместном вариантах удовлетворительно.

«ЖЕЛЕЗНЫЙ ЧИЖИК» Прототипом для серии стал «Сискин» Mk.III, который заводской летчик-испытатель Ф. Кортни облетал 7 мая 1923 г. Помимо силовой установки с серийным мотором «Ягуар» III мощностью 325 л. с., топливной системы с увеличенной на 85 кг емкостью со вторым насосом подкачки и пластинчатым маслорадиатором, улучившим температурный режим мотора, он получил металлические каркас оперения и новую бипланную коробку крыльев. Расчеты и продувки показали, что большую часть подъемной силы дает верхнее крыло, а сопротивления — нижнее. Вывод напрашивался сам собой — надо менять их пропорции. Использование стали вместо дюраля дало не снижение веса, а рост, и чтобы не потерять маневренность и высотность, надо было увеличивать площадь крыльев.

Великобритании в первый послевоенный период

Размах верхнего / нижнего крыла, м

Площадь крыльев, м2

Длина полная, м

Нагрузка на крыло, кг/ м2

Нагрузка на мощность, кг/л. с.

Отношение мощности к площади крыла, л. с./ м2

Нагрузка на крыло, кг/ м2

Нагрузка на мощность, кг/л. с.

Отношение мощности к площади крыла, л .с./ м2

7620 7010

н. д.

2,75 ч

9,474 / 9,144 8,941 / н. д.

25,455 23,597

6,629 6,172

55,8 50,4

3,9 3,4

14,1 14,8

н. д.

48,7

н. д.

3,3

14,1 14,8

2 Виккерс Mk.I*, 7,69 мм 2 Виккерс Mk.II, 7,69 мм

3 1

7163

3,0 ч

8,941 / н. д.

23,597

6,172

48,8

2,9

17,0

47,0

2,8

17,0

2 Виккерс Mk.II, 7,69 мм

108

8230

н. д.

8,941 / н. д.

23,597

6,172

н. д.

н. д.

18,0

н. д.

н. д.

18,0

2 Виккерс Mk.II, 7,69 мм

21

н. д.

н. д.

8,941 / н. д.

23,597

6,172

49,7

2,9

17,0

47,9

2,8

17,0

нет

1

7254 6248 8260

н. д.

3,0 ч 1,2 ч

8,382 / н. д.

10,084 / н. д.

10,109 / н. д.

22,947 27,221 27,221

6,477 7,010 7,722

43,1 45,6 50,2

3,1 3,8 3,5

13,9 11,9 14,1

н. д. н. д. н. д.

н. д. н. д. н. д.

13,9 11,9 14,1

3 63 349

н. д.

н. д.

10,109 / н. д.

27,221

н. д.

54,0

3,8

14,1

н. д.

н. д.

14,1

7620

2,5 ч

8,636 / н. д.

23,783

6,502

46,5

2,9

16,2

н. д.

н. д.

16,2

2 Виккерс Mk.II, 7,69 мм 2 Виккерс Mk.II, 7,69 мм 2 Виккерс Mk.2, 3, 5, 7,69 мм 2 Виккерс Mk.2, 3, 5, 7,69 мм не установлено

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Количество, тип и калибр пулеметов

Данной модификации

Радиус действия и продолжительность полета

Выпуск

Потолок, м

Размеры самолета

Удельные данные в полете с боевым весом — 75 % топлива

Общий этого типа

Удельные данные на взлете

3

133

483 1 11

naukatehnika.com

23

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

Сделали это за счет размаха, причем нижнее крыло заузили, сделав однолонжеронным. Разнесенное крепление к нему соединявших верхние и нижние консоли V-образных стоек взяло на себя часть крутящего момента, вызывавшего катастрофы полуторапланов «Альбатрос» и «Ньюпор». Каркас крыльев также перевели на сталь. После двух доработок по элеронам «Сискин» III был принят на официальные испытания. Он был тяжелее первого опытного S.R.2 на 251 кг, и скорость упала на 6,3 … 7,9 % в зависимости от высоты замера, скороподъемность — на 9 … 19,6 %, потолок — на 14 %, ухудшилась маневренность. Тем не менее командование английских ВВС считало необходимым ускорить перевод конструкций своих истребителей на металл, поэтому самолет на вооружение был принят. В начале 1924 г. на новом заводе «Армстронг Уитворт» в Уитли-Бей на северо-востоке Англии началась подготовка серийного производства, хотя в то время в заказе было всего три машины, а 24 марта 1924 г. головной самолет был облетан. Фирма выпустила 65 истребителей «Сискин» III, но два из них, возможно, были зачтены дважды и вероятно их было только 63 — семь использовали для воздушных гонок и экспериментов, а 32 вскоре переоборудовали в учебно-тренировочные «Сискин» Mk.IIIDC. Еще 53 спарки было построено сразу — пока главной была задача обучения нового поколения пилотов на самолетах нового поколения. Но чтобы они превратились в полноценные боевые машины, их следовало улучшить — новый самолет превосходил Глостер «Гриб» по скороподъемности, но уступал в скорости.

НОВЫЙ СТАНДАРТНЫЙ ИСТРЕБИТЕЛЬ Не только слабые скоростные качества самолета «Сискин» Mk.III, но и его устойчивость и управляемость не удовлетворяли заказчика, и фирма в очередной раз принялась переделывать машину. Хотя эта работа считалась лишь малой модификацией с индексом Mk.IIIA, ему сделали новый фюзеляж со скругленными бортами, верхний киль увеличили, а от нижнего отказались, что потребовало переделки руля 24

naukatehnika.com

Приемка серийного истребителя Армстронг Уитворт «Сискин» Mk.III — такие самолеты, а также улучшенные Mk.IIIA служили в 11 строевых эскадрильях RAF. axis-and-allies-paintworks.com

Серийный истребитель Армстронг Уитворт «Сискин» Mk.IIIА выпуска завода «Глостер» — на верхнем крыле установлены мачты антенны радиостанции. airport-data.com

направления и костыля шасси. Мотор также заменили на «Ягуар» IV с нагнетателем, развивавший 385 л. с. Была предусмотрена установка работающей в телефонном режиме приемопередающей радиостанции, кислородного прибора для летчика и фотокинопулемета для учебных воздушных боев. «Боевые» пулеметы наконец-то были полностью закрыты крышкой. Летчик Кортни 21 октября 1925 г. совершил на доработанном самолете первый полет. Скорость на высоте 3 048 м увеличилась на 14,2 % при расчетном приросте за счет мотора на 8 %, остальное достигнуто улучшением аэродинамики, на высоте 4 572 м прирост был уже 16,4 %. Время набора высоты 3 048 м уменьшилось на 25,3 %, а 4 572 м — на 35,8 %, потолок вырос на 32,2 %. Разгонные данные и вертикальная маневренность улучшились, и хотя самолет потяжелел на 126 кг, а удель-

ная нагрузка на крыло увеличилась на 4,6 кг/м2 и горизонтальная маневренность ухудшилась, общая оценка была положительной, и выпуск самолета бы заказан четырем фирмам. Завод-разработчик построил 95 самолетов модификации Mk.IIIA и еще четыре переделал из уже готовых Mk.III, «Блекберн» сдал 42 таких истребителя, «Бристоль» — 84 и «Глостер» — еще 74. Лишь часть из них получила моторы с нагнетателем и новое оборудование, но все же это позволило заметно улучшить истребительную авиацию Королевских ВВС и количественно, и качественно. Служба самолетов «Сискин» началась в мае 1924 г. в 41-й эскадрилье, а всего они поступили на вооружение 11 строевых частей RAF. Плановое перевооружение завершила 25-я эскадрилья, получив самолеты «Сискин» Mk.IIIA и DC в июле 1929 г. с баз хранения — производство было закончено — № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

в 1927 г., всего было выпущено 348 таких самолетов, что позволило заменить старые Глостер «Гриб», нарастив группировку истребительной авиации и оставив ее однородной. Фирма «Армстронг Уитворт» активно продвигала самолет «Сискин» на экспорт, и британский посол в Бухаресте благодаря своей дружбе с королем Румынии смог добиться заказа 65 самолетов, но из них достроили только 11, и после гибели летчика-приемщика майора Санатеску контракт был разорван. Эстония приобрела две спарки «Сискин» Mk.IIIDC, Швеция — один опытный Mk.II, и только Канада заимела более-менее значительный парк «Чижей» — два одноместных Mk.III, восемь Mk.IIIA и две спарки. Они летали там до поступления в 1938 г. новых монопланов Хокер «Харрикейн». А в самих Королевских ВВС Великобритании строевую эксплуатацию самолетов Армстронг Уитворт «Сискин» начали сворачивать уже в октябре 1929 г. и в основном закончили этот процесс в 1932 г., когда пошли поставки самолетов Бристоль «Бульдог». И только 25-я эскадрилья задержалась и сдала их лишь в декабре 1936 г., когда в ней уже были бипланы третьего послевоенного поколения Хокер «Фьюри». Все эскадрильи, вооруженные истребителями Глостер «Гриб», а затем Армстронг Уитворт «Сискин», базировались вокруг Лондона. Это были «придворные» части, которые любили посещать члены британской королевской фамилии, парламентарии и генералитет. Служба этих частей протекала в парадах, спортивных мероприятиях и строевых смотрах. Пилоты оттачивали строевую выправку на плацу и красоту полета. Например, «Чижи» 43-й эскадрильи летом 1930 г. АЭ участвовали в ежегодном параде RAF в Хендоне, порадовав короля петлей Нестерова, которую выполнили на связанных тройками канатами с флажками самолетах «Сискин» Mk.IIIA. За всей этой праздничной суетой как-то не ощущалось то напряжение, что уже чувствовалось в «коридорах власти» в Лондоне, Вашингтоне, Париже, Риме, Токио… Официальные лица пока вели осторожные речи о необходимости обсудить судьбы мира. Но министры и воена— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

чальники бывшие и будущие не ограниченные в своих заявлениях ответственностью, налагаемой текущей должностью, прямо говорили о его переделе — естественно, военным путем. На британские колонии жадно смотрели американцы, французы, итальянцы и японцы, но даже от турок, греков и албанцев можно было ожидать «сюрприза» в любой момент. И если собственно Британским островам пока ничего не угрожало, то любой локальный конфликт за морем мог перерасти из «полицейской акции против бедуинов на верблюдах» в полномасштабную войну с такой же современной армией одной из сверхдержав, имеющей все, вплоть до самолетов-истребителей. Потому наряду с размещением там собственной сухопутной авиации руководство Британской импе-

рии сочло необходимым иметь авианосцы, которые можно было бы быстро развернуть на любом направлении для защиты своих интересов. Палубные истребители были их первым вооружением, они остались на борту таких кораблей и с появлением там машин других классов — торпедоносцев, бомбардировщиков и разведчиков. Однако теперь авианосцы Его Величества были уже в океане не одни — у них появились могущественные соперники, считавшиеся пока союзниками лишь по инерции. Дополнительные сведения по описанным здесь самолетам, их вооружению, оборудованию и эксплуатации, а также подробные тактико-технические и статистические данные смотрите в разделе «Справочник» на сайте нашего журнала https://naukatehnika.com/ spravochnik/.

Взлетает истребитель «Сискин» Mk. IIIA из 111-й эскадрильи ВВС Великобритании — аэродром Норхолт, Большой Лондон, юго-восток Англии, лето 1928 г. abpic.co.uk

Истребители Армстронг Уитворт «Сискин» в модификациях Mk.III, IIIA и IIIDC оставались на вооружении 3-й, а затем 1-й эскадрильи ВВС Канады до 1938 г. axis-and-allies-paintworks.com naukatehnika.com

25

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

ПЕРВЫЕ СВЕРХДРЕДНОУТЫ США

В

оинственный президент США Т. Рузвельт (Theodore Roosevelt; 1858–1919) потребовал перейти на 14-дюймовый (356-мм) калибр. Немаловажную роль при этом сыграли поступающие из-за рубежа сведения об оснащении новых британских дредноутов 343-мм орудиями. Разработка нового 356-мм 45-калиберного орудия была поручена фирме Midvale Steel Co. Заказ был выдан 14 января 1909 г. В ноябре того же года опытные образцы были поставлены заказчику. В декабре начались испытания, которые прошли успешно — 12 марта 1910 г. офицер, отвечавший за тестирование, выдал вердикт о том, что орудие обладает превосходной кучностью боя. Хотя новая пушка еще не совсем закончила испытания, в 1911 г. под нее были заложены два корабля, «Нью-Йорк» (USS New-York) и «Техас» (USS Texas), — пятая серия американских дредноутов и первые в мире линкоры с 356-мм артиллерией. При этом аме-

Линкор «Техас» — первый корабль США с 356-мм орудиями на момент вступления в строй

риканцы сохранили компоновку корпуса и схему бронирования ближайших предшественников, но артиллерию разместили, как на «Делавэре». Корпус «Нью-Йорка» конструктивно был увеличенным вариантом «Вайоминга» — нормальное водоизмещение возросло на 1 000 т, и за счет этого несколько увеличились линейные размеры. Как и на «Вайоминге», корпус был гладкопалубным с плавным подъемом палубы от кормы в нос — при проектной осадке в 8,7 м борт возвышался над ватерлинией на уровне 8,1 м в носовой части и 5,5 м в кормовой. Традиционно для американских дредноутов корпус имел достаточно полные обводы — коэффициент общей полноты 0,616, при практически прямоугольном миделе. Днище было плоским, без килеватости. Корпус был разделен 21 водонепроницаемой переборкой на 22 отсека. Три палубы — верхняя, батарейная и жилая проходили по всей длине корабля. Первые две шли с подъемом. Четвертая и пятая палубы — верхняя и нижняя платформы — шли от форштевня, прерываясь в районе котельных и машинных отделений, продолжаясь в корму до рулевого отсека. Самой нижней была палуба трюма. Под ней располагалось двойное дно, простиравшееся на всю длину корабля и по бортам поднимавшееся до уровня третьей палубы. Главный калибр линкоров составляли десять 356-мм/45 орудий Mk.2, с боекомплектом по 100 снарядов на ствол, размещенных в пяти башнях,

Автор — Юрий Каторин 26

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ Линкор «Техас» — корабль-мемориал

Схема общего расположения линкора типа «Техас»

Схема бронирования и размещения артиллерии линкора типа «Техас»

расположенных, как на «Делавэре». Скорострельность башенных систем составляла 1,25–1,75 выстрела в минуту на орудие. Эта характеристика зависела от угла возвышения ствола. Противоминная артиллерия линкоров типа «Техас» состояла из очень — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

удачных 127-мм пушек. Американцам не пришлось менять противоминный калибр на многочисленных сериях своих дредноутов, как, например, в Англии или Японии. В 1914 г. линкоры вступили в строй, имея 21 пушку калибра 127 мм Mk.8. Два орудия стояли открыто в передней части надстройки. Остальные 19 располагались на второй палубе. В 1914 г. в состав артиллерийского вооружения линкоров входили четыре 47-мм салютные пушки Mk.4, стоявшие парами на крыше надстройки. Эксперты по торпедному вооружению настояли на увеличении количества торпедных труб с двух до четырех. Американцы, как и британцы, придерживались мнения, что защита линкора должна проектироваться из расчета противостояния собственным снарядам. Если для линкоров с 305-мм орудиями толщина главного броневого пояса должна была составлять 279 мм, то при переходе на 356мм орудия его толщина должна была быть увеличена до 330 мм. Аналогичной толщины должны были быть стенки башен главного калибра и их барбеты. Увеличение ожидаемых дистанций боя до 10 км и более потребовало усиления и горизонтальной защиты. В целом линкоры типа «Техас» по части бронирования не имели концептуальных отличий от предыдущих серий линейных кораблей США. Схема защиты «Вайоминга» повторялась практически во всех деталях, кроме увеличенной толщины брони. В начале 1910 г. поступили данные о сравнении силовых установок «Делавэра» и «Норт Дакоты». Первый линкор был оснащен паровыми машинами. Второй — турбинами Керnaukatehnika.com

27

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

Линкор «Техас» после модернизации 1927 г. Линкор «Нью-Йорк» на ходовых испытаниях

тиса. Результаты по дальности хода, показанные кораблем с паровыми турбинами, оказались обескураживающими. Производители силовых установок не смогли убедить флот в США в том, что смогут создать в ближайшее время турбины с нужной экономичностью. Поэтому разработчики, в угоду политикам, вынужденно пошли на парадоксальный шаг, отказавшись от турбин в пользу паровой машины. Линкоры получили две вертикальные 4-цилиндровые паровые машины тройного расширения, которые работали на два винта. Паром их снабжали 14 котлов Babcock & Wilcox, восемь из них — с пароперегревателями. «Техасы» стали последними угольными линкорами США. Впрочем, в ходе модернизации 1925–1927 гг. все котлы были заменены. Вместо 14 угольных установили шесть нефтяных типа Bureau Express, изготовленных для недостроенных линкоров и линейных крейсеров. Конструкция паровых машин отличалась высоким совершенством, что обеспечило им более 30 лет безотказной службы при весьма интенсивной эксплуатации. Линкоры до конца службы сохранили свои «родные» машины. Некоторые детали менялись или реставрировались, но кривошипношатунная группа, цилиндры и поршни прослужили по 32 года. Скорость на испытаниях: «Техас» — 21,13 узла при мощности машин 28 850 л. с., «Нью-Йорк» — 21 узел при мощности 28 100 л. с. Максимальный запас топлива составлял 2 960,4 т угля и 463,5 т нефти. Водоизмещение кораблей нормальное 27 000 т, полное 28 367 т, длина 174,7 м, ширина 29,1 м, осадка 8,7 м, экипаж 1 072 человека, включая 63 офицера. Главная энергетическая установка — две паровые машины, 14 паровых котлов, мощ-

Название

Верфь

Силует линкора «Техас» в 1927 г. (вверху) и в 1941 г.

ность 28 100 л. с., два винта, скорость 21 узел, дальность хода 7 684 морских миль на скорости 12 узлов. Броня: главный пояс — 305–254, верхний пояс — 229–280, каземат — 165, башни — 356, палуба — 51 мм. Вооружение: десять 356-мм орудий, двадцать одна 127-мм, по четыре 76-мм и 47-мм пушки, четыре 533-мм подводных ТА. Благодаря своему главному калибру на момент вступления в строй «Нью-Йорк» и «Техас» стали самыми сильными артиллерийскими кораблями в мире. После вступления США в Первую мировую войну «Нью-Йорк» стал флагманом линейного соединения 9 (BatDiv 9). Его отправили на укрепление Британского Гранд Флита в Северном море, он прибыл в Скапа-Флоу 7 декабря 1917 г. Корабли флота США были отнесены к 6-й боевой эскадрилье Гранд Флита, они присоединились к блокаде и эскорту, сопровождали трансатлантические конвои. На борту линкора «Нью-Йорк» 21 ноября 1918 г. был подписан акт о капитуляции Флота открытого моря кайзеровских ВМС, после чего линкор возвратился в США. В 1926–1927 гг. «Нью-Йорки» прошли модернизацию, аналогичную модернизации «Вайомингов». Старые угольные котлы заменили на нефтяные, в меньшем количестве (шесть типа

Закладка

Спуск на воду

Вступление в строй

Судьба

USS New York (BB-34)

New York Navy Yard 11 сентября 1911 г. 30 октября 1912 г. 15 апреля 1914 г. Затоплен 8 июля 1948 г. близ Перл-Харбора

USS Texas (BB-35)

Newport News

28

naukatehnika.com

17 апреля 1911 г.

18 мая 1912 г.

12 марта 1914 г. Корабль-музей с 1948 г.

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

Bureau Express). Новые котлы разместили попарно в трех просторных котельных отделениях. Число дымовых труб по этой причине снизили с двух до одной. Были демонтированы пять 127-мм орудий (теперь их количество составляло 16, при этом шесть пятидюймовок были перемещены из казематов на верхнюю палубу), установлены восемь 76-мм зениток. Торпедные аппараты убрали. Обе решетчатые мачты кораблей демонтировали. Была установлена грот-мачта в виде треноги между башнями главного калибра «О» и «X». Переделали и фок-мачту, установив на ней рубку управления. Также к корпусу корабля были добавлены противоторпедные були. Все эти модификации привели к тому, что линкоры «потяжелели» на 3 000 т, «располнели» до ширины в 32,5 м. Поэтому не могли проходить Панамским каналом. Кроме того, упала скорость — теперь они могли максимум разогнаться лишь до 19,7 узла. В 1941 г. линкоры получили счетверенные автоматы калибра 28 мм (всего 16 стволов). Чуть позже были установлены 20-мм орудия «Эрликон» в одиночных установках. В 1942 г. число 28-мм автоматов было доведено до 32 стволов. Оба линкора, «Нью-Йорк» и «Техас», на момент начала Второй мировой войны находились в Атлантике и миновали «мясорубку» в Пёрл-Харборе. «Нью-Йорк» был в Норфолке, где на нем отлаживался радиолокатор, а «Техас» — в заливе Каско. Оба корабля приняли участие в операции «Торч» — высадке в 1942 г. союзников в Северной Африке. В 1943 г. на башне «В» главного калибра «Техаса» установили платформу для шести одноствольных 20-мм «Эрликонов». «Техас» отличился в операции «Оверлорд» (высадка cоюзников в Нормандии), действуя в самой горячей точке — на участке «Омаха» (Omaha), на который пришлось до 80 % американских потерь, а переломить ход боя в пользу атакующих помог артиллерийский огонь с моря, в первую очередь с «Техаса» — самого мощного корабля в группе огневой поддержки десанта. Перед вторжением в Нормандию на фокмачте «Техаса» была смонтирована платформа под аппаратуру радиотехнической разведки, отслеживающую работу германских радиостанций и радиолокаторов. «Нью-Йорк» в это время использовался в качестве учебного корабля и плавал как в Атлантике, так и в Тихом океане вблизи побережья Соединенных Штатов. Корабли встретились в 1945 г. на Тихом океане, чтобы принять участие в операции против Иводзимы. Зенитное вооружение линкоров в окончательном виде состояло из 10 счетверенных 40-мм автоматов и 36 (на «Нью-Йорке» — 20) 20-мм автоматических пушек. «Нью-Йорк» завершил свою карьеру в 1946 г. на Бикини при испытаний ядерного оружия, после чего его изучали в течение двух лет. В 1948 г. линкор был использован как мишень для самолетов и кораблей и затонул. Судьба

Линкор «Техас» ведет огонь главным калибром — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Эволюция схемы размещения артиллерии ГК на американских линкорах 1909–1914 гг.

«Техаса» оказалась более счастливой. Исключенный из списков флота в 1948 г. корабль в конечном итоге стал военным мемориалом в Сан-Джасинто. Сейчас это единственный «классический» дредноут, сохранившийся в «живом» облике. На следующих двух кораблях типа «Невада» (USS Nevada, USS Oklahoma) сохранены те же десять 356-мм орудий, но установлены они только в четырех башнях, это стало возможно благодаря применению трехорудийных концевых башен, правда, внутренние башни остались двухорудийными: опять вмешались финансисты, неразумно ограничив максимальную стоимость кораблей. Линкор имел полубак, занимавший чуть более половины длины корпуса, нос был плоским, без седловатости, лишенный «вздернутого» форштевня, значительно улучшавшего мореходность, все палубы шли параллельно килю. В результате линкоры, несмотря на полубак, получились весьма «мокрыми» кораблями —

Линкор «Невада» (США, 1916 г.) на момент вступления в строй naukatehnika.com

29

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

носовую часть палубы и могло сильно заливать. Изменился и силуэт — была только одна труба. Главный калибр линкоров составляли десять 356-мм/45 орудий Mk.2, которые размещались в четырех (двух строенных и двух спаренных) башенных установках с боекомплектом по 100 снарядов на ствол. Вспомогательная артиллерия состояла из двадцати одного 127-мм/ 51 орудия Mk.8. Два орудия стояли открыто в передней части надстройки. Еще семь располагались на второй палубе в корму от третьего барбета. В том числе шесть из них стояли побортно, а одно орудие занимало неудобную позицию над ахтерштевнем с весьма ограниченными углами обстрела. Остальные 12 противоминных пушек были установлены на главной палубе в области полубака. В 1917 г. противоминная батарея линкоров была значительно сокращена и полностью перестроена. Сняли все орудия, установленные в корпусе, а их порты заделали — такой шаг, помимо увеличения мореходности, позволил увеличить жилую площадь для размещения экипажа и улучшить бытовые условия. Для нового размещения противоминной батареи на палубе полубака в средней части корабля была возведена надстройка, по архитектуре являвшаяся типичным казематом, но без броневой защиты. Таким образом, после модернизации корабли несли по двенадцать 127-мм/51 орудий на каждом борту. Вооружение дополняли два ТА. У линкора полностью изменена система бронирования — «Невада» была предназначена специально для боя на больших дистанциях. Традиционная для первых дредноутов система защиты, когда старались прикрыть броней максимальную площадь борта, хорошо спасала от большого числа попаданий фугасных снарядов, но не помогала при попадании даже в жизненно важное место тяжелого бронебойного «чемодана». Поскольку на больших дальностях (свыше 5 миль) многих попаданий ожи-

Название U «Невада»

Верфь Fore River Shipyard

Схема общего расположения линкоров типа «Невада», 1912 г.

дать не следовало, то решили вообще упразднить тонкую броню, но зато жизненно важные места прикрыть максимально толстой. Такая система получила название «все или ничего». В какой-то степени это был возврат к схеме цитадельного броненосца: огромная «коробка» из толстой брони простиралась от передних до задних башен. Такая система предполагала нахождение не менее чем на двух третях длины корпуса высокого пояса по ватерлинии толщиной, примерно равной калибру главных орудий, с такими же толстыми траверзами на концах и толстой броневой палубой сверху. Пояс имел толщину 343 мм, но у нижней кромки, на расстоянии 1,982 м от нее, толщина его начинала уменьшаться и на самой кромке равнялась 203 мм. Траверзы имели такую же толщину, что и главный пояс, и набирались из аналогичных плит «с изломом». Главный пояс имел длину 122 м, высоту — 5,3 м (из них 2,7 м находилось выше конструктивной ватерлинии) и занимал 70,8 % длины корпуса. Зато полностью исчезли верхний пояс и броня в носу и корме, чтобы бронебойные снаряды пробивали их насквозь, нанося минимальные повреждения. 75-мм палуба опиралась на верхнюю кромку 343-мм броневого пояса, ниже располагалась 25-мм вторая палуба — противоосколочная. На линкорах типа «Невада» впервые в США было введено нефтяное отопление котлов; в опытных целях корабли были оснащены различными типами силовой установки, так как паровая машина все еще могла обеспечить бóльшую дальность плава-

Закладка

Спуск на воду

Вступление в строй

Судьба

4 ноября 1912 г.

11 июля 1914 г. 11 марта 1916 г. потоплен как корабль-цель 31 июля 1948 г. «Оклахома» Oklahoma New York Shipbuilding 26 октября 1912 г. 23 марта 1914 г. 2 мая 1916 г. потоплен японской авиацией 7 декабря 1941 г.

Схема бортового бронирования и мидель-сечение линкоров типа «Невада»

30

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

Силуэт линкора «Оклахома» в 1916 г. и 1941 г.

Схема общего расположения линкора типа «Невада» после модернизации 1929 г.

ния. Поэтому, хотя оба корабля имели одинаковые двухвальные силовые установки, но на «Оклахоме» в качестве главных двигателей были применены паровые машины тройного расширения и 12 котлов «Бабкок-Уилкокса», а на «Неваде» установлены шесть паровых турбин Кертиса и 12 котлов «Ярроу». Они должны были обеспечить проектную скорость 20,5 узла при мощности машин «Невада» — 26 500 л. с., «Оклахома» — 24 800 л. с. Проектная дальность составляла 8 000 миль 12-узловым экономическим ходом, нормальный запас нефти составлял 1 333 т, максимальный 2000 т.

Линкор «Оклахома» в капитальном ремонте, 1928 г.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Нормальное водоизмещение корабля 27 500 т (полное — 28 400 т), длина 177,7 м, ширина 29,1 м, осадка 8,43 м, скорость 20,5 узлов, экипаж 864 человека. Броня: пояс — 343 мм, палуба — 76 мм, трехорудиные башни ГК — 127–457 мм, барбеты ГК — 330 мм, боевая рубка — 203– 406 мм. Вооружение: десять 356-мм орудий, двадцать одна 127-мм пушка, два ТА. В годы Первой мировой войны линкоры использовались на Атлантическом океане, а с конца августа 1918 г. базировались в Ирландии, но в боевых действиях не участвовали. В межвоенный период корабли типа «Невада» прошли ряд модернизаций с увеличением максимального угла возвышения орудий главного калибра, заменой самих орудий, установкой зенитной артиллерии, заменой силовой установки и усилением броневой и подводной защиты. В конце 1920-х гг. началась большая модернизация, которая затронула практически все системы кораблей. Главным считалось улучшение подводной защиты, замена систем управления огнем и модернизация силовой установки путем замены котлов, а также перестановка противоминной батареи. Вместо старых котлов установили по шесть новых типа Bureau Express, обладавших гораздо большей производительностью. При этом был сэкономлен значительный вес, так как новые котлы, помимо прочих преимуществ, были более легкими — 245 т по сравнению с 531,7 т у старых. На «Неваду» установили турбины с редуктором со списанного линкора «Северная Дакота». ТА были демонтированы. Десять 127-мм пушек были перенесены уровнем выше в специально оборудованный небронированный каземат на палубе полубака в средней части корабля, для чего была возведена специальная надстройка. В ней с каждого борта было установлено по пять противоминных орудий; еще два орудия стояли открыто на палубе надстройки по бокам боевой рубки. Перестроили все надстройки, а ажурные мачты заменили на массивные трехногие, на которых смонтировали трехъярусные рубки.

Подъем линкора «Оклахома» в гавани Пёрл-Харбора naukatehnika.com

31

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

Повреждения линкора «Невада» в гавани Пёрл-Харбора

Единственную дымовую трубу немного сдвинули назад. Вертикальное бронирование кораблей, по условиям Вашингтонского договора, менять было нельзя, поэтому занялись усилением горизонтальной защиты. Поверх броневой палубы уложили слой броневых плит толщиной 50 мм, таким образом доведя общую толщину палуб до 113 мм. Усилили противоторпедную конструктивную защиту. Угол возвышения орудий главного калибра был доведен до 30°, что позволило повысить дальность стрельбы на 9 кабельтовых. Полностью заменили и системы управления огнем. Изменился и состав зенитной артиллерии. 76-мм орудия сняли, вместо них установили 127-мм/25 зенитки в количестве восемь единиц с системой управления огнем. Корабли получили три гидросамолета, а для их запуска установили пороховую катапульту. Дредноуты оснастили булями с шириной до 1,98 м, что довело ширину кораблей до 32,9 м — почти максимально допустимой величины для прохождения Панамским каналом. Численность экипажа возросла до 1 398 человек. Общая стоимость работ составляла по 7 млн долларов на один корабль, сами работы заняли более двух лет. Максимальное водоизмещение после модернизации выросло до 33 901 т, осадка возросла до 9,04 м, а метацентрическая высота при полном водоизмещении уменьшалась до 1,97 м. В 1933 г. экипаж «Оклахомы» участвовал в ликвидации последствий землетрясения в ЛонгБич. Летом 1936 г. действовал в испанских водах, обеспечивая права американских граждан в ходе начавшейся в Испании гражданской войны. В ходе Второй мировой войны оба корабля подверглись налету японской авиации в Пёрл-Харборе. «Оклахома» была потоплена, а «Невада» тяжело повреждена и посажена на мель, чтобы избежать затопления. Всего в линкор «Оклахома» попало девять торпед, все в левый борт, под броневым поясом в районе носовой надстройки. Через 20 минут после начала атаки линкор перевернулся и лег на дно бухты. Из состава экипажа погибло 395 человек. Линкор «Невада» получил торпеду в левый борт между носовыми башнями. Образовалась пробоина размером 14 х 9 м. Затем в линкор попали четыре бомбы, еще несколько разорва32

naukatehnika.com

Схема общего расположения линкора «Невада» после модернизации 1943 г.

Линкор «Невада» перед ядерным взрывом

лись в непосредственной близости от борта. Надстройки были повреждены осколками. Зенитным огнем «Невады» были сбиты два японских самолета. На корабле бушевали пожары, и старший на рейде контр-адмирал У. Фэрлонг (William Rea Furlong; 1881– 1976) приказал линкору выброситься на мель. В 9.10 USS Nevada приткнулся к берегу на южной стороне канала. Погибли шесть офицеров, 56 матросов и старшин и 14 морских пехотинцев. Корабль суммарно получил шесть бомбовых и одно торпедное попадание, и хотя он был поврежден меньше, чем четыре других американских линкора, стал практически небоеспособен. Линкор «Оклахома» в 1942 г. был поднят, но, ввиду нецелесообразности восстановления, 1 сентября 1944 г. исключен из списков флота, а 17 мая 1947 г., в ходе буксировки на континентальное побережье США для разделки, корабль затонул. Иной была судьба «Невады» — 22 апреля 1942 г. она своим ходом вышла в направлении западного побережья США и 1 мая прибыла в Пьюджет-Сауд. Восстановление и модернизация линкора проходили на верфи в Бремертоне, и 19 декабря 1942 г. корабль был вновь готов к боевым действиям. При этом вместо полностью снятых противоминной и зенитной 127-мм батарей линкор получил шестнадцать 127-мм/38 универсаль— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

ных орудий в стандартных двухорудийных башнях с четырьмя стабилизированными постами наведения и радиолокационной системой управления зенитным огнем. Башни имели резервную систему независимого (оптического) наведения и противоосколочную защиту толщиной 19 мм. USS Nevada получил и новые средства ближней ПВО. Ими стали лицензионные 40-мм автоматы фирмы Bofors и 20-мм — Oerlikon. Первые были представлены восемью счетверенными установками с силовыми приводами, а вторые в количестве 41 ствола имели ручное наведение.

7 апреля 1943 г. линкор «Невада» присоединился к эскадре кораблей, готовящихся к операции по освобождению островов Атту и Кыска. 11 мая началась высадка десанта на остров Атту. Линкор поддерживал высадку огнем своих орудий. Вторую половину 1943 г. и начало 1944 г. USS Nevada провел в составе эскортных сил, обеспечивающих проводку конвоев в Северной Атлантике. Весной 1944 г. линкор присоединился к англо-американ-

Линкор «Пенсильвания» (США, 1916 г.)

Схема общего расположения линкора типа «Пенсильвания», 1916 г.

Схема бронирования линкора типа «Пенсильвания» — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

ской эскадре, которая использовалась для поддержки высадки в Нормандии. Корабль провел на линии огня три дня и израсходовал 876 снарядов калибра 356 мм и 3 491 снаряд калибра 127 мм. Затем боевые действия на суше отодвинулись от берега, и дальности орудий перестало хватать. В 1945 г. линкор «Невада» был переведен на Тихий океан и участвовал в битве за Окинаву. Утром 27 марта, когда эскадра приблизилась к берегу, чтобы занять огневые позиции, она подверглась атаке семи камикадзе. В 6.22 один из них приблизился к кораблю, намереваясь врезаться в мостик, но очередь из 20-мм автомата срезала ему плоскость крыла, и он рухнул на палубу перед барбетом третьей башни. На линкоре погибли семеро морских пехотинцев, трое матросов и один офицер, 49 человек получили ранения. Вышла из строя третья башня главного калибра, главная палуба получила пробоину. 15 апреля 1945 г. линкор вернулся на Гавайи для ремонта. Сразу после войны устаревший корабль был снят с вооружения и в 1946 г. использован для испытания атомной бомбы, USS Nevada отводилась особая роль — оказаться в эпицентре ядерного взрыва. Надстройки были покорежены, борта — погнуты, однако тонуть он не собирался. 29 августа 1945 г. линкор был выведен из состава флота США. Его отбуксировали к атоллу Кваджалейн, где он простоял до 1948 г. и был потоплен как артиллерийская мишень 31 июля. Итоги Ютландского сражения убедили американских инженеров в правильности выбранных проектов и в США поставили на поток производство линкоров по стандарту USS Nevada, даже не меняя размерности, только увеличивая мощь орудий главного калибра. Последующие американские корабли отличались от «Невады» лишь некоторыми нюансами, связанными с ростом водоизмещения и вооружением. В 1912 г. адмиралам, наконец, удалось «пробить» через скупой минфин и Конгресс разрешение на четыре трехорудийные башни ГК. В течение 1916 г. флот пополнился двумя первоклассными кораблями типа «Пенсильвания» (USS Pensylvania, USS Arizona). Новый дредноут должен был стать быстрее своего предшественника, иметь 12 пушек главного калибра, силовая установка — иметь большее количество лошадиных сил. Все эти изменения требовали увеличенного размера судна и его водоизмещения. Длина «Пенсильвании» составляла 185,4 м, полная грузоподъемность достигала 32 567 т. Корпус имел полные обводы, коэффициент общей полноты составлял 0,65, что было больше, чем у «Невады». По мидель-шпангоуту линкоры были практически прямоугольными. Внутри корпус разделялся на 23 главных отсека, 22 из них были с водонепроницаемыми переборками, и при этом переборки доходили до броневой палубы. Главным внешним отличием был заметный развал носовых шпангоутов, в результате линкоры меньше зарывались в волну. Схема защиты корпуса была такой naukatehnika.com

33

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

Линкор «Аризона» на момент вступления в строй

Корабль

Верфь

USS Pennsylvania (BB-38) («Пенсильвания») USS Arizona (BB-39) («Аризона»)

Newport News

Заложен

naukatehnika.com

Спущен на воду

Вступил в строй

Списан из флота

27 октября 1913 г. 16 марта 1915 г. 12 июня 1916 г. Затоплен 10 февраля 1948 г. на атолле Кваджалейн New York Navy Yard 16 марта 1914 г. 19 июня 1915 г. 17 октября 1916 г. Потоплен 7 декабря 1941 г. японской палубной авиацией в ходе налета на Пёрл-Харбор

же, как у предшественника. При этом низ судна имел некоторые отличия от «Невады». Двойное днище внутри оснащалось дополнительной перегородкой толщиной 19 мм. Главный броневой пояс имел толщину 343 мм, а длину около 125 м и простирался от барбета носовой башни главного калибра до барбета кормовой башни главного калибра, замыкаясь в оконечностях броневыми траверсами. Башни 356-мм орудий обшивались 406-мм плитами. Главный калибр линкоров составляли двенадцать 356-мм орудий с боекомплектом по 100 снарядов на ствол. Башни главного калибра сделали трехорудийными, с общей люлькой и совместным вертикальным наведением, но на три орудия имелось два снарядных подъемника — для экономии пространства и уменьшения численности башенной обслуги. Длина ствола каждого орудия составляла 45 калибров. Скорострельность достигала 1,75 выстрела в минуту. Дальность полета снаряда — 33 км. Для управления огнем служил центральный артиллерийский пост, находящийся под носовой надстройкой ниже уровня броневой палубы. Двадцать две 127-мм пушки Мk.7 обеспечивали противоминную оборону. 16 из них размещались в казематах на верхней палубе в носовой и центральной частях корабля. Еще четыре орудия располагались также в казематах палубой ниже в кормовой части. На носовой надстройке по бокам от боевой рубки были установлены еще два орудия. Боезапас составлял 230 снарядов на ствол. Скорострельность — до 9 выстрелов в минуту, дальность полета 14,5 км. На момент вступления в строй какой-либо единой системы управ34

Линкор «Пенсельвания» в доке на капитальном ремонте

Схема общего расположения линкора типа «Пенсильвания» после модернизации

Взрыв линкора «Аризона»

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

КОРАБЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ

Схема общего расположения линкора «Пенсильвания» в 1945 г.

Линкор «Пенсильвания», поврежденный японской торпедой

ления огнем противоминной артиллерии не было. Каждое орудие наводилось своим расчетом индивидуально. Четыре 76-мм зенитные пушки Mk.10 — располагались в центральной части судна. Дополняли вооружение два 533-мм минно-торпедных аппарата. Силовая установка была представлена четырьмя турбогенераторами компании General Electric. Размещались турбины по две единицы в отдельных отсеках, впереди и позади котельных отделений. Пар для турбин на линкоре, вырабатывали 12 котлов Babcock & Wilcox, по длине корабля котельное отделение занимали три отсека. В качестве топлива, как на предыдущих линкорах, использовалась нефть, по проекту нормальный ее запас составлял 1 548 т. При скорости 10 узлов дальность плавания составляла необходимые 8 000 миль. По проекту нормальное водоизмещение каждого линкора составляло 31 400 т, полное — 32 440 т. Максимальная длина кораблей равнялась 185,44 м, длина по ватерлинии — 183 м, ширина — 29,6 м, высота борта у миделя — 14,03 м, осадка при нормальном водоизмещении — 8,66 м, скорость — 21 узел, экипаж — 915 человек. Броня: пояс — 343 мм, башни — 457 мм, палуба — 89 мм. Вооружение: двенадцать 356-мм и двадцать два 127-мм орудия. В годы Первой мировой войны некоторые американские дредноуты воевали и базировались в Скала-Флоу. Экипажи новейших линкоров готовы были отплыть к берегам Европы. Но Англия отказалась «ставить на довольствие» «Пенсильванию» и «Аризону». Дело в том, что Британия, не имея больших запасов нефти, с трудом могла обеспечить жидким топливом лишь свой собственный флот, вследствие этого для отправки в Европу избрали угольные дредноуты. В 1929–1931 гг. обе «Пенсильвании» прошли сходную с другими линкорами реконструкцию, в ходе которой на них сделали противоторпедные були, отказались от казематного размещения

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

артиллерии среднего калибра, в корме смонтировали авиационную катапульту. Позже вторую катапульту поставили на башне «X» главного калибра. На день начала войны оба корабля находились в Пёрл-Харборе. «Аризона» подверглась жесточайшему торпедно-бомбовому удару, фактически разломившись на две части в районе башни «В» главного калибра. Корабль затонул, вместе с ним под воду ушло 1 177 человек экипажа. Подъем линкора смысла не имел — все конструкции, находившиеся выше уровня воды срезали, а остальное оставили под водой — ныне это мемориал жертвам коварного нападения японских милитаристов. В момент атаки японцев «Пенсильвания» стояла в сухом доке № I, благодаря чему получила сравнительно незначительные повреждения. После ремонта линкор вернулся в строй в марте 1942 г., но уже в октябре того же года «Пенсильванию» снова поставили на ремонт. В ходе его полностью обновили парк зенитного вооружения, а кормовую мачту-треногу заменили низкой башенноподобной надстройкой; катапульта с башни «X» главного калибра была демонтирована. Затем линкор участвовал в битвах за Мидуэй, в заливе Лейте, расположенном в Филиппинском море, и в других сражениях. «Пенсильвания» действовала на Тихом океане до самого окончания войны. Линкор видели на Алеутах, островах Гилберта, Маршалловых островах, у берегов Палау, Филиппин (в том числе и в проливе Суригао). Окинава и Иводзима прошли мимо «Пенсильвании», но линкор в июле 1945 г. попал в состав соединения TF-54. работавшего в Восточно-Китайском море. При обстреле острова Уэйк в августе 1945 г. линкор получил попадание торпеды, вызвавшее серьезные повреждения. Стоявший на якоре линкор «Пенсильвания» был атакован одиночным японским Mitsubishi G4M «Бетти». Экипаж торпедоносца, ориентируясь лишь на силуэты кораблей, смог добиться попадания торпеды в кормовую оконечность. Ее взрыв вывел из строя винторулевую группу и привел к обширному нарушению водонепроницаемости корпуса. Вскоре линкор погрузился в воду почти по верхнюю палубу, однако благодаря слаженным действиям опытного экипажа затопление удалось взять под контроль. Линкор отремонтировали до состояния, позволяющего держаться на плаву, после чего использовали в качестве «подопытного кролика» — в 1946 г. он подвергся ядерным испытаниям, а спустя 2 года (10 февраля 1948 г.) был затоплен у Атолла Кваджалейн. Линкоры типа «Пенсильвания» получились настолько удачными, что три последующие серии кораблей создавались на их основе. Все они будут названы в литературе «американскими стандартными линкорами» и составят основу боевой мощи флота США вплоть до массового появления авианосцев.

naukatehnika.com

35

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Линейный генератор энергии со свободным поршнем, который использует сгорание для непосредственной выработки электроэнергии без приводного вала, может обеспечить расширение возможностей электромобилей. Он намного меньше и эффективнее, чем обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Несколько исследовательских групп, в том числе научно-исследовательская группа Toyota, исследуют эту интригующую технологию.

Н

есмотря на появление совершенных электромобилей, двигатели внутреннего сгорания, вероятно, сохранятся в течение довольно долгого времени, часто в качестве компонента подключаемых гибридных автомобилей и электромобилей с увеличенным запасом хода. При этом может быть установлен небольшой бортовой высокоэффективный электрогенератор, чтобы аккумулятор можно было заряжать во время поездки, — так называемый «расширитель запаса хода» или, проще говоря, «гибридно-электрическая трансмиссия». И при этом ДВС, лишь подзаряжая истощенную литийионную батарею, всегда работает на максимально эффективных режимах. С этой задачей легко справляется обычный ДВС, однако в скором времени его могут сменить куда более компактные, легкие, эффективные и дешевые агрегаты, специально созданные для работы в качестве электрогенератора. Такое решение в целом повысит эффективность, а также надежность функционирования системы.

ОРИГИНАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — ПРОСТОТА И ВЫСОКИЙ КПД

Одна из самых радикальных концепций ДВС в истории — двигатель со свободным поршнем. Первые упоминания о нем в специальной литературе относятся к 20-м гг. прошлого столетия. С 1930-х по 1960-е гг. такие двигатели использовались в качестве воздушных компрессоров и газогенераторов, поскольку они обладали заметными преимуществами перед обычными двигателями внутреннего сгорания и газовыми турбинами. Свободнопоршневой двигатель аналогичен обычному поршневому двигателю внутреннего сгорания, но с заменой кривошипно-шатунного механизма линейным поршневым узлом, который может работать свободно и только в направлении линейного перемещения. Устроен двигатель просто. По сути, это цилиндр с глухими концами, внутри которого скользит поршень. На каждом конце цилиндра — инжектор для впрыска топлива, впускное и выпускное окно либо клапаны. В зависимости от типа топлива к ним могут быть добавлены свечи зажи-

 Линейный генератор со свободнопоршневым двигателем — это своеобразный преобразователь энергии, который может генерировать электрическую энергию и рассматривается как потенциальная технология для решения проблемы ограниченного пробега электромобилей. Избавившись от кривошипно-шатунного механизма, такой двигатель получает ряд преимуществ в виде высокого КПД, переменной степени сжатия, компактных размеров и пр.

Автор — Николай Макаренко 36

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ гания. И все: меньше десятка простейших деталей и лишь одна — движущаяся. Поршень в таком двигателе движется линейно, возвратно-поступательно, между двумя камерами сгорания. Основная особенность двигателя со свободным поршнем в том, что движение поршня определяется не механической связью кривошипно-шатунного механизма, а соотношением нагрузки к силе расширяющихся газов. Степень сжатия, таким образом, у него получается переменной. Как следствие, этот двигатель можно просто настроить на сжигание бензина, дизельного топлива, этанола, природного газа, водорода и т. д. КПД двигателя со свободным поршнем теоретически больше 70 %. Он легок и прост в производстве и, значит, дешев. Но несмотря на то, что этот двигатель известен около ста лет, широкого распространения он не получил. Причин тому несколько, и самая главная из них состоит в том, что до последнего времени инженеры не могли решить задачу, каким способом можно было бы снять мощность с поршня, движущегося взадвперед внутри цилиндра с частотой 20 000 раз в минуту.

ПЕРСПЕКТИВА КОНЦЕПЦИИ Первостепенная проблема — как снять мощность с такого двигателя, который механически представляет собой замкнутую систему? Как подключиться к поршню, который перемещается с высокой частотой? Эта задача долго оставалась нерешенной, хотя попытки сделать это производились регулярно. В частности, об нее обломали зубы инженеры General Motors в 1960-х гг. в процессе разработки компрессора экспериментального газотурбинного автомобиля. Действующие образцы судовых насосов на основе свободнопоршневых двигателей в начале 1980-х гг. были изготовлены французской компанией Sigma и британской Alan Muntz, но в серию они не пошли. Двигатели со свободно движущимися поршнями можно разделить по принципу работы на две основные группы: двигатели-компрессоры и двигатели — генераторы газа.

В двигателях первой группы энергия, получаемая в цилиндре двигателя, расходуется на сжатие воздуха поршнями компрессора, соединенными с рабочими поршнями двигателя без промежуточных механизмов. Часть сжатого воздуха расходуется на газообмен в цилиндре, а большая часть его поступает к потребителю. В двигателях второй группы энергия продуктов сгорания топлива частично используется для обеспечения протекания рабочего процесса в цилиндре, а основная ее часть передается силовой газовой турбине. Поршневой двигатель в этом случае становится генератором сжатых и нагретых газов. В качестве поршневого двигателя используются дизели, хотя известны попытки применения и газовых двигателей. Растущий интерес к исследованиям и разработкам, а также инвестиции в эту технологию привели к появлению большего числа конфигураций прототипов двигателя со свободным поршнем. В целом они могут быть различного типа: двухтактные с оппозитными поршнями, четырехтактные с оппозитными поршнями, двухтактные с одним поршнем и двухтактные с двумя поршнями, используя свечи зажигания или принцип дизельного двигателя и пр. Известны даже двигатели со свободным поршнем, работающим по принципу Стирлинга. Перспективной является концепция использования двигателя со свободным поршнем, напрямую соединенного с линейным электрическим генератором. Потенциал этой системы можно использовать как часть гибридно-электрического транспортного средства для применения в автомобилях либо тяжелом транспорте или даже в системах комбинированного производства тепла и электроэнергии. Решение нашел профессор Питер Ван Блариган. Он оснастил поршень кольцевыми магнитами из неодимового сплава, а на внешней стенке цилиндра-статора поместил медную обмотку. Таким образом, появление сверхмощных магнитов из неодимового сплава позволило обойтись без механической связи поршня с трансмиссией, создав генератор электричества. Ван Блариган построил опытный образец — двухтактный линейный генератор мощностью 40 кВт. Термический КПД двигателя-генератора, работающего на пропане, достигал 56 %. Причем этот двигатель мог работать не только на пропане, но и на бензине, водороде, дизельном топливе и спирте. Высокий КПД такого двигателя обеспечивается за счет снижения паразитных внутренних потерь. В конструкции отсутствуют вращающиеся массы, которые имеют значительную инерцию. На поршни не действуют боковые силы, которые обычно прижимают их к стенкам цилиндра, благодаря чему уменьшается трение. Подшипники коленчатого вала и шатунов, поршневые пальцы, распределительный вал, кулачки и клапаны — все те узлы классического двигателя, в которых существует трение, отсутствуют. Кроме того, на каждый цикл работы двигателя со свободным поршнем приходится два рабочих такта. При этом свободнопоршневой двигатель гораздо компактнее, проще и надежнее обычного ДВС. Такие двигатели могут работать на любом виде жидкого или газообразного

 Топливо сжигается в линейном генераторе со свободным поршнем. Газы ускоряют плавающий поршень, оснащенный постоянными маг-нитами. Линейное перемещение постоянных магнитов относительно катушек позволяет извлекать энергию, получаемую при сгорании топлива, в виде электроэнергии. Поршень тормозится сжатием среды в камере пневматической пружиной и толкается назад к камере сгорания. Благодаря своей конструкции поршневой блок свободно перемещается и ограничен цилиндром с камерой сгорания, с одной стороны, и пневматической пружиной — с другой.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

naukatehnika.com

37

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

топлива, и они достаточно надежные. Кроме того, очевидны их легкость, компактность и простота в производстве.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ Линейный генератор со свободным поршнем — это новый преобразователь энергии, который обычно состоит из двигателя внутреннего сгорания, линейной электрической машины и устройства отскока. По сравнению с обычным двигателем внутреннего сгорания, за счет исключения коленчатого вала и маховика, поршень данного двигателя и движитель линейного генератора связаны напрямую. Следовательно, поршень может свободно колебаться между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой без ограничения механизмом коленчатого вала. Это дает возможность работать с несколькими видами топлива за счет простого управления степенью сжатия без изменения механической конструкции. Эффективность преобразования энергии может быть увеличена за счет оптимизации степени сжатия. Кроме того, ключевые характеристики двигателя со свободным поршнем, такие как выходная мощность и эффективность системы, могут быть улучшены за счет управления положением поршня.

Свободнопоршневой линейный генератор — электрический генератор, построенный на базе свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, в котором химическая энергия сжигания топлива используется для линейного движения связанных с поршнем магнитов вдоль статора и производства электричества. За счет того, что в такой системе отсутствует кривошипношатунный механизм, она получается легче, проще и, как следствие, надежнее

ВАЖНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА Линейный генератор со свободным поршнем имеет следующие преимущества по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания: 33 регулировка хода, степени сжатия и хода поршня до рабочей точки,

33 повышенная эффективность при частичной нагрузке, 33 компактная конструкция, 33 сбалансированные силы инерции (низкий уровень шума), 33 низкие производственные затраты, 33 возможность использования различного топлива. Свободнопоршневой двигатель устраняет всю механическую трансмиссию обычного двигателя, позволяя разрабатывать эффективные циклы сгорания и уменьшая количество деталей, а соответственно, стоимость двигателя. Принцип действия генератора со свободным поршнем, производящим электроэнергию непосредственно из линейного движения поршня без промежуточных механических звеньев, достаточно прост. Двухцилиндровый двигатель линейного генератора со свободным поршнем выполнен по оппозитной схеме и имеет поршневую группу, состоящую из двух поршней, соединенных жестким штоком. Циклически повторяющееся давление газов в процессе сгорания топлива сообщает поршневой группе возвратнопоступательное движение. В плоскости симметрии штока, между поршнями на штоке закреплена подвижная магнитная система. Она размещается внутри неподвижного статора с системой обмоток. При возвратно-поступательном движении штока с закрепленной на нем магнитной системой внутри статора вследствие взаимодействия их магнитных полей происходит возникновение электродвижущей силы в обмотках статора. Кроме того, электрическая машина, работая в режиме двигателя, может обеспечивать старт двигателя внутреннего сгорания. Электронная система управления осуществляет контроль движения поршней для обеспечения оптимального термодинамического цикла, а также позиционирование поршней, предотвращая их соударение с головками цилиндров. Преимущества этого принципа преобразования энергии значительны: 33 уменьшение числа движущихся деталей за счет исключения кривошипно-шатунного механизма до одного поршневого узла; 33 повышение жесткости и механической надежности конструкции двигателя; 33 повышение ресурса и механического КПД двигателя вследствие отсутствия шатунов, что приводит к исключению боковых сил, действующих на зеркало цилиндра и уменьшению трения в цилиндропоршневой группе; 33 исключение стартера для запуска ДВС, так как электрический генератор может работать и как линейный электродвигатель;

 Свободнопоршневой двигатель с двумя камерами сгорания на обоих концах свободного поршня и линейный электрический генератор для получения энергии от поршня во время его цикла движения

38

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Свободнопоршневой двигатель. Фото: DLR

При возвратно-поступательном движении постоянного магнита, прикрепленного к штоку поршня, происходит колебание магнитного поля, которое индуцирует ток в катушке статора

Вариант двигателя со свободным поршнем оборудован электромагнитными клапанами, впрыском топлива и свечой зажигания

33 возможность динамического изменения степени сжатия в каждом такте не механическими способами, а установкой параметров электронной системы управления; 33 возможность работы с различными видами топлива (бензин, природный

газ, водород, биогаз, биотопливо) посредством электронной настройки системы управления; 33 реализация оптимальных режимов сгорания топлива, в том числе и гомогенное воспламенение бедных смесей — потенциал для снижения вредных выбросов; 33 снижение расходов на производство. Другая конструкция — линейный генератор со свободным поршнем — использует камеру внутреннего сгорания, линейный генератор и газовую пружину. Двигатель внутреннего сгорания приводит в движение поршень. Поршень тормозится сжатием среды в камере пневматической камеры и толкается назад к цилиндру сгорания. Благодаря своей конструкции поршневой блок свободно перемещается и ограни-

 Генераторы со свободнопоршневым двигателем (FPEG) обладают огромным потенциалом в качестве основного устройства преобразования энергии для выработки электроэнергии из топлива в составе системы трансмиссии гибридного электрического транспортного средства. Основные преимущества заключаются в том, что они теоретически более эффективны, компактнее и легче по сравнению с другими конкурирующими гибридными электромобилями и решениями для увеличения запаса хода (ДВС, роторные двигатели, топливные элементы и т. д.)

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

naukatehnika.com

39

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Toyota разработала прототип системы линейного генератора со свободным поршнем. Серия испытаний определила, что система может работать в течение длительных периодов времени с усовершенствованным алгоритмом управления даже при проблемном процессе сгорания

Теоретически КПД двигателя со свободным поршнем перевешает 70 %. Такие двигатели могут работать на любом виде жидкого или газообразного топлива, крайне надежны и великолепно сбалансированы. Кроме того, очевидны их легкость, компактность и простота в производстве

чен камерой сгорания, с одной стороны, и пневматической камерой — с другой. У таких двигателей вместо преобразования линейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, как в обычном ДВС, устройство преобразует кинетическую энергию поршня непосредственно в электрическую, которая используется для зарядки аккумуляторов.

ПРОБЛЕМЫ СЛОЖНЫЕ, НО РЕШАЕМЫЕ Серийному выпуску подобных двигателей мешает несколько проблем, самая главная из которых — создание системы управления. Дело в том, что в обычном ДВС верхняя мертвая точка траектории поршня задается геометрией кривошипношатунного механизма, а в линейном она зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливовоздушной смеси. То есть поршень тормозится создаваемым давлением в камере. Как следствие, длительность тактов и верхняя мертвая точка могут изменяться. А это значит, что при неточной работе форсунки поршень либо остановится, либо ударится в стенку. Как следствие, свободные поршни нуждаются в спе40

naukatehnika.com

Количество деталей линейного генератора энергии со свободным поршнем — минимальное

Устройство линейного генератора энергии со свободным поршнем предельно простое

циальной системе, которая бы нивелировала разницу в процессе сгорания топлива в каждом из рабочих циклов. Ван Блариган считает, что ключ к решению проблемы управления — в контроле положения и движения поршня через внешний статор. Компьютерное управление вполне может справиться с такой задачей. А тормозить поршень можно с помощью тех же электромагнитов. Полноценный прототип генератора с готовой системой управления обещан с КПД 50 %. Такой двигатель отлично подходит для автомобиля с электрической трансмиссией. ДВС в таком автомобиле нужен только для зарядки аккумулятора, при пуске он должен сразу выходить на режим максимальной мощности либо максимального момента. Это значит, что нет необходимости обеспечивать его работу на переходных режимах, ту самую, ради которой создаются многоклапанные двигатели, впускные коллекторы переменной длины, управление фазами газораспределения, двойной наддув и пр. Двигатель, работающий в узком диапазоне оборотов, намного проще и, значит, дешевле и надежнее.

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Генератор со свободнопоршневым двигателем — это новая система выработки электроэнергии, разработанная для электромобилей, и она отмечена как более эффективная система питания, чем обычные двигатели. В нем используется двухтактный режим с искровым зажиганием. По сравнению с четырехтактным он имеет более высокую удельную мощность при том же объеме двигателя и массе впрыскиваемого топлива. Набор параллельных механических пружин действует как устройство отскока, чтобы толкать поршень из НМТ в ВМТ

УПРАВЛЕНИЕ РЕШАЕТСЯ КОНТРОЛЛЕРОМ ИТЕРАТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ Важной проблемой является стратегия управления возвратно-поступательным движением свободного поршня для обеспечения стабильной работы системы. При отсутствии коленчатого вала несколько поршней должны какимто образом точно позиционироваться и синхронизироваться. Если движение каждого поршня не контролируется точно, степень сжатия будет меняться, что снижает эффективность работы двигателя. Проблема управления была разделена на управление ходом, управление верхним и нижним положением поршня для уменьшения излишнего потребления энергии во время управления. Контроллер итеративного обучения был разработан для управления верхним положением поршня, при этом управление нижним положением поршня было основано на оценке параметров сгорания, а управление ходом было основано на конечном результате. Положения поршня при изменении направления движения предыдущего хода и максимальное давление в цилиндре текущего хода были приняты в качестве обратной связи. Комбинированная имитационная модель, включающая колебания цикла сгорания, была представлена и подтверждена прототипом, а также проанализирована эффективность стратегии управления. Результаты показали, что система обеспечивает стабильную работу, а возвратно-поступательное движение свободного поршня хорошо контролируется.

Вариант компоновки двигателя со свободно движущимися поршнями. Его отличительной особенностью является наличие поршней, не связанных кривошипно-шатунным механизмом и движущихся только под действием переменного давления газов в разных полостях цилиндра

ставляет собой сложную техническую задачу, решение которой лежит на стыке физики процесса сгорания топлива, теории систем управления быстропротекающими процессами в реальном времени, быстродействующей силовой электроники и техники линейных электроприводов. Однако, к счастью, все эти технологии можно считать на сегодняшний день достаточно глубоко разработанными, и требуется лишь решить проблему в синергетическом синтезе систем.

P. S. Задача создания силовой установки в составе линейного генератора и двигателя внутреннего сгорания со свободным поршнем пред— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

naukatehnika.com

41

РОБОТЫ

и

ДРОНЫ

КАРА С НЕБЕС — ДРОНЫ ПРОТИВ ТАНКОВ

В

ооруженный конфликт в Нагорном Каракомплексов с БПЛА. Из них 10,2 тыс. — БПЛА тактического, операбахе 2020 г. вызвал громадный всплеск тивного и стратегического назначения. интереса к боевым беспилотным летаАвиационные беспилотные системы начали разрабатывать еще тельным аппаратам (БПЛА), которые в самом начале XX в. В 1910 г., спустя всего несколько лет после начали восприниматься буквально симпервого полета самолета братьев Райт, американский военный волом войн будущего. Несомненно, многочисленинженер Ч. Кеттеринг разработал конструкцию беспилотного ударные наводнившие информационное пространного самолета. Он был начинен взрывчаткой, после взлета некоство видеокадры атак наземных целей с камер торое время мог лететь по прямой, а над позициями неприятеля ударных беспилотников, которые распространяло Министерство обороны Азербайджана, впечатляют своей неотвратимостью и безнаказанностью. В очередной раз может показаться, что наконец найден волшебный меч-кладенец, обеспечивающий победу, и что войну можно вести роботами, нанося противнику существенный ущерб без больших потерь в живой силе с собственной стороны. Действительно, сегодня беспилотная авиация быстро развивается, переживая небывалый подъем, а дроны благодаря разработке новых технологий передачи и обработки информации, а также удешевлению их производства демонстрируют впечатляющие успехи. По имеющимся данным, уже в 2015 г. на вооружении ведущих зарубежКадры атак наземных целей с камер ударных беспилотников Азербайджана ных государств находилось около 3,2 тыс. и подбитая боевая техника на земле

Автор — Сергей Шумилин 42

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

РОБОТЫ

сбрасывал крылья и «бомбой» падал вниз. В 1914 г., с началом мировой войны, изобретатель даже получил заказ от армии США на постройку 45 своих «летающих бомб». Они были приняты на вооружение, но применить их в бою американцам не довелось. Позже, по мере совершенствования и распространения радиопередающих устройств начали появляться летательные аппараты, имевшие полноценное радиоуправление и примитивные автопилоты. К началу Второй мировой войны радиоуправляемые беспилотные аппараты уже выпускались массово. Так, разработанный в 1939 г. известный британский радиоплан QQ-2 был построен в 14 тыс. экземпляров. Использовавшиеся во время Второй мировой войны беспилотные авиационные системы также в большинстве своем можно считать бомбами, управляемыми по радио. Вероятно, наиболее известен германский проект Mistel, в котором обычные самолеты переделывались в начиненные взрывчаткой дроны. Например, бомбардировщик Ju-88 под завязку загружали взрывчаткой, а над его фюзеляжем закреплялся самолетноситель (обычно истребитель Bf-109 или FW-190), пилот которого и осуществлял управление этим тандемом. Перед атакой самолет-носитель отсоединялся от самолета-бомбы и мог благополучно вернуться на базу. Союзники также использовали переделанные тяжелые бомбардировщики в качестве высокоточных управляемых снарядов для поражения хорошо укрепленных немецких бункеров. Машина взлетала под управлением пило-

и

ДРОНЫ

тов, которые затем выпрыгивали с парашютом, а до цели такой самолет-снаряд летел под радиоуправлением с самолета наведения. Именно при неожиданном взрыве такого модифицированного бомбардировщика B-24 «Либерейтор», груженного 9,6 тонны взрывчатки, в 1944 г. погиб Джозеф Патрик Кеннеди, старший брат будущего президента США Джона Кеннеди. Во времена холодной войны во многих странах, включая США, СССР, Израиль, строились беспилотники в основном разведывательного назначения. Американцы использовали их во Вьетнаме, израильтяне — во время Войны Судного дня и Ливанской войны. А в СССР для ведения оперативно-тактической авиаразведки применялся реактивный дрон Ту-141, разработанный знаменитым авиационным конструкторским бюро Туполева в 1970-х гг. В начале 2000-х гг. беспилотники получили эффективное оружие — управляемые ракеты, открыв тем самым новую эпоху своего развития. До недавнего времени самым известным ударным беспилотным комплексом был американский MQ-1 Predator, вооруженный управляемыми ракетами AGM-114 «Хеллфайр». Они широко использовались для нанесения точечных ударов по «мягким целям»: главарям террористов, бензовозам «Исламского государства» и т. д. Несколько таких БПЛА поддерживали войска в Афганистане, где было тяжело обеспечить базирование большого количества «традиционных» самолетов. Здесь они продемонстрировали высокую точность ударов по группам боевиков «Аль-Каида» и «Талибан». Примером может служить удар по одной из кабульских гостиниц, где, по данным американской разведки, размещались командиры террористической группировки «Аль-Каида». При этом атаки выполнялись не по зданию в целом, а по окнам тех номеров, в которых якобы поселились боевики. Но сейчас, после войны в Карабахе, у всех на слуху другой БПЛА — турецкий Bayraktar TB2, применявшийся азербайджанскими войсками. Большинство видеозаписей ударов по целям

В ходе Второй мировой воны в Германии обычные самолеты переделывались в начиненные взрывчаткой дроны — проект Mistel Беспилотный летательный аппарат Ч. Кеттеринга, разработан в 1910 г.

MQ-1 Predator — американский ударный беспилотный комплекс — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Советский реактивный дрон Ту-141 для ведения оперативно-тактической авиаразведки naukatehnika.com

43

РОБОТЫ

и

ДРОНЫ

Американский MQ-9 Reaper во время полета над Афганистаном

Турецкий БПЛА Bayraktar TB2, применявшийся азербайджанскими войсками

Характеристики БПЛА Bayraktar ТВ2

в Карабахе, которые распространяют азербайджанские военные, эксперты приписывают именно ему. Интересно, что в июне 2020 г. министр обороны Азербайджана Закир Гасанов заявлял, что только надеется на получение этих дронов в будущем. 5 октября президент Ильхам Алиев в своем выступлении упомянул, что у Азербайджана есть некие турецкие ударные беспилотники, но публикаций с подтверждением покупки и получения Азербайджаном этих беспилотников не делалось. Таким образом, возможно, что Азербайджан получил Bayraktar TB2 только перед самым началом войны в Карабахе. Сами турки успешно применяли свои дроны Bayraktar TB2 в Сирии — против правительственных сил Башара Асада, а также в Ливии — против войск Халифы Хафтара. В 2019 г. шесть таких дронов купила Украина, а в октябре 2020 г., уже после начала Кара44

naukatehnika.com

Поле сражения будущего с боевыми БПЛА

бахской войны, стало известно, что она собирается дополнительно закупить в Турции еще от шести до 12 комплексов Bayraktar TB2 (каждый включает в себя четыре беспилотника и одну базовую станцию). В текущем году заинтересованность в TB2 проявила и Сербия — сербский президент Александр Вучич заявил, что «его страна интересуется турецкими дронами». БПЛА Bayraktar TB2 разработан турецкой компанией Baykar в 2009 г. и с 2014 г. поставлялся турецким силовым ведомствам. Дрон способен действовать под контролем оператора или самостоятельно, его можно применять для разведки, наблюдения или нанесения ударов. Он имеет максимальный взлетный вес 650 кг, при этом его поршневой двигатель мощностью 100 л. с. с толкающим воздушным винтом обеспечивает дрону максимальную скорость в 220 км/ч (крейсерскую — 130 км/ч) и потолок в 8 100 м. Планер машины изготавливается из композитных материалов, ее длина — 6,5 м, размах крыла — 12 м. Турецкий Bayraktar TB2 может находиться в воздухе сутки, а это в 3,5 раза дольше, чем у тяжелого американского MQ-9 Reaper (14 часов). Соответственно, он может дежурить в ожидании вызова и реагировать по запросу находящегося на земле отряда пехоты, оставаясь вне поля боя, но на расстоянии, когда подлетное время до цели будет совсем небольшим. Масса боевой нагрузки Bayraktar TB2 составляет до 75 кг и размещается на четырех подкрыльевых пилонах. Для сравнения, американский MQ-9 Reaper имеет шесть узлов подвески и способен нести до 1,7 т полезной нагрузки. На Bayraktar TB2 могут подвешиваться противотанковые управляемые ракеты Roketsan L-UMTAS или MAM-L с лазерной полуактивной системой наведения. Также турецкой компанией Roketsan Roket Sanayii ve Ticaret A.S разработан облегченный боеприпас MAM-C (Mini Akıllı Mühimmat — «умные мини-боеприпасы») представляющий собой корректируемую бомбу с лазерной полуактивной системой наведения. По заявлению технического директора компании-производителя, на декабрь 2020 г. заказчикам было поставлено 154 Bayraktar TB2, из которых более 120 сейчас находятся в строю. Их суммар— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

РОБОТЫ

ный налет с 2014 г. составил около 280 тыс. часов. При этом, по утверждению представителя компании, более 80 % их полетов в боевых условиях были успешными. В ходе Карабахской войны Азербайджан также применял и барражирующие боеприпасы, или, как их еще называют, дроны-камикадзе — своего рода крылатые ракеты, способные барражировать в районе цели, ожидая сигнала к атаке. Такие дроны обычно оснащаются современными системами навигации и прицеливания, способны наводиться на цель и маневрировать на подлете к ней. При относительно небольшой стоимости, «камикадзе» способен уничтожить вражескую военную технику стоимостью гораздо выше, чем стоит он сам, например ракетный комплекс, РЛС или современный танк. По американским данным, в 2019 г. на вооружении азербайджанской армии имелось около 100 единиц барражирующих боеприпасов Skystriker и 50 единиц — Harop. Последний был разработан в 2001–2005 гг. израильской компанией Israel Aerospace Industries. Свой первый испытательный полет аппарат совершил на военном аэродроме в пустыне Негев осенью 2003 г. Согласно данным, приведенным на сайте производителя, Harop может управляться удаленно либо наводиться на цель самостоятельно с помощью собственного радара или ловя испускаемое с земли радиоизлучение. Для атаки наземных объектов беспилотник имеет 15-килограммовую боеголовку. В воздухе беспилотник, приводимый в движение пропеллером, может проводить в поисках цели до шести часов. Как только цель найдена и выбрана, аппарат пикирует вниз, неся к ней свой заряд. Если в ходе полета цель найти не удалось, беспилотник возвращается к месту старта. Запускается аппарат в воздух из специальных подвижных контейнеров, установленных на грузовике в количестве 12 штук. Harop может успешно применяться для борьбы с ПВО противника, поскольку малые размеры дрона позволяют избежать его обнаружения наземными радарами. По заявлению Министерства обороны Азербайджана, беспилотники

и

ДРОНЫ

Harop впервые были применены еще во время вооруженных столкновений в Нагорном Карабахе 1–4 апреля 2016 г. — таким беспилотником был уничтожен автобус с армянскими добровольцами. Кроме покупных израильских дронов, в Азербайджане на совместном с Израилем предприятии Azad systems выпускались и собственные дроны — Orbiter-IK и Orbiter-III. Последний оснащается бесшумным электрическим двигателям, имееет взлетный вес 20 кг (полезная нагрузка — 3 кг) и продолжительность полета 6–8 часов. Кроме видеокамер, дрон оснащается лазерным целеуказателем. Впервые Orbiter-III был продемонстрирован в 2011 г. Война в Нагорном Карабахе, которая началась 27 сентября 2020 г. и продолжалась 44 дня, отличалась тем, что обе стороны, имея на вооружении вертолеты, штурмовики и истребители, практически их не применяли, опасаясь потерять эту дорогостоящую

Противотанковая управляемая ракета Roketsan с лазерной полуактивной системой наведения — один из вариантов вооружения БПЛА Bayraktar ТВ2

Дрон-камикадзе Skystriker на пусковой установке

Характеристики дрона-камикадзе Harop — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Запуск дрона-камикадзе Harop naukatehnika.com

45

РОБОТЫ

и

ДРОНЫ

Азербайджанский БПЛА Orbiter

Характеристики БПЛА Orbiter 2М

Израильский БПЛА большой дальности Heron 900, состоящий на вооружении Государственной пограничной службы Азербайджана, Баку

Тактический БПЛА «Крунк» (журавль) армянского производства

технику в результате противодействия ПВО противника. Неслучайно уже в первый день Азербайджан нанес заранее подготовленный удар именно по средствам ПВО Нагорного Карабаха. Всего же, по азербайджанским данным, за время конфликта было уничтожено 40 зенитных ракетных комплексов (ЗРК) «Оса», пять ЗРК «Тор», четыре ЗРК «Куб», один ЗРК «Круг», 14 ЗРК «Застава», семь ЗРК С-300 и два ЗРК С-125. В результате многочисленные азербайджанские беспилотники стали хозяевами неба, это был их звездный час. На земле за время полномасштабных боевых действий (по официальным данным Азербайджана) было уничтожено: 287 танков противника (плюс 79 танков захвачено в качестве военных трофеев), уничтожено 69 боевых машин пехоты (плюс захвачено 47), 97 установок «Град», две установки РСЗО «Ураган», один огнемет «ТОС», два оперативно-тактических ракетных комплекса «Эльбрус», один тактический ракетный комплекс «Точка-У». Конечно, не все они стали жертвами беспилотников, активно применялись артиллерия, минометы и РСЗО, однако и БПЛА внесли свой весо46

naukatehnika.com

мый вклад. При отсутствии у противоборствующей стороны современных средств ПВО и радиоэлектронной борьбы (РЭБ) азербайджанские беспилотные средства с высокой эффективностью обеспечивали наведение дальнобойной ствольной и ракетной артиллерии, как и непосредственную авиационную поддержку военной операции, заменив собой боевые и разведывательные самолеты. Некоторые армянские военные аналитики утверждают, что они проиграли войну в Карабахе из-за внезапно вскрывшейся серьезной уязвимости танков (в Карабахе использовались Т-72, разработанные еще в Советском Союзе) от воздушных атак дронов. Якобы военная разведка прозевала закупки противником ударных дронов и барражирующих боеприпасов, против которых армянские танки оказались бессильны. А без танков как карточный домик посыпалась и вся оборона. Некоторая доля истины в таком утверждении имеется. Действительно, в Ереване проспали техническое и технологическое переоснащение вооруженных сил Ажербайджана, а дроны-камикадзе на самом деле оказались эффективным средством, наносящим в бою значительную часть ущерба. Однако и списывать танки со счетов еще рано. Отметим, что традиционными противниками танков считались артиллерия, другие танки, позже к списку присоединились ПТУРС. Соответственно, броневая защита танков была ориентирована на противостояние именно таким угрозам. Но обеспечить равностойкое круговое бронирование танка технически невозможно (его масса вырастет до неприемлемого уровня), поэтому применялось дифференциальное бронирование — наиболее мощное в передней части, более слабое с бортов и кормы, и по остаточному принципу бронировалась крыша танка. В перспективных танках недостаточная броневая защита верхней части машины компенсируется применением систем активной защиты, например «Афганит» у российской Арматы или «Трофи» на израильских и американских танках. Естественно, что на устаревших танках Т-72, которыми располагали армянские силы в Карабахе, подобных систем активной защиты не имелось.

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

РОБОТЫ

Заметим, что танк Т-72 и сегодня является основой танкового парка целого ряда стран. Можно привести мнение об этой боевой машине чешского военного эксперта Давида Хола. Напомним, что в Чехословакии в свое время по лицензии была построена почти тысяча «семьдесятдвоек». Хол отмечает, что Т-72 жизненно важен даже спустя полвека с момента его создания. Машина постоянно совершенствуется, и к ее преимуществам относятся простота и надежность. А вот недостатком он назвал «саму концепцию, заимствованную у танка Т-64, которой следовали и другие советские танки». Речь идет об автомате заряжания, который привел к неудачному размещению боеприпасов. Кроме того, Т-72 оснащен не очень мощными приборами наблюдения и устаревшей системой управления огнем. Эти недостатки пытаются устранять в процессе модернизации. По мнению Хола, на Т-72 нужно демонтировать или доработать автомат заряжания, установить новую систему управления огнем и легкую дополнительную броню. Тогда танк мог бы заинтересовать многие развивающиеся страны. Так, например, Сербия недавно получила из России 11 модернизированных танков Т-72БМС. По словам президента Александра Вучича, он «благодарен Российской Федерации и президенту Путину за то, что они и этим пожертвованием помогли Сербии». Вучич добавил, что у новых машин улучшена защита, навигация и управление, что повысит боеготовность сербской армии. Но вернемся к противостоянию танка и дрона. Хотя в прямом «рыцарском» поединке один на один танк, безусловно, проигрывает дрону, однако не стоит забывать, что точно так же танк не в состоянии адекватно противостоять и самолету или вертолету. Тем не менее это отнюдь не ставит на боевой эффективности танков крест — ударные возможности авиации должны парироваться силами армейской и фронтовой ПВО. Не изменилась ситуация и с появлением ударных противотанковых вертолетов. С одной стороны, из-за сложности и дороговизны ни одна армия не может себе позволить иметь их в достаточном количестве, с другой — быстро появилось эффективное средство против вертолетов — ПЗРК. Так что эффективность воздействия дронов на армянские танки кроется отнюдь не только в их тонкой верхней броне, а прежде всего в слабости, если не сказать отсутствии, армянской ПВО и РЭБ. «Если вывести из игры системы радаров и военно-

и

ДРОНЫ

воздушные силы, танки и другую бронетехнику легко можно уничтожать с помощью дронов. Они просто не рассчитаны на атаки сверху, а подготовлены в основном к ударам в боковую часть корпуса», — считает сотрудник датской Академии обороны Андреас Грое. Аналогичной точки зрения придерживается и майор Николас Моран (США), по словам которого, если сторона конфликта не имеет необходимой ПВО прикрывающей свои подразделения на земле, то в результате военнослужащие в танках имеют очень мало возможностей для своей защиты. Большинство современных армий осознают наличие такого рода угроз и разрабатывают установки для борьбы с атаками с воздуха. Методы и технологии противостояния дронам, конечно, активно развиваются, но и сами БПЛА также совершенствуются. Они становятся мобильнее, меньше, дешевле, на них устанавливается новое высокоточное оружие. Очевидно, что в сложившихся условиях придется пересматривать тактику использования танков и лучше защищать их от ударов с воздуха. В целом же, по мнению западных аналитиков, масштабные танковые сражения остались в прошлом, и сегодня фокус внимания следует перенести на развитие более легких видов бронетехники, удовлетворяющей требованиям высокотехнологичных войн. Подводя итоги, можно сказать, что с учетом опыта боевых действий в Карабахе и Ливии производящие БПЛА страны будут наращивать их количество, а те которые не в состоянии разрабатывать и производить БПЛА самостоятельно, будут активно закупать их за рубежом. За примерами далеко ходить не надо. Так, например, Пакистан на фоне своего противостояния с Индией в Кашмире закупает новые ударные БПЛА в Китае. В дополнение к уже имеющимся Wing Loong II он заказал более современные ударные Cai Hong-4 (CH-4). Стоимость одного беспилотника составляет около 2 млн долларов. Закупка 50 таких БПЛА потянет на 130–140 млн долларов, включая вооружение, оборудование и обучение персонала. Новые партии беспилотников Wing Long II закупают у Китая

Разбитый армянский танк Т-72 в Джебраиле, 16 октября 2020 г.

Кадры атаки танков Т-72 с ударных беспилотников Азербайджана — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

naukatehnika.com

47

РОБОТЫ

и

ДРОНЫ

Азербайджанский БПЛА Bayraktar TB2, сбитый в Карабахе Турецкий БПЛА Bayraktar TB2, сбитый в Ливии под Триполи силами фельдмаршала Хафтара

Прототип американского палубного БПЛА X-47B Pegasus

и Объединенные Арабские Эмираты — как для компенсации уже понесенных потерь, так и для наращивания их парка. Сегодня БПЛА прочно заняли важное место в военных машинах современных стран. Они больше не воспринимаются как приятный бонус, без которого в принципе можно бы и обойтись, перейдя в статус абсолютно необходимого элемента вооружения, отсутст-

48

naukatehnika.com

вие которого дает противнику заведомое преимущество, сказывающееся как на тактическом, так и на оперативном уровнях. Обратной стороной такой ситуации становится необходимость наличия современной ПВО и активного применения средств РЭБ, которые в принципе способны эффективно бороться с беспилотниками. Правда, в ближайшей перспективе имеющаяся ПВО вряд ли сможет полностью нейтрализовать современные БПЛА и противодействовать им без потерь. Что опять же приводит к необходимости, кроме ПВО, иметь и собственные беспилотники, способные наносить симметричные потери противнику, затрудняя для него возможность реализовывать успехи на земле.

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ

Встреча в океане японской и германской подводных лодок

ХОЖДЕНИЕ

Я

ЗА ТРИ МОРЯ

понские лодки занимались транспортировкой грузов вплоть до капитуляции страны, и в конце войны эти перевозки даже приобрели стратегический характер. Однако особый интерес для любителей экзотики представляют переходы японских лодок в Европу. Императорский Морской генеральный штаб (МГШ) отправил туда пять кораблей. Все они относились к типу крейсерских лодок, имеющих авиационное вооружение. Перед походом с них демонтировали часть вспомогательного оборудования, снимали бортовой самолет, большинство запасных торпед и часть артиллерийского боезапаса. В Европу японцы доставляли хинин, редкоземельные металлы и людей. Обратно перевозились ртуть, новейшие технологии, дипломатическая почта, электроника, образцы авиационных и морских систем вооружения. Морской путь проходил через Индийский океан, вокруг мыса Доброй Надежды в Атлантический океан и дальше в порты оккупированной немцами Франции. Этот путь протяженностью свыше 15 000 миль был сопряжен с большими труд-

ностями. Опасность представляли не только подводные лодки, авиация и корабли охранения противника, но также и сам маршрут, проходивший через полосу «ревущих сороковых» широт, через районы с изменчивой погодой. Трудности, испытываемые экипажами в холодную погоду, были почти невыносимыми. Поэтому неудивительно, что из пяти японских лодок, ходивших в Германию, только одна возвратилась обратно без происшествий. Первой во Францию отправилась I-30 (командир — капитан 2-го ранга Синобу Эндо), которая 5 августа 1942 г. пришла в Лориан, где были сданы доставленные 300 тонн груза: молибден и вольфрам для германской промышленности, 3 т опия и 54 кг кофеина для госпиталей, а также больше 2 т золота в 146 слитках, упакованных в 49 металлических ящиков — плата за немецкие оптические технологии. На борту лодки, помимо экипажа в 84 человек, находились пассажиры — 14 японских инженеров, которых отправили в Германию для изучения зенитных орудий и двигателей для торпедных катеров.

I-30 относилась к типу крейсерских лодок В-1. Водоизмещение — 2 631 т в надводном положении и 3 713 т в подводном положении. Главные размерения: длина 108,7 м, ширина 9,3 м и осадка 5,1 м. Рабочая глубина — 100 м. Главная энергетическая установка состояла из двух дизельных двигателей, каждый из которых при мощности в 6 200 л. с. приводил в движение по одному винту. Мощность каждого электромотора, применявшегося для перемещения под водой, — 1 000 л. с. Максимальная скорость — 23,6 узла на поверхности и 8 узлов под водой. Дальность плавания над водой — 14 тысяч морских миль при скорости 16 узлов, под водой — 96 морских миль при скорости 3 узла. Подлодка была вооружена шестью носовыми 533мм торпедными аппаратами и несла на борту до 17 торпед. Артиллерия — 140-мм морское орудие Тип 11 и два 25-мм зенитных автомата. Условия обитаемости экипажа были, по меркам подводников того времени, очень неплохими. На 11 штатных офицеров и мичманов было 11 стационарных коек, включая одну в отдельной каюте командира лодки

Автор — Юрий Каторин — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

naukatehnika.com

49

ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ

Проводы подводной лодки I-30 в дальний поход

(плюс отдельная запасная каюта для командира дивизиона), а также одна подвесная койка и пять диванов в кают-компании, которые могли быть использованы для сна. На 73 штатных «нижних чина» приходилось 91 спальное место (на рундуках или в подвесных койках на жесткой раме). Было оборудовано четыре гальюна: один надводный в ограждении рубки и три подводных — один офицерский и два для команды (в носовой и кормовой части соответственно, так что матросам не приходилось бегать через всю лодку). Имелись общий командный умывальник и отдельный маленький умывальник в офицерском отсеке. Такой запас позволял без особых затруднений разместить на борту нескольких пассажиров.

Жилое помещение команды японской подводной лодки типа В-1

50

naukatehnika.com

Японская подводная лодка I-30 на подходе к французскому порту Лорьян. Ободранная краска хорошо иллюстрирует сложность перехода (фото с немецкого тральщика)

Экипаж подлодки был принят главкомом ВМФ гросс-адмиралом Эрихом Редером (Erich Johann Albert Raeder; 1876–1960). Затем моряки совершили поездку в Берлин, где командир подлодки Эндо был представлен Адольфу Гитлеру, наградившему его немецким Железным крестом. Тем временем немцы покрасили I-30 в тот же серый цвет, в какой они красили свои субмарины, и установили на борт лодки радар Metox и счетверенный 20-мм зенитный автомат Flakvierling-38 вместо японской 25-мм зенитки. Уже 22 августа, взяв новый груз и прошедшего стажировку японского инженера, лодка направилась в обратный путь и прибыла в Сингапур в октябре 1942 г. При выходе из Сингапура она наскочила на английскую мину и затонула. Большая часть ее команды при этом была спасена (погибло 13 человек), но много ценных грузов пропало, — например, из-за долгого пребывания в соленой воде радарное оборудование было полностью уничтожено. Вместе с тем документация, которую японцы подняли с затонувшей I-30, позволила в довольно сжатые сроки создать высокоскоростные корабли типов ST и S7S.

В конце июня 1943 г. другая подводная лодка I-8 (командир — капитан 2-го ранга Х. Утино) закончила подготовку к длительному походу. Она должна была доставить в Брест команду для подводной лодки Ro-5011, построенной в Германии для японского подводного флота. В подарок немцам I-8 взяла груз хинина. 6 июля она вышла из порта Пенанг. Первая часть пути через Индийский океан была пройдена без помех; особо свежей погоды — явления, обычного для этих вод, — не было. Огибая северо-западное побережье Африки, она остерегалась американских самолетов, базировавшихся на Азорских островах. В назначенном месте к югу от Азорских остро*Ro-501 (переданная U-1224) капитана 3-го ранга Х. Норида при переходе в Японию 13 мая 1944 г. была потоплена в Атлантике к северо-западу от м. Верден американским эсминцем Francis M. Robinson. Возможно, здесь сказалась то, что перегонял лодку японский экипаж, доставленный в Германию на I-8. Ведомая немецким экипажем U-511, благополучно пройдя через два океана, 7 августа 1943 г. прибыла в Куре, а 16 сентября 1943 г. на ней был поднят японский военно-морской флаг, и она была включена в состав японского флота под номером Ro-500.

1

Японская подводная лодка I-8

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ

Японская подводная лодка I-8 в укрытии гавани Бреста в день прибытия из Сингапура

Ухино Схинди (справа) и Вернер Винтер, командующий 1-й флотилией подводных лодок

Торжественный банкет для офицеров I-8 и Ro-501 в Бресте

Совместный обед немецких и японских матросов

вов произошла встреча с немецкой подводной лодкой U-161 под командованием капитан-лейтенанта Альбрехта Ахиллеса (Albrecht Adolf Konrad Achilles; 1914–1943). В течение 4 часов немцы установили на I-8 радиолокационную станцию наблюдения, без наличия которой лодка подвергалась опасности внезапного воздушного нападения. Ранее установленная японская радиолокационная аппаратура оказалась непригодной. После того как личный состав с немецкой подводной лодки закончил работы по установке радиолокатора, подводная лодка I-8 продолжила свой путь, взяв курс на Брест. В Бискайском заливе для обеспечения безопасности лодки немцы выслали самолет. По мере приближения к Бресту эскорт был усилен еще несколькими самолетами и 10 немецкими эскадренными миноносцами; катера очищали вход в гавань от магнитных мин. 5 сентября лодка I-8 прошла через проход, ведущий в укрытие для подводных лодок. Таким — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

образом, после перехода из Пенанга, длившегося 61 сутки, она оказалась под 6-метровым железобетонным сводом, защищенная, наконец, от воздушного нападения.

I-8, подводная лодка типа «Дзюнсен, проект J-3» (Junsen Type J-3), заложена на верфи «Кавасаки Кобе» (Kawasaki Kobe) 11 октября 1934 г., спущена на воду 20 июля 1936 г., достроена 5 декабря 1938 г. Она и ее систершип I-7 были крупнейшими японскими подлодками, введенными в строй до начала Второй мировой на Тихом океане. Водоизмещение надводное стандартное — 2 200 т, полное — 2 500 т, подводное — 3 500 т; длина — 103 м, ширина — 9,1 м; осадка — 5,3 м; глубина погружения — 100 м; энергетические установки — два дизельных двигателя и два электродвигателя; мощность — 11,2/2,8 тыс. л. с. скорость — 23 узла; дальность плавания — 14 тыс. миль; запас топлива — 230 т соляра; экипаж — 100 человек. Вооружение: 1 х 1 — 140-мм орудие; 1 х 2 — 25-мм зенитных автомата;

шесть 533-мм торпедных аппаратов; 21 торпеда. К середине сентября подводная лодка I-8 подготовилась к обратному переходу в Японию. На борт были приняты материалы, в которых остро нуждалась Япония. Даже торпедные аппараты были заполнены грузом, в состав которого входили механизмы и приборы для торпед, счетверенные пулеметы, пулеметы для самолетов, судовые часы (часы, изготовленные в Японии, были неточными и неудобными для астрономических наблюдений). В полосе «ревущих сороковых» широт волной было разбито стекло на мостике, других повреждений на обратном пути не было. В Индийском океане плавание считалось уже безопасным, можно было прикрепить опознавательные знаки. Во время этой работы над лодкой внезапно появился самолет, который начал на нее пикировать, к счастью, это был не вражеский самолет, а опытный летчик понял свою ошибку еще до того, как нажал на гашетку. Пройдя naukatehnika.com

51

ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ

Зондский пролив, в начале декабря подлодка достигла Сингапура. Таким образом, обратный переход занял 64 дня. Позже I-8 благополучно достигла и самой Японии. Она была единственной японской подводной лодкой, завершившей двусторонний рейс протяженностью в 30 000 миль. В качестве немецких пассажиров, прибывших на I-8 в Японию, были три военно-морских офицера, четыре инженера по радиолокации и гидроакустике, один офицер немецкой армии и четверо гражданских лиц, которые потом вспоминали этот поход с ужасом. Дело в том, что германское командование в Бресте, желая порадовать союзников, предусмотрительно доставило на лодку рис, выращенный в Южной Франции. Японцы действительно были рады, чего не скажешь о пассажирах. В начале похода немцы вместе с экипажем безропотно принимали японскую пищу, но спустя 10 дней не выдержали — попросили хлеба и картошки. Увы, рисовую «диету» пришлось держать до Сингапура. Впрочем, немцы явно привередничали — камбузы японских лодок были оборудованы весьма прилично. В зависимости от размера лодки — а следовательно, и от численности ее экипажа — на камбузах устанавливалось несколько электрических котлов для варки пищи и приготовления чая. Имелось два больших рефрижератора для хранения продуктов. На питании тоже не экономили. Японским подводникам полагался паек, заметно отличающийся от пайка остального флота. Правда, основу рациона как офицеров, так и рядовых составлял белый рис (на всем остальном флоте белый рис полагался только офицерам и мичманам, а старшинам и матросам давали

Офицерский состав подводной лодки I-29, в первом ряду в центре Т. Кинаси

В центральном посту подводной лодки I-52

смесь из 7–6 частей риса и 3–4 частей ячменя) и лапша. Но к рису полагались дополнительные продукты: свежее мясо без костей (обычно говядина и кролик, но также и птица), рыбное филе, свежие овощи, выдержанные маринады; а также приправы и продукты для приготовления пищи: бобы, пшеничная мука, соевый соус, уксус, растительное масло, говяжий жир, мисо, соль, сахар, сушеная рыбная стружка, различные соусы, сушеные приправы. В конце 1944 г. подводную лодку I-8 переделали в носитель торпед-камикадзе «Кайтен» (Kaiten). 31 марта 1945 г. американские эсминцы «Моррисон» (USS Morrison, DD-560) и «Стоктон» (USS Stockton, DD-646) потопили подлодку в районе Окинавы со всем экипажем. Однотипная с I-30 подводная лодка I-29 в начале ноября 1943 г. вышла

из Пенанга в Германию. Идя тем же путем, что I-30 и I-8, она благополучно прибыла к западному побережью Франции. 16 апреля 1944 г. I-29 покинула порт: на борту находились 18 пассажиров и груз, 14 июля 1944 г. японская субмарина прибыла в Сингапур, высадив пассажиров. На борту I-29 остался только груз. На пути между Сингапуром и Японией в проливе Баши юго-восточнее острова Формоза она была торпедирована американской подводной лодкой. Командир лодки капитан 3-го ранга Такакадзу Кинаси (1902–1944) и большинство членов экипажа погибли — спасся всего один человек. Примерно в то же время подводная лодка I-34 закончила в Японии подготовку к походу в Германию, а затем, приняв груз каучука, олова, вольфрама и хинина, вышла 11 ноября из Сингапура Малаккским проливом.

Обед на японской подводной лодке

52

naukatehnika.com

В машинном отделении япоской подлодки — № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ

Однако почти в пределах видимости острова Пенанг, несмотря на усиленное наблюдение, она была торпедирована и потоплена английской подводной лодкой «Таурус». Из 94 членов экипажа спаслись только 14 человек, которых подобрала рыбачья джонка. Последняя подводная лодка I-52 (командир — капитан 3-го ранга Камео Уно), пытавшаяся совершить в 1944 г. переход, тоже стала жертвой военноморских сил союзников. На борту подлодки находились почти 300 т груза (в том числе 120 т олова, 2,8 т опиума, 54 т каучука, 3,3 т хинина и 2 т золота), полный боекомплект, 60 человек личного состава. Впрочем, достичь Европы уже не планировалось. В отличие от предшественников, I-52 создавалась исключительно как транспортное подводное судно. Водоизмещение 2 564/3 644 т; основные размерения: 108,7 х 9,3 х 5,1 м. Глубина погружения: 100 м. Двигатель: два дизеля 4 700 л. с. и два электродвигателя 1 200 л. с. Скорость 17,7/6,5 узла. Дальность: 21 000 миль (12). Вооружение: шесть 533-мм НТА (19 торпед), 2 х 1 140-мм орудия и 1 х 2 25-мм автомат. Экипаж — до 94 человек. Японцы построили только три такие подводные лодки (I-52, I-53 и I-55), хотя планировалось 20. Во французском порту Лорьян японцев дожидалась немецкая подлодка U-530 со встречным военным грузом: 40 т секретной технической документации и чертежей, радиолокационное оборудование, кинескопы, прицелы, химикаты, оптическое стекло, радарные установки, вакуумные приборы и т. д. А также 800 кг урана, достаточных, чтобы начать «грязную» ядерную реакцию.

Подводная лодка I-52

По англо-американским данным, подлодка была потоплена самолетом с американского авианосца «Боуг» (USS Bogue) в узкой части Атлантического океана. И это неудивительно, ибо американцы знали об этой секретной операции абсолютно все, до мельчайших подробностей. Посол Японии в Берлине Осима Хироси считался доверенным лицом Гитлера и был посвящен в планы фюрера. Сотрудники японского посольства передавали информацию по радио в министерство иностранных дел в Токио, а разведка союзников перехватывала их зашифрованные сообщения и сумела «расколоть» коды противника. Руководство ВМФ США с самого начала знало все подробности тайной миссии, включая маршрут и список груза. Американцы вели Особую Императорскую субмарину от Сингапура. Встреча подлодок Оси была назначена в пустынном квадрате океана на 22 июня 1944 г. Когда немцы и японцы начали передачу грузов, в этом квадрате оказалась оперативно-тактическая группа во главе с «Боугом», и его самолет обнаружил субмарины. Юркая

Американский авианосец USS Bogue — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Капитан 3-го ранга К. Уно

немецкая подлодка успела мгновенно погрузиться, огромная японская I-52 осталась на поверхности и была потоплена. Через два дня американцы собрали с поверхности океана около тонны каучука, несколько квадратных метров шелка и фрагменты человеческих тел — это все, что осталось от Особой Императорской субмарины и ее экипажа. Впрочем, при всей экзотичности эти рейсы не имели существенного значения и носили скорее политический, чем экономический характер. Некоторые специалисты часто критикуют руководство Императорского флота за транспортное использование подводных сил. Действительно на эти задачи отвлекалось много боевых лодок, в том числе и самых современных. Однако приходится признать, что решение МГШ во многом оказалось оправданным, так как в отдельных случаях помочь гарнизонам, например, на Гуадалканале или Новой Гвинее могли только подводные лодки. naukatehnika.com

53

ВОЕННАЯ АВИАЦИЯ

F-16 FIGHTING

Часть 2

FALCON

(Продолжение. Начало см. в № 12 2020 г. «Науки и Техники»)

Самый распространенный истребитель 4-го поколения

В

ажную роль в судьбе F-16 сыграла поддержка программы Бельгией, Нидерландами, Данией и Норвегией. Эти страны в 1974 г. достигли договоренности с американской стороной, что если США закажут для своих ВВС истребитель, победивший в конкурсе LWF, то и они тоже рассмотрят возможность заказа более 300 самолетов. Также эти страны соглашались стать производителями самолета и его компонентов. Четыре союзника по НАТО сформировали Группу многонациональной истребительной программы (MFPG) и, что самое любопытное, оказывали давление на принятие решения США к декабрю 1974 г. Еще одним фактором для принятия F-16 на вооружение США стал экономический. Даже такой большой военный бюджет, как у Пентагона, не мог позволить перевооружить большое количество эскадрилий на достаточно дорогой F-15. В результате появилась концепция, обосновывавшая целесообразность использования одновременно самолетов двух типов: тяжелого F-15 и легкого F-16. В итоге программа создания истребителя завоевания превосходства в воздухе F-16 трансформи-

ровалась в создание легкого многоцелевого истребителя, способного быть использованным в качестве истребителя-бомбардировщика, что положило конец противостоянию конкурирующим «группировкам», позволяло объяснить американским налогоплательщикам необходимость затрат на разработку еще одного проекта для ВВС

США, позволяющего сэкономить на перевооружении и заработать на поставках.

Один из первых самолетов F-16A FSD отправляется в малярный цех. Фото: f-16.net. Lockheed

Автор — Андрей Тищенков 54

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

Страна

ВОЕННАЯ АВИАЦИЯ Количество заказанных самолетов (1975 г.)

F-16A

F-16B

Всего

Бельгия

96

20

116

Дания Нидерланды Норвегия

46 80 60

12 22 12

58 102 72

Первый предсерийный F-16A FSD № 75-0745. В носовой части видны изображения флагов стран — участниц проекта: США, Бельгии, Дании, Нидерландов, Норвегии. Фото: f-16.net. Lockheed

General Dynamics после переориентирования F-16 в качестве многофункционального истребителя приняли решение не вносить в конструкцию радикальных изменений, сохранить аэродинамическую компоновку, проводить постепенную модернизацию самолета, совершенствуя ударные возможности.

13 января 1975 г., в тот же день, когда был объявлен победитель конкурса, ВВС США заключили контракт на поставку 15 предсерийных самолетов FSD (Full-Scale Development — в переводе «полномасштабная разработка»), из которых 11 одноместных F-16A и 4 двухместных. Позже количество заказанных самолетов FSD сократили до шести F-16A и двух F-16B. Неофициально первые восемь самолетов называют F-16A/B Block 0. В августе 1975 г. начинается производство первых F-16A. 25 июня 1975 г. Бельгия, Дания, Нидерланды и Норвегия объявляют о планах закупки 348 истребителей F-16. В конструкцию F-16A/FSD, согласно требованиям к многофункциональ— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Первая серийная «спарка» F-16B блок 1 (№ 78-0077). Авиабаза Люк, Аризона. Фото: f-16.net. Lockheed

ному самолету, были внесены изменения, в первую очередь для повышения ударных возможностей. Установили многорежимную цифровую импульсно-доплеровскую РЛС Westinghouse APG-66. Для ее размещения увеличили в диаметре носо-

вую часть, и она приобрела небольшой наклон. Обтекатель РЛС сделали откидным для облегчения доступа к антенне. Длина фюзеляжа выросла на 269 мм. Для увеличения полезной нагрузки площадь крыла увеличили на 1,86 м2, под каждым крылом была naukatehnika.com

55

ВОЕННАЯ АВИАЦИЯ

Первая европейская сборочная линия F-16 на заводе SABCA, Госселис, Бельгия. Фото: f-16.net. Lockheed

установлена дополнительная точка подвески, в результате чего их количество возросло с семи до девяти. Усилили конструкцию самолета. Площади горизонтального оперения и подфюзеляжных гребней выросли на 15 %, флаперонов и аэродинамических тормозов — на 10 % . Из других изменений можно отметить усиление фонаря кабины, способного выдержать удар птицы 1,8 кг на скорости 650 км/ч, установку более легкого катапультируемого кресла фирмы «Стенсел» а также теперь ниша шасси закрывалась одной створкой вместо двух на YF-16A. Все изменения в конструкции добавили 25 % к весу самолета. В начале 1977 г. ВВС США объявляют о планах выпуска дополнительных 783 самолетов F-16. Всего для американской авиации будет заказано более 2 000 F-16 различных модификаций. борка самолетов была организована на заводах General Dynamics (Форт-Уэрт, Техас), на заводах SABCA (Госселис, Бельгия) и Fokker (Схипхол, Нидерланды). Также элементы конструкции самолета производились в Дании (вертикальное оперение, пилоны, система управления огнем и др.) и Норвегии (шасси, инерционная навигационная система).

SONACA (Бельгия) отвечала за производство хвостовой части фюзеляжа, SABCA — за крылья для ВВС Бельгии и Дании. Компания Fokker изготавливала центральную часть фюзеляжа, элементы механизации крыла, другие узлы для сборки в США, а также должна была выполнять окончательную сборку крыла для голландцев и норвежцев. Бельгийская компания Fabrique National 56

naukatehnika.com

отвечала за окончательную сборку двигателя F100 для европейских самолетов. На MBLE (Бельгия) была возложена общая ответственность за РЛС APG-66, а за антенну РЛС и индикатор на лобовом стекле (ИЛС) отвечали Signaal и Oldelft из Нидерландов.

КОНСТРУКЦИЯ F-16 Все технические решения, принятые при конструировании F-16, были предназначены для создания легкого, относительно недорого самолета с небольшими размерами и высокими маневренными характеристиками, оптимизированного для ведения ближнего воздушного боя. Максимальные маневренные характеристики должны были достигаться при скоростях М = 0,6–1,2. Для получения наиболее оптимального значения подъемной силы на всех режимах полета на F-16 применили систему автоматического изменения кривизны профиля крыла. Существуют четыре кривизны профиля крыла, которые автоматически устанавливаются для следующих режимов полета (позиции 1–6 на рисунке): 33 разбег при взлете и пробег при посадке — передняя кромка крыла отклоняется на 2° вверх, а закрылки — на 20° вниз (позиции 1 и 6); 33 набор высоты и заход па посадку — на 15 и 20° вниз соответственно (позиции 2 и 5); 33 крейсерский полет на большой скорости — то и другое на 2° вниз (позиция 3);

Изменение кривизны профиля крыла для различных режимов полета (позиции 1–6)

33 маневрирование на малых скоростях — передняя кромка крыла отклонена на 25° вниз, а закрылки остаются в нейтральном положении (позиция 4). Повышению летных качеств способствовала и интегральная аэродинамическая компоновка самолета, обеспечивающая создание дополнительной подъемной силы при больших углах атаки и повышающая путевую устойчивость самолета за счет генерации вихрей корневыми наплывами крыла. Для того чтобы максимально полно использовать маневренные качества истребителя, на F-16 использовалась электродистанционная система управления (ЭДСУ), также обеспечивающая более высокую безопасность при ведении маневренного боя, не позволяя летчику выходить на опасные режимы полета. Конструкторы применили ЭДСУ без механической резервной системы, так называемую ЭДСУ с полной ответственностью, что для того времени было очень смелым решением, так как при ее отказе самолет становился неуправляемым. Поэтому создатели уделили много внимания безотказности системы, используя ее четырехкратное резервирование. Таким образом, F-16 стал первым в мире самолетом, использующим ЭДСУ с полной ответственностью. При создании летательных аппаратов борьба идет буквально за каждый сэкономленный килограмм веса — № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ВОЕННАЯ АВИАЦИЯ

конструкции и оборудования. Применение ЭДСУ (и отсутствие механического резервирования) уменьшало вес самолета, что особенно важно для истребителя с целью обеспечения высокой тяговооруженности и маневренности. Несмотря на большую программу испытаний самолета, обнаружить все недоработки не удалось. На первых серийных самолетах в результате проблем с электрическим питанием ЭДСУ случилось несколько катастроф. Представители General Dynamics оперативно решили проблему за счет подачи питания от запасного аккумулятора и защиты ЭВМ от скачков напряжения. В дальнейшем правильность принятых конструкторских решений по системе управления подтвердила многолетняя эксплуатация F-16, показавшая его высокую надежность. Конструкция и компоновка воздухозаборника также способствовали задаче достижения хороших пилотажных характеристик при маневрировании на различных скоростных и высотных режимах. Его расположение под фюзеляжем обеспечивает устойчивую работу до скоростей М = 2 даже на очень больших углах атаки. Конструкторы решили выполнить воздухозаборник нерегулируемым, что уменьшило максимально возможную скорость самолета. Но перед самолетом никто и не ставил задачу достижения рекордных характеристик по скорости. До скоростей М = 1,6 такое решение не влияло на летно-техническкие характеристики самолета. Зато такое исполнение умешало вес самолета на 180 кг, упрощало конструкцию, уменьшало стоимость самолета. Нерегулируе-

Воздухозаборник F-16 — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

мый воздухозаборник также по схожим соображениям применяется и на других современных истребителях, например, на F/A-18, «Рафале». Перечисленные выше особенности: интегральная компоновка, ЭДСУ, автоматическое изменение кривизны профиля крыла, подфюзеляжный воздухозаборник, уже применялись в авиастроении ранее на экспериментальных и серийных самолетах, но использовали их все вместе на одном самолете впервые на F-16, придав ему великолепные летные и маневренные характеристики, превосходящие на момент создания все известные истребители. Решение вопросов, связанных с созданием высокоманевренного самолета повлекло за собой решение проблем с пилотированием машины в маневренном воздушном бою. Самолет был способен выдержать перегрузки до 9 g, что близко к физическому пределу для человека (зависит также от продолжительности воздействия перегрузки на человека и при катапультировании, например кратковременно может достигать до 15–20 единиц). Создатели F-16 хорошо продумали такие вопросы, как снижение влияния высоких перегрузок на летчика, упрощение пилотам ведения маневренного воздушного боя и применения вооружения. Известно, что чем больше угол наклона кресла, тем легче организму переносить перегрузки, но при слишком большом отклонении ухудшается обзор, удобство работы с органами управления, труднее обеспечить аварийное покидание самолета. В результате обширных исследований для F-16 спинка кресла была установлена под углом 30° (на более ранних

американских самолетах угол составлял 13°). При этом летчик в кабине находится в «полулежащем» состоянии. Не всем пилотам F-16 пришлось такое решение по душе, часть из них отмечали трудность визуального обнаружения противника «на шесть часов». Разработчики основательно подошли к вопросу компоновки кабины и органов управления самолетом. Вместо традиционной ручки управления самолетом установили боковую малоходовую ручку, обеспечивающую точное управление самолетом во время маневрирования. Величина и интенсивность отклонения самолета по крену, тангажу и курсу зависит от силы, прикладываемой к ручке и педалям управления, а не от амплитуды их перемещения. При снятии силы давления на ручку движение самолета вокруг его осей немедленно прекращается. Для удобства управления, особенно при полетах с большими перегрузками, на кресле летчика установлен регулируемый подлокотник, а впереди него из борта самолета выдвигается упор («подручник»). Кабина пилота приспособлена для управления работой всех бортовых систем во время маневрирования самолета с большими перегрузками. На F-16 реализован принцип HOTAS (Hands On Throttle-AndStick — руки на секторе газа и ручке управления) — возможность управления всеми системами, не отрывая рук от органов управления. Необходимая для атаки информация о цели проецируется на ИЛС. В результате пилоту не нужно отвлекаться на поиск элементов управления и приборов в кабине во время полета, уменьша-

Два расщепляющих воздушных тормоза расположены по обе стороны хвостовой части фюзеляжа naukatehnika.com

57

ется время реакции, особенно в ходе воздушного боя, где каждая секунда дорога.

F-16 проектировался в первую очередь для ведения боя на ближней дистанции, для чего летчику необходим хороший обзор. Цельноформованный фонарь каплевидной формы обеспечивает великолепный обзор: на 360° в горизонтальной плоскости, 195° — в вертикальной, 40° — вправо/влево-вниз, 15° — спереди вниз. Для получения высоких летно-технических характеристик создатели самолета стремились получить высокую тяговооруженность, превышающую единицу. Добились этого путем достижения малого полетного веса истребителя (благодаря использованию новой элементной базы, конструктивных решений и в незначительной мере — использованию легких композиционных материалов) и за счет установки мощного двигателя F100-PW-200 (максимальная тяга 10 800 кгc). Во время летных испытаний при взлете с весом 10 200 кг (включая 2 670 кг топлива и две управляемые ракеты «Сайдвиндер», подвешенные па торцах консолей крыла) тяговооруженность самолета была равна 1,06.

Кабина F-16A. Применение боковой ручки (side-stick controller) для управления самолетом вызывает споры у специалистов. Например, на боевом самолете при ранении пилота в руку пилотирование самолета другой рукой становится невозможным

Окончание следует

ВОЕННАЯ АВИАЦИЯ

НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ

$15 млрд за партнерство Microsoft со SpaceX Выручка облачных сервисов, связанных с космосом, может составить $15 млрд к концу 2020-х гг.

Microsoft стала партнером SpaceX для создания облачной сети на основе спутников Starlink. Планируется обеспечить «надежную связь» между наземными станциями, в частности дата-центром Azure Modular Data Center (MDC) и облаком, благодаря доступу к глобальной спутниковой системе. MDC — автономный транспортируемый ЦОД, который позволяет получить доступ к вычислительным мощностям облака Azure в любых условиях, пояснили в компании.

Microsoft будет помогать подключать и развертывать новые сервисы с помощью Starlink и других спутников. Инициатива нацелена на бизнес и правительственные космические предприятия. Цель Microsoft — создать безопасные сети, связывающие облачную, наземную и космическую инфраструктуру, накапливать и анализировать огромные объемы данных. Система Microsoft сможет помочь в наблюдении за космическим мусором, контролировать орбиты коммерческих спутников и предупреждать о ракетах. Согласно оценкам аналитиков, к концу 2020-х гг. выручка облачных сервисов, связанных с космосом, может составить $15 млрд. Microsoft на этом рынке конкурирует с Amazon, которая в июне объявила о запуске бизнесподразделения Aerospace and Satellite Solutions. Основатель Amazon Джефф Безос развивает собственный проект низкоорбитальных спутников: в июле 2020 г. компания получила разрешение на запуск свыше 3 000 спутников Kuiper для раздачи Интернета.

58

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ и АНТРОПОГЕНЕЗ

HOMO SAPIENS И ДРУГИЕ РАЗУМНЫЕ СУЩЕСТВА

С

ейчас Homo sapiens — единственный разумный вид, обитающий на нашей планете. Но так было не всегда. Когда-то Землю одновременно населяли как минимум три разумных вида. Нет, если вы подумали про разумных рептилоидов, то зря. Науке о них ничего не известно. Все три вида — представители рода Homo, относящиеся к узконосым обезьянам Старого Света. Тем не менее это именно разные виды, которые отличались друг от друга гораздо сильнее, чем современные человеческие расы. В середине прошлого века антропогенез представлялся в виде четкой последовательной цепочки: от австралопитека к питекантропу, от питекантропа к неандертальцу, от неандертальца к кроманьонцу — человеку современного типа. Многочисленные открытия последних десятилетий сильно усложнили картину. Но если вдуматься, эта более сложная картина гораздо более логична. Эволюционное развитие вообще идет пучками, когда разошедшиеся линии, развиваясь независимо и параллельно, приобретают сходные признаки. Так почему гомениды должны были стать исключением?

Всю историю развития гоменид можно условно поделить на три больших этапа. Первый представлен австролопитеками, второй — архантропами (Homo erectus), третий — сапиенсами, к которым относимся и мы с вами. Самые древние находки настоящих австралопитеков имеют возраст около 4 млн лет. Это просто самые человекообразные из обезьян. Объем мозга у них в среднем не больше, а у некоторых даже меньше, чем у шимпанзе (около 400 см³). Человеческие черты проявляются главным образом в прямохождении. Захоронения не сопровождаются находками никаких орудий. Около 3 млн лет назад климат начал меняться, становиться более жарким и сухим. Пустыни наступали на степи, степи — на саванны, саванны — на тропические леса. Обитатели всех этих мест, как могли, приспосабливались к изменениям. В этот период произошло разделение линии развития австралопитеков на две ветви. Диета архаичных австралопитеков была смешанной. Они питались растительной пищей, но и мясом были не прочь полакомиться. В ходе климатических изменений проявилась большая пищевая специализация. Рабустные (более крупные и массивные) австралопитеки почти полностью перешли на растительное питание. В то же время появились грацильные (мелкие и подвижные) австралопитеки, у которых доля мясного питания, наоборот, увеличилась. О роли мясного питания в антропогенезе мы вам как-то уже рассказывали (№ 8 2019 г.). Австралопитеки-вегетарианцы стали

Автор — Наталья Беспалова — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

naukatehnika.com

59

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ и АНТРОПОГЕНЕЗ

Олдувайская культура (2,6–1,8 млн лет назад). Виды орудий. Чопперы. Справа на рисунке — каменный инвентарь из слоя 19 в центральном зале Денисовой пещеры: 1 — шиповидное орудие; 2–5, 7 — скребля; 6 — нуклеус; 8 — чоппинг

тупиковой ветвью эволюции, получившей название «парантропы». Они окончательно сошли со сцены 1,3–1,1 млн лет назад, так и не научившись ничему такому, чего бы не умели современные обезьяны. А вот с их грацильными собратьями произошло много всего интересного. Развивая навыки добычи и поедания мяса, 2, 4 млн лет назад они создали древнейшую из известных индустрию каменных орудий — олдувайскую. Это еще очень примитивная культура, орудия представляют собой расколотые гальки с острыми краями. И все же создавшие ее существа заслужили имя Homo habilis — человек умелый. Это высшая стадия развития австралопитеков или даже переходное звено от австралопитеков к архантрапам, самому древнему существу, в обозначении родовой принадлежности которого присутствует слово Homo. Объем мозга у него составлял примерно 700 см3, а рост был около метра.

Ашельское ручное рубило

60

naukatehnika.com

Первым архантропом, попавшим в руки учених, был найденный в 1890 г. на Яве питекантроп. Собственно, он был и первым достоверно установленным «недостающим звеном» между человеком и обезьяной, находки которых предсказал за пару десятилетий до этого Чарльз Дарвин, потому и назвали его человекообезьяной. Когда нашли еще несколько похожих (например, синантропа в Китае), всех их скопом обозначили как Homo erectus — человек прямоходящий. Название в какой-то степени случайное. Прямохождение — очень древний признак в линии гоминид и никоим образом не является главным отличительным признаком именно этого этапа ее развития. Просто про австралопитеков тогда мало что было известно. Позже в обиход вошло слово «архантроп». В наше время ученые располагают достаточным количеством находок, чтобы прочертить плавную линию развития от австралопитека до архантропа, но объем мозга типичного архантропа превышает объем мозга типичного австралопитека раза в два. Обнаруженный в конце XIX в. питекантроп был довольно продвинутым образцом, его возраст оценивают в 1 млн — 700 тыс. лет. Самые древние находки, которые принято относить к архантропам, имеют возраст около 2 млн лет, а 1,7 млн лет — возраст древнейших ашельских орудий. При этом олдувайские орудия исчезают из культурного слоя около 1 млн лет назад. Антропологи любят шутить, что от олдувайских до ашельских орудий путь дальше, чем от ашельских орудий до звездолета. И, пожалуй, это не совсем шутка. То, что находят в олду— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ и АНТРОПОГЕНЕЗ

вае, — это просто расколотая галька. Камушки бьют друг о друга как попало, потом выбирают подходящие осколки. В принципе даже нечеловекообразные капуцины могут так делать, только осколками не пользуются, а просто развлекаются. Но даже самое грубое ашельское рубило — это совсем другое дело. Чтобы его создать, нужно иметь в голове образ того, что ты хочешь получить в результате своих действий. Когда, занимаясь экспериментальной археологией, ученые сами освоили ашельские технологии, они выяснили еще одну очень интересную вещь. Во время работы над ашельским рубилом в мозге активизируются те же области, что отвечают за речь. Членораздельной речью наши предки овладели на стадии архантропа. На этой же стадии они стали пользоваться огнем. Древнейшие явные очаги имеют возраст около 700 тыс. лет, это примерно возраст яванского питекантропа. Но есть и более древние, хоть и менее достоверные следы использования огня представителями рода Homo. Также на стадии архантропа расселение гоминид приняло столь масштабный характер, что впервые выплеснулось за пределы Африканского континента. Они прошли двумя путями — через Суэцкий перешеек на Ближний Восток и через обмелевший в какой-то момент Гибралтар в Испанию. Самые архаичные эректусы Евразии обнаружены на Кавказе и в Испании. Они имеют возраст 1,8 млн лет. Расселившиеся по всему Старому Свету архантропы были очень разнообразны. Но в какой-то момент начался процесс, который называют параллельной сапиенсизацией. То есть разные подвиды архантропа независимо друг от друга в ходе эволюции начали набирать признаки, характерные для Homo sapiens: увеличение объема мозга, развитие тонкой моторики пальцев и т. д. На сегодняшний день известны три отдельные линии, которые локализовались в трех разных частях света: Африке, Азии и Европе. Предки современного человека эволюционировали до сапиенса до того, как покинули Африку. Старейшие останки обнаружены в Эфиопии и имеют возраст 160–170 тыс. лет. Видимо, ближайшим предком является поздний архантроп, известный как родезийский человек, живший около 300 тыс. лет назад Наиболее продвинутым европейским архантропом является гейдельбергский человек. Он эволюционировал в неандертальца. Этот исконный европеец вовсе не был предком современного человека. Он представлял собой отдельный разумный вид, который развивался параллельно. В связи с этим была слегка изменена номенклатура. Если прежде человека современного типа именовали Homo sapiens, а неандертальца — Homo neanderthalensis, то теперь не стало никакого повода отказывать последнему в разумности. В связи с этим появились термины Homo sapiens neanderthalensis и Homo sapiens sapiens. Одно время было даже распространено мнение, что средний объем мозга неандертальца был несколько больше, чем у кроманьонца, близкого ему по времени и территориально представителя вида Homo sapiens sapiens. Более широкая статистика его не подтвердила. В среднем объем практически одинаковый. Старейшие находки неандертальца имеют возраст 200– 220 тыс. лет (найдены в Испании). Как видим, разница в возрасте с Homo sapiens sapiens где-то в пределах погрешности. Не исключено, что со временем будут обнаружены останки африканских сапиенсов на несколько десятков тысяч лет старше, и их возраст сравняется. Но и при нынешней картине они уживались на одной Земле более сотни тысяч лет. Впрочем, о взаимоотношениях наших предков с неандертальцами последние годы писали довольно много, а вот третье действующее лицо известно хуже. Это так называемый денисовский — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

человек, или денисовец (Homo denisovensis). Первые находки случились в середине 80-х гг.

XX в. в Денисовой пещере на Южном Алтае. Обнаруженные на сегодняшний день останки малочисленны и фрагментарны — зубы, фаланги пальцев. Однако в этих фрагментах сохранился генетический материал, и его исследование дало громкие результаты. Фрагменты возрастом около 40 тыс. лет принадлежат сапиенсам, которые не являются ни неандертальцами, не людьми современного типа. Наряду с Homo sapiens sapiens и Homo sapiens neanderthalensis на Земле существовал еще один разумный вид. С неандертальцами эта линия разошлась где-то 600–700 тыс. лет назад. Если неандертальца можно назвать исконным европейцем, предка современного человека — исконным африканцем, то денисовец — исконный азиат. Он независимо эволюционировал от эректуса до сапиенса где-то в глубинах Азии. Итак, на Земле одновременно существовало как минимум три разумных вида, относящихся к роду Homo. На самом деле даже больше, так как тупиковые ветви архантропов, тоже вполне разумных существ, способных пользоваться огнем и создавать орудия, окончательно сошли со сцены всего лишь около 50 тыс. лет назад. Но все же объем мозга типичного архантропа меньше, чем у сапиенса, раза в полтора, возможности для личностного развития меньше, так что остановимся на том, что полноценно разумных видов нам известно три.

Мустьерские орудия naukatehnika.com

61

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ и АНТРОПОГЕНЕЗ

Ориньякские орудия

Венера из Холе-Фельс. Ориньякская культура. Возраст 35–40 тыс. лет

Подвеска из когтей орлана авторства неандертальцев. Возраст 130 тыс. лет. Крапина. Хорватия

62

naukatehnika.com

Как же складывались их отношения? Поначалу, видимо, никак. Они жили очень далеко друг от друга и не пересекались. Но разум давал этим видам очень серьезное преимущество, они легко осваивали новые ресурсы и экологические ниши, расселение Homo шло довольно шустро. Около 80 тыс. лет назад «исконные африканцы» затеяли расселиться еще и в Европу и внезапно обнаружили, что территория занята. Район в окрестностях Суэцкого перешейка стал полем эпичного столкновения двух видов. Археологические находки указывают на то, что он неоднократно переходил из рук в руки. Тогда африканцам пробиться в Европу так и не удалось, но после ряда попыток они как-то просочились мимо неандертальцев и свернули на восток в Азию. Расселение Homo sapiens sapiens шло вдоль ее южного побережья. Сильно вглубь континента они пока не совались, и где-то там спокойно расселялись азиаты-денисовцы. Но время шло, и спустя десяток-другой тысяч лет африканцы добрались до юго-восточной оконечности Азии. Часть из них как-то умудрилась перебраться в Австралию, а часть переместилась севернее, а затем, развернувшись, двинулась через весь континент в обратном направлении. Где-то на этом пути они должны были столкнуться с денисовцами. О подробностях этого столкновения пока практически ничего не известно. Также не хватает материала по взаимодействию денисовцев с неадертальцами, хотя оно, безусловно, было. «Европейцы» продвинулись довольно далеко в Азию и останки их также находят в Денисовой пещере. Зато по повторной встрече «африканцев» с «европейцами» материала собрано довольно много. Самая древняя из ныне известных стоянка Homo sapiens sapiens в Европе находится в Воронежской области близ села Костенки (40–42 тыс. лет назад). Как видим, это довольно далеко на востоке. Продвигаясь дальше на запад африканские сапиенсы сцепились с европейскими не на жизнь, а на смерть. И если первое противостояние было успешным для европейцев, то теперь все сложилось иначе. Homo sapiens sapiens захватывали все новые и новые территории и в конце концов, прижав Homo sapiens neanderthalensis к Атлантическому океану, сжили таки их со свету. Случилось это около 30 тыс. лет назад. Самые поздние останки неандертальцев находят на крайнем западе Старого Света. Когда и как был окончательно решен «денисовский вопрос», пока непонятно, но в итогах сомневаться не приходится. В исторический период африканский человек уже был единственным разумным видом на Земле.

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ и АНТРОПОГЕНЕЗ

Палеолитическая пещерная живопись. Альтамира. Испания. Солютрейская культура. Возраст 15–18 тыс. лет

Пещера Фон-де-Гом. Франция. Мадленская культура. Возраст 11–15 тыс. лет

Конечно, интересно, чем другие виды разумных существ, обитавшие на нашей планете отличались от нас. Начнем с простого, с отличий физического облика. Они невелики, вполне сопоставимы с межрасовыми отличиями внутри вида. Исследования останков денисовцев показали, что они были несколько крупнее двух других видов, но материала для более детальной реконструкции пока недостаточно. Неандертальцы в среднем были более приземистыми и широкоплечими, чем Homo sapiens sapiens, но вполне в пределах вариаций, характерных для последнего. Генетические различия денисовца и Homo sapiens sapiens составляют 385 нуклеотидов, неандертальцев и Homo sapiens sapiens — 202 нуклеотида. Тем не менее виды скрещивались, хотя и с издержками. Часть метисов, видимо, рождались неплодовитыми, и чем дальше, тем больше. Исследования содержания генов неандертальцев у разных народов показали, что, по-видимому, все их гены мы «подцепили» во время первого контакта 80 тыс. лет назад в районе Суэцкого перешейка. Когда же дело дошло до великой войны за Европу, два вида уже совершенно не считали друг друга за людей и смешанных браков не было. С денисовцами дело обстоит сложнее. Последние годы выходит много научных работ, посвященных разным аспектам их гибридизации с другими сапиенсами. К сожалению, у нас пока очень мало информации о материальной и духовной культуре денисовцев, так что будем опять «искать под фонарем», т. е. рассказывать о неандертальцах.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Как уже говорилось, объем мозга неандертальца примерно равен нашему, но строение его отличалось: лобные доли были развиты слабее, затылочная часть сильнее. Следовательно, в чем-то отличалось и мышление, что не могло не сказаться на материальной культуре. В каменной индустрии неандертальцы и Homo sapiens sapiens отличались не так уж сильно. Мустьерская культура, которая ассоциируется с поздними неандертальцами, представлена искусными каменными орудиями с очень тщательной обработкой края. Тоже можно сказать и о близкой по времени ориньякской культуре, которая приурочена к находкам останков Homo sapiens sapiens. Но рядом с ориньякскими наконечниками археологам попадалось нечто, что никогда не находили в мустье, — антропоморфные (явно женские) фигурки, так называемые палеолитические Венеры. Вообще-то неандертальцы не были вовсе чужды искусству, и у них явно были какието религиозные представления. Они совершали погребальные обряды, ограждали место погребения соплеменников оленьими рогами, засыпали могилы цветами. Устраивали святилища, где место идолов занимали медвежьи черепа. Использовали для украшения бусы, крашеные перья и орнаменты. Но вот чего они, видимо, не делали, так это реалистических изображений людей и животных. Ни фигурок, ни наскальной живописи. Поразившие всех шедевры пещерной живописи — дело рук наших предков. Сейчас автор позволит себе немного похулиганить. Вспомнить еще один пример в истории, когда некая цивилизация — и технически развитая, и интеллектуально продвинутая, но сводившая свое изобразительное искусство в основном к орнаментализму, проиграла гонку за первенство другой. И у этой другой с реалистическим изобразительным искусством все обстояло замечательно. Да, речь идет о мире ислама и западно-европейской цивилизации. Может, не зря Никита Сергеевич [Хрущев] с абстракционистами боролся? Ну, слишком близко к сердцу это рассуждение принимать не стоит. Тем более что на роль фактора, ставшего роковым для неандертальцев есть куда более приземленный кандидат. Это — пищевая база. Как охотники «исконные европейцы» были уже более специализированы, чем «африканцы». Анализ состава кухонных куч показывает, что первые охотились исключительно на крупную дичь, а всякой мелочью пренебрегали. А вот у вторых в дело шло все, от мамонтов до зайцев. Как следствие, на единицу площади охотничьих угодий Homo sapiens sapiens могли прокормить несколько больше народа и соответственно выставить больше бойцов, когда дело доходило до драки за территорию.

naukatehnika.com

63

ИСТОРИЯ и АРХЕОЛОГИЯ

Рождение Германии Первый век до нашей эры, античный Рим, город-государство (полис) с республиканским строем, превращается в стремительно растущую рабовладельческую сверхдержаву. Этим процессом заправляет Гай Юлий Цезарь (Кесарь), почетный главнокомандующий (император), присоединивший к Риму земли от Атлантического океана до Рейна. Вернувшись из Галлии (современной Франции), Цезарь ошеломляет Сенат вестью о могучем враждебном Риму народе, живущем за Рейном.

Германия — проект Цезаря «Германцами» Цезарь нарек все племена, жившие восточнее Рейна. Хотя обитавшие в этом регионе «варвары» были в его время кем угодно, но только не единым этносом, а тем паче народом! Просто Цезарю Гаю был нужен внешний сильный враг, на войну с которым можно было бы списать формирование многочисленной армии, необходимой Гаю Цезарю для будущей гражданской войны. Поэтому он, древнеримский «бог», и «создал» народ «прирожденных воинов-разбойников». Более того, Цезарь «сотворил» для него целую страну под названием «Германия». А на войну с Германией Сенат не поскупился. Цезарь победил в гражданской войне республиканца Помпея и, оказавшись единственным консулом, назначил сам себя пожизненным диктатором Рима. В античном Риме диктатор — должностное лицо, с чрезвычайными полномочиями, назначаемое максимум на полгода консулами по решению Сената. В 44 г. до н. э. Цезаря закололи в Сенате. Незадачливые заговор-

щики понятия не имели, что же им делать дальше, после убийства диктатора. Вскоре после этого кровавого жертвоприношения республике, Рим залихорадило от гражданских войн. Победил в этих пяти (!) войнах внучатый племянник диктатора Гай Октавий (Октавиан) Фурин, которого Цезарь загодя усыновил.

Гай Юлий Цезарь (100 г. до н. э. — 44 г. до н. э.)

Империя готовит удар Став в 28 г. до н. э. самодержцем, Октавиан, во-первых, сохранил в Риме все республиканские учреждения и должности. Внешне Рим остался республикой, управляемой Сенатом, в котором Октавиан был официально всего лишь первым среди равных, принцепсом. Во-вторых, он обожествил своего венценосного дядю-папу, после чего стал скромно зваться «сыном божьим». Память «бога-отца» Октавиан даже почтил кровавой жертвой. В иды марты (день, когда зарезали Цезаря) в честь «божественного Юлия» по приказу Октавиана у древнеримского алтаря вместо быков зарезали 300 военнопленных. А в-третьих, самодержец сам себя нарек Цезарем — это имя переняли у него последующие императоры Рима, — и в итоге его новое имя стало титулом: от слова «цезарь» происходят и русское «царь», и германское «кайзер». Октавиан открыто выражал неприязнь к своему имени, а посему в 27 г. до н. э. сенат присвоил ему почетное имя Август. Фактически Август стал первым императором Рима. При нем Рим рос так же интенсивно,

Автор — Игорь Белостоцкий 64

naukatehnika.com

— № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ИСТОРИЯ и АРХЕОЛОГИЯ

Гай Юлий Цезарь Октавиан Август (63 г. до н. э. — 14 г. до н. э.)

как и в последние десятилетия республики. Свою захватническую политику Август проводил в высшей степени последовательно, умело, осторожно, а главное — лицемерно. Да так лицемерно, что многие историки и по сей день мнят Августа миротворцем! При этом «миротворце» римляне после ряда многолетних (!) войн таки покорили альпийский регион. Один только размах боевых действий в Альпах на корню опровергает демагогию Августа о превентивной оборонительной войне. В итоге «покоренные по справедливости» жители Альп, салассы, были уничтожены. Но главное: захват этого региона дал Августу возможность безбоязненно обрушиться с запада и юга по сходящимся направлениям на «варваров», живущих за Рейном.

«Великая Германия» В 12 г. до н. э. Рим, представляя себя защищающейся стороной, начал германскую кампанию. Возглавил ее Друз Старший. За Рейном он встретил ожесточенное сопротивление, несмотря на то, что там его войска предавали все и вся огню и мечу. В особенности упорствовали против римской экспансии «оленьи люди» (херуски). Фактически римляне учинили тогда «варварам» самый натуральный геноцид. Но такой способ ведения войны все же дал нужный Риму эффект, и в 9 г. до н. э. легионы Друза таки разбили непокорных — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 1 —

Расширение Римской империи при Октавиане Августе (желтым цветом показана территория на 31 г. до н. э.; темно-зеленым — завоевания в 31—19 гг. до н. э.; салатовым — в 19—9 гг. до н. э.; светло-зеленым — с 9 г. до н. э. по 6 г.; розовым — клиентские царства)

херусков на Эльбе. Там Друз столкнулся с местной «богиней», степенной великаншей, предрекшей ему скорую смерть. Так оно и вышло. Эльбу, решил император, еще не время форсировать — надо сперва преобразовать земли от Рейна до Эльбы в очередную римскую провинцию, в Великую Германию. И император запретил своим полководцам переходить Эльбу. Вместо Друза им был назначен Тиберий Клавдий Нерон (в Евангелии от Луки он «Тиверий кесарь». Первые действия Тиберия на недавно завоеванной территории показали, что хотя цель римской политики не изменилась, но методы достижения ее станут гибче. Тиберий, находясь в так называемой Великой Германии, провел серию карательных походов и переселил 40 тыс. местных «варваров» на левый берег Рейна. В 8 г. до н. э. он заключил мирный договор с вождем херусков Сигемиром. За мир Сегемир заплатил тогда горькую цену: отдал двух юных сыновей Риму в заложники. Тиберий, впрочем, проводил за Рейном политику кнута и пряника: культивировал там градостроение, покровительствовал римско-германской торговле, способствовал развитию ремесел, в особенности гончарного дела. «Тиберий окончательно усмирил Германию, почти доведя ее до состояния Римской провинции, обложенной податью». За свои успехи он удостоился триумфа. Ну а Август милостиво позволил

Сенату переименовать месяц секстилий в свою честь. В 6 г. до н. э. Тиберий покинул «Великую Германию», но введенная им в этом регионе политика неспешной колонизации продолжалась до 7 г. н. э.

Домочадец императора В 7 г. н. э. Август назначил наместником «Великой Германии» Публия Квинтилия Варуса (Вара). Отец Вара, сенатор Секст, в гражданской войне был на стороне республиканцев Брута и Кассия. После их поражения убил себя. Ну а Вар пошел не в республиканца отца, а в себя молодца: поддержал Октавиана и в 14 г. до н. э. женился на дочке его ближайшего соратника Агриппы. Так он стал своим человеком сперва в доме Агриппы, а затем — у его друга Августа. Благодаря этому карьера Вара быстро пошла в гору: сперва он стал консулом, после — проконсулом Африки, а затем — римским наместником (легатом) в Сирии. Там его наместничество так оценил Гай Веллей: «Бедным он вступил в богатую страну, а вернулся богатым из бедной!» Будучи легатом в Сирии, Вар устроил кровавую баню евреям. Официально царем иудейским тогда был недобро помянутый библией Ирод Великий. Ирод Великий умер в 4 г. до н. э., и как только он скончался, так и сразу Иерусалим восnaukatehnika.com

65

ИСТОРИЯ и АРХЕОЛОГИЯ

стал. Вскоре мятеж охватил всю Иудею. Началось мессианское (христианское) восстание (по-гречески мессия — это христос). Вар потопил это христианское восстание в крови: оперативно взяв Иерусалим, он не только разграбил казну храма, но и распял несколько тысяч повстанцев. Потом Вар жил в Риме. Там он овдовел и во 2 г. н. э. новым браком породнился уже с самим императором: взял в жены дочь его сестры Клавдию Пульхру.

свою веру, а вот римляне тихой сапой насаждали побежденным свою религию, главным образом — культ императора. Ведь у римлян любой умерший император (который не был свергнут с престола) причислялся к богам. Брату-коллаборационисту, вещавшему ему о мощи «божественного Цезаря», Арминий говорил об исконных германских Богах, не нуждающихся ни в храмах, ни в людских жертвах. У германцев людские жертвоприношения были не в ходу: эти «варвары» приносили в жертву Богам лишь приговоренных к смерти преступников! Этот факт отметил Юлий Цезарь.

Корни гнева В «Великой Германии» Вар стал действовать, как и в Сирии: грубо, бесцеремонно и алчно обогащаясь всеми правдами и неправдами. В сдавшейся Риму без боя Сирии Вар привык управлять теми, кто привык, чтобы ими управляли, а вот «варвары» этой римской провинции еще не отвыкли жить врозь да своевольно. Но какое дело до этого было римлянам? В своем боевом построении один римский легион мог не только отбить, но и сокрушить атаку многократно превосходящих его числом «варваров», понятия не имевших о строе. А у Вара было три легиона, шесть когорт и еще несколько ал в придачу! Так, казалось, чего ему было беспокоиться? Вот Вар и не беспокоился, а устраивал «варварам» в изобилии образцово-показательные судилища, дабы по-быстрому насадить у них законы Рима. Судебные процессы, а равно прочие акции, озлоблявшие аборигенов «Великой Германии», едва ли были личной инициативой Вара: с точки зрения Августа, Вар был нужным человеком в нужном месте. Ведь Август планировал завоевать мир. А для завоеваний ему нужны были ресурсы. И эти ресурсы, по планам Августа, должна была дать Риму «Великая Германия». Что ж, хочешь насмешить Бога — поделись с ним своими планами!

Арминий (16 г. до н. э. — 21 г. н. э.)

Геройски в ней воевал. Благодаря чему стал не только гражданином Рима, но и эквитом. Эквиты (древнеримские всадники) были привилегированным сословием. В Риме Арминий услышал, что он сын вождя народа «прирожденных воинов-разбойников», которые германцы. А германцы — это не только херуски, но и все-все уроженцы «Великой Германии». И Арминий страстно возжелал единолично возглавить Великую Германию. Были и религиозные мотивы. Германцы не пропагандировали

Итоги Арминий устроил успешный заговор против оккупантов: заманил их войска в Тевтобургскую трущобу, где легионы Рима были «варварами» из разных племен окружены и разбиты. Благодаря этой победе жившие за Рейном «варвары» не только избавились от гнета Рима, но и сгруппировались в один этнос под названием «германцы». Август после разгрома в Тевтобургском лесу демонстрировал скорбь и, получив голову Вара, завопил: «Вар, верни легионы!» Так он несколько дней и вопил над этой мертвечиной. Прилюдно. Одновременно Август бился головой о дверной косяк. Интересно, чьей?

Юный пассионарий Одновременно с Варом в «Великую Германию» прибыл Арминий (Германн), сын Сегемира — вождя херусков. Будучи заложником, он освоил ратное дело, добровольно служа в римской армии.

66

naukatehnika.com

Карта Германии. Бежевым и желтым цветом обозначена территория Германии, которую Римская империя перестала контролировать после битвы в Тевтобургском лесу — № 1 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

Истребитель Глостер «Гриб» Mk.II, принадлежащий 56-й эскадрилье Королевских ВВС Великобритании, — авиабаза Биггин Хилл, южный пригород Лондона, юго-восток Англии, лето 1926 г.

Истребитель Армстронг Уитворт «Сискин» Mk.III 3-й серии из 111-й эскадрильи Королевских ВВС Великобритании — аэродром Норхолт, Большой Лондон, юго-восток Англии, июль-август 1924 г.

Художник А. Шепс

Двухместный учебно-тренировочный истребитель Армстронг Уитворт «Сискин» Mk.IIIDC — машина использовалась в истребительном звене 3-й бомбардировочной эскадрильи ВВС Канады и базировалась на аэродромах Трентон и Кемп Борден в штате Онтарио на юго-востоке страны с 1929 г., пока не разбилась в середине 1930-х гг.

Истребитель Армстронг Уитворт «Сискин» Mk.IIIА 1-й серии выпуска завода «Глостер» из 29-й эскадрильи Королевских ВВС Великобритании — аэродром Даксфорд, Кембриджшир, восток Англии, весна-лето 1928 г.

Журнал зарегистрирован Министерством юстиции Украины (Св-во КВ № 12091-962ПР от 13.12.2006) УЧРЕДИТЕЛЬ: Поляков А.В. ИЗДАТЕЛЬ: ЧПФ «Возрождение»

ТИРАЖ: 10 000 экз. ЦЕНА свободная. ДАТА выхода в свет — 20.12.2020 г.

ТЕЛЕФОНЫ: +38 067-131-95-84, +38 050-614-36-13, +38 095-380-87-79 (для авторов) ОÒÏÅЧÀÒÀÍÎ: ООО «ПАЛП МИЛЛ ПРИНТ», 02094, г. Киев, ул. Мурманская, 7. Тел. (044) 461-84-64

Механик подает кислородный баллон пилоту 111-й эскадрильи Королевских ВВС Великобритании перед высотным полетом на истребителе Армстронг Уитворт «Сискин» Mk. IIIA — авиабаза RAF Норхолт, Большой Лондон, конец 1920-х гг. axis-and-allies-paintworks.com

«Пресса России» — 80974 «Почта России» — П7034

«Укрпошта» — 95083

«Белпошта» — 80974 (Беларусь)