Из Нью-Йорка в Париж за 90 минут: сможет ли стартап Hermeus преодолеть скорость звука

В августе месяце на просторном заводе Hermeus в Атланте стоял и ждал своего часа изогнутый 12-метровый каркас из алюминия. Это был прототип дрона под названием Quarterhorse. В воздух он никогда не поднимется. Вместо этого с сентября у него начнутся наземные испытания. 35-летний генеральный директор Hermeus Эй Джей Пиплика и другие сооснователи компании считают, что это первый шаг на долгом пути к амбициозной цели — созданию самолета, который сможет перевозить одновременно 20 пассажиров на гиперзвуковой скорости ― в пять раз быстрее скорости звука, или почти 6200 км в час.

Представьте себе перелет из Нью-Йорка в Париж за 90 минут. Получается куда быстрее, чем семь с половиной часов на обычном коммерческом рейсе сегодня.

С момента последнего полета Concorde, революционного, но нерентабельного сверхзвукового реактивного лайнера, прошло 20 лет. Из целой плеяды стартапов, пытающихся вернуть миру сверхзвуковые перелеты, в небо пока что не взмыл еще ни один. Пиплика признает, что при строительстве авиалайнера его предприятию предстоит решить еще более серьезные техническое проблемы, так как воздушное судно должно будет летать продолжительное время в условиях высокой температуры и непривычной динамики, возникающей по мере постепенного превышения скорости звука. Но он говорит, что это не самая трудная задача. «Самый сложный аспект ― выстраивание бизнеса, ― отмечает гендиректор в беседе с Forbes. ― Чтобы спроектировать пассажирский самолет, мало одних только миллиардов долларов».

Компания решила доказать, что технология выгодна Пентагону, и разработает небольшие гиперзвуковые беспилотники, воспользовавшись стремлением Вашингтона догнать Россию и Китай в создании маневренных гиперзвуковых ракет. 

Quarterhorse задуман как испытательная модель многоразового использования, материалы и оборудование которой будут применяться в условиях высоких скоростей. С Военно-воздушными силами США компания заключила контракт на $30 млн, которые пойдут на сооружение и запуск в небо трех версий воздушного судна. Первый полет запланирован на 2024 год, и Пиплика прогнозирует, что общая стоимость проектирования не превысит $100 млн.

Второй и более крупный дрон, Darkhorse, летные испытания которого Hermeus надеется начать в 2026 году, планируется тоже использовать в качестве испытательного образца, а также для дальнего обнаружения и нанесения ударов.

Если это сработает, то к моменту начала разработки амбициозного авиалайнера под названием Halcyon компания успеет построить от шести до десяти прототипов Quarterhorse и Darkhorse и отыскать решения многих технических неизвестных в сфере перелетов на сверхвысоких скоростях. Глава Hermeus рассчитывает, что, когда все испытания будут завершены, парк гиперзвуковых дронов будет приносить солидный доход, выполняя миссии Министерства обороны США.

По словам Пиплики, к тому моменту Hermeus «построит достаточно устойчивый финансовый фундамент для инвестиций в Halcyon без астрономических сумм частного капитала».

Сильной стороной данного плана является то, что компания уже привлекла $119 млн (в марте 2022 года был проведен раунд финансирования серии B, и весь бизнес оценили в $400 млн). Поставленные фирмой амбициозные цели обеспечили ей место в свежем рейтинге будущих стартапов на миллиард по версии Forbes ― туда вошли 25 компаний, чья капитализация за счет инвестиций приближается к $1 млрд.

Превратности науки

Эксперты заявляют Forbes, что цель Hermeus по введению авиалайнеров в эксплуатацию к середине 2030-х ― задача чрезвычайно сложная.

Главная сложность ― не в том, чтобы достичь гиперзвуковых скоростей, ведь ракеты и космические корабли делают это уже давно. Как говорит Лука Маддалена, исследователь гиперзвуковых скоростей в Техасском университете в Арлингтоне, трудность заключается в том, чтобы построить аппарат, который сможет переносить подобные скорости и нагрузки и использоваться при этом многократно.

По мере ускорения судна трение с воздухом генерирует все больше тепла. Чтобы адаптироваться к подобным условиям, самолет SR-71 Blackbird (в 1976 году он установил рекорд и при скорости 3,3 Маха стал самым быстрым пилотируемым летательным аппаратом с воздушно-реактивным двигателем) оснастили гофрированными алюминиевыми секциями на крыльях ― по мере нагрева поверхности они расширялись. На взлетно-посадочной полосе из воздушного судна вытекало топливо, поскольку баки герметизировались лишь во время полета, когда расширялся металл.

Сверхзвуковым летательный аппарат считается, когда превышает скорость звука, то есть его скорость больше 1 Маха, но конкретной скорости, с которой начинается гиперзвуковая категория, не существует. Все определяется особенностями динамики. Когда скорость превышает 5 Махов, из-за высокой температуры в воздухе вокруг транспортного средства начинают протекать химические реакции. Кислород и азот распадаются на отдельные атомы и могут вступать в реакцию с покрытием самолета. Самолет больше не летит в воздухе, в котором поднимался в небо. «Это смесь разных газов, ― объясняет Маддалена, ― и ее состав, скорее всего, различен на каждом участке корпуса из-за перепадов температуры и давления». При более высоких скоростях часть газа может превращаться в плазму. Чтобы спрогнозировать, как именно поведет себя самолет, необходимо разбираться в химии, квантовой механике и аэродинамике. Так что у ученых все еще много работы.

Ключевое требование при производстве эффективного гиперзвукового авиалайнера ― это его долговечность. «Его нельзя сделать со сроком эксплуатации вдвое меньше, чем у обычного самолета с дозвуковой скоростью, ― предостерегает Мэри Джо Лонг-Дэвис, глава проекта гиперзвуковых технологий NASA. ― Это не обеспечит эффективность бизнес-модели».

Пиплика открыто признает, что ни срок эксплуатации, ни график обслуживания Halcyon предсказать невозможно: «Таких данных просто нет». Получить эту информацию в Hermeus намерены с помощью Quarterhorse и Darkhorse, ― и благодаря стремлению американских властей к разработке гиперзвукового оружия затея может обернуться успехом.

Оружие на любой вкус

В 2023 году Конгресс выделил Пентагону на примерно 70 гиперзвуковых программ $5,8 млрд (в 2016 году — менее полумиллиарда долларов). Однако прогресс наблюдается незначительный, отчасти из-за недостаточного количества аэродинамических труб, в которых можно симулировать гиперзвуковые скорости, и медленного продвижения летных испытаний. В рамках многих проектов осуществляется всего пара летных экспериментов в год.

Вероятно, именно поэтому Hermeus в первую очередь нацелен на создание дронов, которые впоследствии можно применять во время испытаний компонентов в полете.

Данной возможностью хотят воспользоваться и другие. Так, стартап Stratolaunch, в прошлом получавший инвестиции от покойного сооснователя Microsoft Пола Аллена, разрабатывает автономный гиперзвуковой летательный аппарат с ракетным двигателем, который будет запускаться в воздухе с фирменного самолета Roc — крупнейшего в мире воздушного судна. Минувшей весной подразделение оборонных инноваций при Министерстве обороны США заключило контракты на проектирование гиперзвуковых испытательных моделей с австралийской компанией Hypersonix, а также с калифорнийскими Fenix Space и Rocket Lab.

Пиплика и его соучредители (технический директор Гленн Кейс, операционный директор Скайлер Шафорд и директор по продукту Майк Смайда) имеют богатый опыт в аэрокосмической отрасли и совместно работали в компании Generation Orbit, которая проектировала для гиперзвуковых летных испытаний запускаемую в воздухе ракету с жидкостным ракетным двигателем. Основатели считают, что им удастся сдержать рост расходов, если они, подобно космическим стартапам, построят ряд летательных аппаратов и эффективно проработают проблемы гиперзвуковых полетов.

Например, Quarterhorse будет лететь на скорости больше 3 Махов всего несколько минут, поэтому разбираться с побочными эффектами от повышения температуры не придется — как и ломать голову над тем, каким образом сохранить жизнь пассажирам. В случае с Quarterhorse будет испытываться воздушно-реактивная двигательная система, которая сама по себе относительно недорогая.

Как Quarterhorse, так и Darkhorse с момента взлета будут перемещаться на тяге стандартного двигателя истребителя, который будет разгонять самолет до скорости почти 3 Маха. Этого будет достаточно, чтобы разжечь прямоточный воздушно-реактивный двигатель ― в нем нет подвижных компонентов, и для сжатия воздуха, необходимого для эффективного сгорания топлива, задействуется движение вперед. Как уточняет Пиплика, прямоточные воздушно-реактивные двигатели проектируются уже десятки лет и представляют собой относительно проверенную технологию.

В прошлом году компания продемонстрировала, что в высокоскоростной аэродинамической трубе двигательная система под названием Chimera может переключиться на прямоточный воздушно-реактивный двигатель.

Darkhorse планируется примерно на 50% длиннее, чем Quarterhorse, и сможет преодолеть 1600 км на скорости до 5 Махов. С учетом того, что прогресс в сфере радаростроения грозит обнулить все свойства скрытности американских самолетов вроде истребителя F-35, Пиплика утверждает, что скорость Darkhorse даст Военно-воздушным силам возможность проводить операции в воздушном пространстве врага, например, Китая, в распоряжении которого имеются продвинутые средства защиты.

Другие стартапы, занимающиеся проектированием гиперзвуковых пассажирских самолетов, стремятся выйти на еще бóльшие скорости, нежели Hermeus ― и сделать это с куда более экзотическими разработками.

Компания из Хьюстона Venus Aerospace сейчас активно совершенствует вращающийся детонационный ракетный двигатель. На его тяге будет передвигаться авиалайнер с 12 пассажирами со скоростью 9 Махов — фактически на границе атмосферы и открытого космоса. Согласно данным аналитического агентства PitchBook, инвесторы, включая венчурное подразделение Airbus, вложили в него $48 млн.

Швейцарский стартап Destinus рассчитывает, что его самолет на водородном топливе будет летать со скоростью 15 Махов. По информации PitchBook, проект нашел финансирование на сумму $39 млн.

Цена скорости

Чем выше число Маха, тем более экзотические материалы нужны для проектирования, а стоимость обслуживания ― больше, отмечает Лонг-Дэвис из NASA. Как выяснилось в ходе нескольких исследований по экономической составляющей воздушных перевозок на сверхвысоких скоростях, которые американское космическое агентство финансировало в последние четыре года, вместе со скоростью растут также расходы на топливо и, вероятно, цена билетов. В результатах тех работ много предположений, но составители пришли к выводу о том, что самый высокий рыночный потенциал имеют самолеты, летающие с 20–30 пассажирами на борту в относительно неспешном диапазоне от 2 до 3 Махов.

Судя по данным исследования фирмы SpaceWorks, цена билетов на самолет с 20 пассажирами на борту, летящий со скоростью 5 Махов и преодолевающий порядка 6440 км, может превысить $10 000 на человека.

Пиплика заверяет, что скоростной диапазон, под который будет оптимизирована Chimera (от 3 до 5 Махов), обеспечит Hermeus гибкость в работе. Даже если более высокий потенциал в пассажирских перевозках остается за диапазоном 1–2 Маха, Пиплика утверждает, что стартапы, проектирующие сверхзвуковые самолеты, столкнутся с серьезной проблемой: они будут менее интересны военным, а перспектив продавать промежуточную продукцию ради достижения главной цели просто не будет ― именно на такой подход со своими будущими дронами надеется Hermeus.

Однако Пентагон славится экспериментами с новейшими технологиями и внезапной сменой курса впоследствии. После резкого увеличения расходов на разработку гиперзвукового оружия при администрации Трампа критики высказывают сомнения в том, что траты того стоят. В январском отчете управление Конгресса США по бюджету заключило, что такие самолеты могут быть на треть дороже баллистических ракет сопоставимой дальности и менее надежны.

Весьма непросто построить даже управляемое сверхзвуковое воздушное судно с отправкой в один конец и взрывом в конце, так что разговоры о гиперзвуковых транспортных перевозках пока остаются в разделе «рассказов Рэя Брэдбери», говорит Ричард Абулафия из консалтинговой фирмы AeroDynamic Advisory. «Думать, будто маленький стартап может радикально изменить курс последних 100 лет, несколько странно», ― добавляет он.

По мнению Маддалены, то, что проекты вроде Hermeus своими интересными разработками летательных аппаратов привлекают внимание и капитал инвесторов, безусловно хорошо, однако вне поля зрения широкой публики без особо шума над созданием структурных компонентов для осуществления гиперзвуковых перелетов работают многие другие компании и ученые. «Успех всей нашей гиперзвуковой программы не держится лишь на нескольких стартапах», ― резюмирует эксперт.

Перевод Антона Бундина