Одним из шоу-стопперов авиашоу EAA AirVenture, прошедшего в июле 2015 года в американском городке Ошкош, стал сверхлегкий летательный аппарат Perlan 2. Эта уникальная машина была разработана группой энтузиастов для изучения загадочного метеорологического феномена — стратосферных полярных вихрей. Нынешним летом Perlan 2 поднимется над Андами на 27,5 км и будет парить в ледяной пустыне в течение нескольких часов. И для этого ему не понадобится ни капли топлива.

Удивительная история проекта Perlan началась в 1951 году на крошечном аэродроме Бишоп в Калифорнии, где группа ученых под руководством Йоахима Кюттнера проводила исследования воздушных потоков аномальной мощности, периодически возникающих на подветренных склонах гор Сьерра-Невада и уходящих ввысь на несколько километров. Опасная и совершенно непрогнозируемая обстановка над оживленным воздушным районом давно беспокоила и Национальное бюро метеорологии, и военных. Недаром летчики называли полеты в тех местах пилотажем «над крышкой гроба». Наконец, после нашумевшего случая, когда весной 1950 года заходивший на посадку 9-тонный Lockheed P-38 Lightning был, словно пушинка, выброшен восходящими потоками на высоту 10 км и около часа парил над Бишопом с выключенными двигателями, «наверху» решили разобраться с проблемой.

Идеальный шторм

Назначение руководителем проекта Sierra Wave немецкого эмигранта Йоахима «Яка» Кюттнера было неслучайным. Кюттнер (1909−2011) в то время был лучшим и, вероятно, единственным в мире экспертом по горной метеорологии. В 1939 году он опубликовал фундаментальное исследование динамики горных волн, открытых шестью годами ранее пилотом Хансом Дойчманном в горах Ризенбирге. Причем сделанный Кюттнером детальный анализ формирования волн в подветренных зонах горных систем полностью подтвердился новейшими исследованиям. Также нашло подтверждение описание природы волновых роторов — коварных воздушных воронок. К портрету Кюттнера остается добавить три мировых рекорда высоты полета на планере, участие в испытаниях первого в мире тяжелого военно-транспортного самолета Me323 Gigant (с чудесным спасением после разрушения машины на высоте 8 км) и работу в лунной программе NASA.
Чем дышать на высоте
Несмотря на наличие герметичной кабины, пилоты будут использовать кислородные маски Gentex с системой регенерации. Экстренное спасение с большой высоты обеспечит специальная система парашютирования, состоящая из тормозного парашюта и основного, обеспечивающего мягкую посадку.

В Бишопе Як Кюттнер собрал лучших планеристов Америки, многие из которых были обладателями мировых рекордов по дальности и высоте полета. К слову, в начале 1950-х там же, в Бишопе, пытался оседлать горную волну легендарный Пол Маккриди, создатель целой серии невероятных летательных аппаратов — от мускульной стрекозы Gossamer Condor до сверхвысотного гиганта NASA Pathfinder на солнечных батареях. Одним из тех, кто работал с Кюттнером в проекте Sierra Wave, был и Эйнар Эневолдсон, тогда еще совсем «зеленый» авиатор, напросившийся за еду и ночлег обслуживать летающие лаборатории — два стареньких планера Pratt Reed PR-G1, груженные аппаратурой и кислородными баллонами. Можно сказать, что наука о происхождении горных волн и основы высотного пилотирования рождались на глазах Эневолдсона в буквальном смысле слова.

«Зеленый» планер
Кроме экипажа, состоящего из двух человек, на борту планера разместится научная аппаратура для исследования верхних слоев атмосферы и сбора данных для изучения изменений климата. Поскольку Perlan 2 не имеет мотора, его полеты не нанесут атмосфере Земли никакого вреда.

Кюттнеру удалось выяснить, что статические горные волны возникают в момент пересечения воздушным фронтом достаточно высокого хребта под углом, близким к 90°. Колоссальная стена воздуха массой десятки миллионов тонн при этом подскакивает на склонах, как на трамплине, и устремляется вверх. Кроме того, Кюттнер предположил, что при идеальном сочетании устойчивого штормового ветра, «гладкого» рельефа наветренной части гряды и воздушного течения на высоте 10−15 км возможно образование «волны столетия», уходящей глубоко в стратосферу. Интересно, что внутри волн их чудовищная кинетическая энергия и скорость подъема, достигающая 25 м/с, почти не ощущаются. Зато по краям волны трение рвет окружающий «медленный» воздух в клочья, закручивая его в роторы. В 1955 году в одном из полетов в 5 км над Бишопом в мясорубку ротора попал опытный пилот Ларри Эдгар. По оценке врачей, чудом выживший, но ослепший Эдгар в течение 0,4 секунды подвергся перегрузке в 20? G. Разумеется, его планер при этом превратился в груду мусора.

Как вспоминает Эневолдсон, именно под небом Сьерра-Невады, в окружении живых легенд в его душе родилась мечта о полете к границам космоса на планере. Там же, в Бишопе, он впервые услышал необычное слово perlan. Так хмурые норвежцы Хольмбе и Бьеркнес из Университета UCLA называли между собой перламутровые облака — стратосферные надгробия погибшим волнам.

Космический дизайн
Кабина Perlan 2 оснащена герметизирующей створкой и «капельным» остеклением из пластика Lexan, что придает планеру сходство с летательными аппаратами Virgin Galactic. Наддув кабины обеспечивает давление, соответствующее атмосферному на высоте около 4 000 м.

Прыжок над Патагонией

Путь к мечте оказался долгим, но не скучным. Однажды «заболев» высотой, Эневолдсон провел в небе всю жизнь. За 30 лет работы испытателем в ВВС США и центре NASA Dryden он «научил летать» две сотни высотных летательных аппаратов, записав на свой счет десяток мировых рекордов. Даже выйдя на пенсию в 1987 году, Эневолдсон не смог отказаться от предложения немецкой компании Grob Aircraft полетать на экспериментальном высотном разведчике G-520 Egrett и летающей метеостанции Strato 2C. Вернувшись в середине 1990-х домой с новым мировым рекордом в кармане (18,5 км на поршневом карбоновом Strato 2C), он решил заняться своей мечтой — полетом в стратосферу. Правда, деньги на реализацию проекта появились лишь в 1999 году после встречи со знаменитым Стивом Фоссеттом. «Стив, услышав предложение слетать на планере на рекордные 30 км, колебался неприлично долго. Целых десять секунд», — смеется Эневолдсон.

Для начала партнеры решили попробовать оседлать волну на мотопланере Glaser Dirks 505M. С учетом необходимых доработок практический потолок этого аппарата составлял около 18 км. Фоссетта это устраивало, ведь текущий рекорд Боба Харриса был на 3 км ниже. Пока миллионер-экстремал брал уроки пилотирования в горных волнах над Сьерра-Невадой, Эневолдсон занялся переделкой серийной машины в «космический парусник» для многочасовых высотных полетов. Штатные крылья были усилены и удлинены до 29 м. Кроме того, машина получила новую авионику, двойное остекление с низким коэффициентом тепловой деформации и парашютную систему аварийного снижения. От идеи герметизации кабины пришлось отказаться в пользу высотных компенсирующих костюмов для экипажей Lockheed SR-71. Костюмы пришлось взять в аренду у NASA. А место двигателя заняли батареи и система жизнеобеспечения с запасом кислорода.

И это была не перестраховка. Высоты, на которые планировали подняться Эневолдсон и Фоссетт, не прощают ошибок. Два Эвереста «с хвостиком» — это жуткий холод с перепадами температур от -56 до -75°С, дефицит кислорода и давление, не превышающее 0,1?атм. Малейший сбой дыхательной аппаратуры в таких условиях может в считаные секунды привести к фатальным последствиям. Так, на 10 км без подачи кислорода человек теряет сознание в течение минуты, а на 15 км смерть наступает уже через 5 с. Кроме того, над порогом Армстронга (19,2 км над уровнем моря) отказ системы наддува приводит к высотной эмфиземе — «закипанию» межтканевой жидкости и крови. Но даже если техника работает как часы, пилотаж на больших высотах — это смертельный риск. Истинные скорости в разреженном воздухе возрастают в разы, и каждая встреча с плотным шквалом может закончиться разрушением крыльев. Встроенная парашютная система в таких случаях — последний шанс на спасение.

В 2002 году получивший название Perlan планер с бортовым номером N577SF был готов к полету. Экипажу оставалось лишь выбрать место старта. Вариантов было немного: шведская Кируна, Омарама в Новой Зеландии и Патагония. В итоге выбор пал на Омараму. Но за три сезона в Новой Зеландии Фоссетт с Эневолдсоном ни разу не смогли подняться выше 12 км. Летом 2006 года по совету метеоролога Элизабет Астор команда перебралась в Эль-Калафате, дикое местечко на берегу ледяного озера Аргентино в Патагонии. Уже в первом полете над Андами Perlan поймал горную волну, которая вынесла его на 10,5 км. Идя по ветру, экипаж сумел зацепиться за вторую, более мощную волну, но в этот момент из-за сбоя датчика костюм Фоссетта раздуло так, что его буквально заклинило в «чашке». Пилоты приняли решение снизиться, чтобы сбросить давление. К счастью, этот трюк сработал, и, вернувшись в поток, Perlan поднялся на нем, как на лифте, на 15?460 м. Есть рекорд!

Так совпало, что миссия в Патагонии стала последней и для борта N577SF, и для Фоссетта, и для Эневолдсона. Кустарный Perlan отработал свое и перекочевал на стоянку музея авиации в Сиэтле, Фоссетт в 2007 году разбился на одномоторном самолете, а Эневолдсону, разменявшему девятый десяток, дорогу в небо закрыли медики. Но проект не умер. Прямо сейчас на аэродроме Минден в Сьерра-Неваде новый шеф-пилот команды Джим Пэйн ставит на крыло первый в мире целевой стратосферный планер Perlan?2.

Широкая кооперация
Perlan 2 разработан группой энтузиастов Perlan Project, однако проекту оказывают поддержку такие крупные компании, как Airbus, United Technologies, Weather Extreme Ltd. и BRS Aerospace.

Лифт в стратосферу

Постройка уникальной машины стоимостью $7,5 млн тянулась бесконечные девять лет, а деньги на нее собирали буквально с миру по нитке. Из экономии часть работ, например стресс-тесты остекления кабины, члены команды Perlan?2 проводили у себя в гаражах. Тем не менее в 2012 году, когда комплект карбоновых элементов фюзеляжа уже был готов к сборке, проект прочно сел на мель. Но Эневолдсон не сдавался. После долгих мытарств помощь пришла, откуда не ждали. В июле 2014 года титульным спонсором стратосферной миссии Perlan?2 стала корпорация Airbus. При поддержке технического директора Airbus Джина Ботти сборка, комплектация и стендовые испытания планера были завершены менее чем за год. А в сентябре 2015-го, после релиза на авиашоу в Ошкош, Perlan?2 получил сертификат FAA, бортовой номер N901EE и совершил свой первый полет.

Perlan2 — особенная машина, конструктивно «заточенная» на эффективный пилотаж в недоступном для «дышащих» летательных аппаратов высотном диапазоне от 20 до 28 км. По сути это суборбитальная станция. Только крошечная. Именно этим объясняется столь странный, с точки зрения аэродинамики, выбор пропорции крыльев Perlan?2 — 27:1. Такие крылья считаются «вялыми» при маневрировании и медленными при подъеме, зато они превосходно держат набранную высоту. И вообще до 15 км Perlan 2 — это весьма посредственная «птичка», зато после 20 км ей не будет равных по набору высоты и управляемости. На практическом потолке «дозвуковые» 4-секционные крылья Perlan?2 способны выдерживать перегрузки от +6 до -4?G при истинных скоростях машины до 0,65 Маха (приборная скорость при этом составит 150−200 км/ч).

Не менее интересна и кабина планера. Она оснащена сдвижной герметизирующей створкой с эффектным «капельным» остеклением из пластика Lexan в стиле ракетоплана SpaceShipOne и системой наддува кабины с давлением 0,56 кгс/см2 (аналог высоты 4,2 км). Гермокабина позволит пилотировать Perlan?2 налегке, удобно устроившись в «чашках» в утепленных комбинезонах и в обуви с электроподогревом. Несмотря на то что в полете кабина будет наполнена воздухом, для дыхания пилотам придется использовать высотные кислородные маски Gentex с системой регенерации. В опасных для жизни ситуациях автоматика включит систему экстренного спасения — она разработана компанией BRS Aerospace. Система встроена в фюзеляж и состоит из двух парашютов — тормозного, который позволяет планеру быстро снизиться до 3 км, и основного, обеспечивающего мягкую посадку.

По словам Джима Пэйна, до лета команда Perlan 2 намерена провести серию тестов машины на флаттер, проверить системы жизнеобеспечения и отработать тактику полета на 27,5 км. Затем внутри фюзеляжа будут установлены четыре модуля Cubesat с оборудованием для изучения атмосферы, и Perlan 2 отправится в Патагонию. Метеоролог команды Элизабет Остин считает, что именно в июле 2016 года над южными отрогами Анд сложится благоприятная обстановка для рекордного рывка в стратосферу. По прогнозу Остин, устойчивый фронт со стороны Тихого океана сможет генерировать мощные горные волны высотой до 15 км, а диапазон от 10 до 43 км окажется во власти антарктического полярного вихря. С помощью метеозондов и программы Weather Research and Forecasting System за сутки до старта будет определена точка оптимального входа в волну, и экипажу Perlan 2 (Джим Пэйн и Морган Сандеркок) останется лишь не прозевать момент «пересадки» с одного лифта на другой.

Впрочем, на этом история не закончится. В 2019 году Эневолдсон планирует отправить Perlan еще выше — на 30 км.

Прыжок в стратосферу
На схеме показана траектория полета Perlan 2, задача которого — оседлать два атмосферных течения, которые унесут его к границам космоса.

Автор благодарит мастера спорта международного класса по планерному спорту, члена сборной СССР (1983−1987) Янину Леонавичюне-Паплаускайте за помощь в подготовке статьи.

Статья «Верхом на вихре» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2016).