На что способен уникальный самолёт КБ Мясищева М-55 «ГЕОФИЗИКА»?

Самолет, который на высоте 20 000 м зачем-то выпускает шасси, а после посадки нуждается в пожарной машине — это совсем не курьез, а, напротив, одно из самых интересных творений отечественного авиапрома. Впрочем, машина, которая создавалась для задач оборонного ведомства, военных сегодня интересует мало, зато для мировой науки наша «Геофизика» — настоящее сокровище. Она облетела весь мир от Арктики до Антарктиды, встретилась с аномальным холодом в тропопаузе и по-прежнему готова к новым свершениям.

В 1960-х годах остро встала необходимость борьбы с американскими разведывательными аэростатами, запускаемыми над территорией СССР. Разработку высотного самолета, который получит имя М-17 «Стратосфера», начало в 1970 году ОКБ Мясищева. Что ж, перед глазами был пример U-2 и даже его обломки — задачи схожие, только копируй. Но копировать не стали, в частности потому, что у Министерства обороны были свои запросы. U-2 использовал велосипедное шасси, то есть садился на два колеса, размещенные вдоль фюзеляжа спереди и сзади от центра тяжести. Военные потребовали обычное трёхстоечное шасси с передним колесом. В U-2 применялось специальное высотное топливо — военные настояли на том, чтобы можно было летать на обычном керосине. Кроме того, с целью придания легкому самолету большей прочности (в частности, в сравнении с U-2) авиастроители применили двухбалочную схему с двумя килями, соединенными замыкающим стабилизатором, — это было похоже на конструкцию знаменитой немецкой «рамы» (воздушного разведчика FW-189). В качестве высотного двигателя использовали ТРД РД-36−51В — от первого и последнего в истории отечественного сверхзвукового пассажирского лайнера Ту-144.

От «Стратосферы» к «Геофизике»

Разработка М-17 шла медленно, и первый лётный экземпляр появился лишь к 1978 году, но тут же потерпел катастрофу во время аэродромных испытаний. Когда в 1982-м к полетам была готова еще одна машина, задача борьбы со шпионскими аэростатами оказалась уже неактуальной: американцы полностью перешли на спутники. Тогда возникла новая идея — построить на основе М-17 высотный разведчик, который стал бы элементом разведывательно-ударного комплекса. Например, самолет мог бы лететь вдоль границы, «прощупывая» сопредельную территорию на глубину до 500 км, и в случае необходимости давать целеуказания ракетным комплексам типа ОТРК «Искандер». Задачу «мясищевцы» выполнили: 16 августа 1988 года в первый полет отправился самолет М-55, впоследствии ставший известным как «Геофизика». В общих чертах машина повторяла конструкцию М-17, но вместо одного двигателя ее оснастили двумя. Сделано это было для повышения надежности машины и потому, что программа Ту-144 закончилась и могли возникнуть проблемы с поставкой силовых установок и запчастей к ним. Основой для двигателей М-55 стал специально адаптированный для высотных полетов Д-30Ф6, который устанавливался на перехватчиках МиГ-31.

Как можно догадаться, и М-55 военным практически не пригодился, настали времена перестройки и открытости. Всего было построено четыре летных экземпляра и две машины для наземных тестов. Из четырех летных два было утрачено в ходе испытаний, а два находятся на стоянке экспериментального машиностроительного завода им. В. М. Мясищева. И только один из этих двух самолетов обрел поистине вторую жизнь.

Об интересных особенностях конструкции М-55 «Геофизика» нам рассказал главный конструктор ЭМЗ им. В. М. Мясищева Геннадий Беляев: «Самолет вышел очень «летучим». Фактически, как и U-2, он представляет собой планер, оснащенный мощными двигателями, причем если на земле тяга каждого из двух моторов составляет порядка 5 т, то на высоте 21 000 м этот показатель снижается до 650 кгс, однако машина уверенно держится в воздухе. Более того, увести ее с высотного эшелона довольно трудно. Когда пилот с помощью рулей направляет нос самолета вниз, растет скорость и машина вновь набирает высоту. Чтобы начать уверенное снижение, пилоту приходилось временно выпускать шасси, чтобы резко увеличить лобовое сопротивление».

На одном из первых испытаний, когда по нормативу самолет должен был оторваться от полосы и тут же совершить на нее посадку, летчик-испытатель сообщил комиссии, что это упражнение невыполнимо, так как после взлета опустить М-55 на ту же полосу не получится — не хватит длины.

Конструкторам пришлось пойти навстречу военным и оснастить М-17 и М-55 трехстоечным шасси, однако ради снижения веса колеса пришлось сделать очень маленькими. Массы для рассеивания тепла мало, и потому колеса при пробеге сильно нагреваются. Во избежание разрушения колес «Геофизику» на аэродромах обычно встречает пожарная машина. После пробега по полосе шасси самолета обдают холодной водой из брандспойта.
Самолёт в итоге построен по схеме цельнометаллического полумонококового высокоплана со свободнонесущим крылом нормальной аэродинамической схемы.

Как и U-2, «Геофизика» — одноместный самолет. Пилот располагается внутри герметичной кабины истребительного типа, где поддерживается давление, соответствующее атмосферному на высоте 7500 м. Такую роскошь, как давление на высоте 2000 м (стандарт для пассажирских лайнеров), конструкторы себе позволить не могли — слишком велика была бы нагрузка на конструкцию легкого самолета. Однако кабина — лишь внешний контур защиты. Летчика дополнительно защищает герметичный высотный костюм, а для дыхания подается чистый кислород.

Поскольку М-55 может находиться в полете до 6,5 часа, предусмотрена возможность питания пилота. Летчик ест космическую пищу из тюбиков, вставляя их в специальный гермопроход на шлеме (шлем в полете снимать нельзя).

Борта «Геофизики» заклеены стикерами, рассказывающими о современном этапе жизни самолета. Не имея собственной машины аналогичного класса и получая лишь ограниченный доступ к переоборудованным для научных целей U-2 (эксплуатируются NASA), европейцы проявили большой интерес к уникальному российскому самолету. Отсек длиной 5,5 м под кабиной пилотов (ранее занятый спецаппаратурой) может вместить в себя большое количество научных приборов. Для их размещения годятся также внутренние полости фюзеляжа и даже специально сделанные из композитов «наплывы», то есть выступающие объемы. К консолям крыла пристыковываются пилоны — к любому из них можно прикрепить по три сенсора разного назначения. Самолет уже многие годы совершает долгосрочные экспедиции в разные уголки мира (Швеция, Бразилия, Антарктида, Сейшелы, Индия) и замеряет параметры атмосферы на 20-километровой высоте.

Ещё «Геофизика» оказывает неоценимую помощь ученым разных стран в создании моделей глобальных климатических процессов, но это всего лишь один самолет. Второй из сохранившихся остается на стоянке и находится на балансе Министерства обороны, хоть военные его и не используют. Есть мнение, что «Геофизика» морально устарела, и применений для нее больше нет. На заводе Мясищева с этим, конечно, не согласны.
«Самолету можно найти и другие применения, — рассказывает Геннадий Беляев. — Не так давно с представителями властей Малайзии — государства, включающего в себя множество островов — обсуждался проект обеспечения всех островных территорий современной качественной связью при использовании самолетов М-55 в качестве ретрансляторов. При том что для реализации проекта пришлось бы построить новые самолеты, новые полосы и привлечь к работе около 90 пилотов, все это в итоге оказывалось дешевле, чем строительство в море радиорелейных станций. От проекта отказались, но скорее по политическим, чем по техническим причинам».



Разумеется, конструкцию можно дорабатывать на основе современных технологий и материалов, например за счет добавления карбоновых элементов фюзеляжа. Кстати, даже в оригинальной конструкции металла не так уж и много: кили, например — это клееные сотовые конструкции, обшитые стеклопластиком. В соответствии с новейшими веяниями «Геофизику» можно было бы превратить и в беспилотник (такой проект существует) — правда, для сохранения возможности дальних перелетов в неразделённом воздушном пространстве самолет предполагается сделать опционально пилотируемым.

Центральная фюзеляжная гондола заканчивается соплами двигателей, расположенных на уровне задней кромки высокорасположенного крыла самолета. К консолям крыла примерно на 1/5 их полуразмаха прикреплялись хвостовые балки, которые были связаны между собой П-образным хвостовым оперением. Передняя опора шасси самолета убиралась в специальный отсек в центральной части фюзеляжа, а основные стойки шасси – в отсеки хвостовых балок.

К производству первой машины приступили только в 1974 году. К концу 1978 году первый летный экземпляр самолета был готов. Машину выкатили на заводской аэродром «Воротыновка». В маскировочных целях самолет был покрашен в цвета «Аэрофлота», а также получил гражданский регистрационный номер СССР-17100.
Это был первый в мире самолетом с реализованной концепцией адаптивного крыла. Профиль крыла менялся в зависимости от режима полета.
На машинах жуковской сборки 17401 и 17103 от этого отказались. Профиль крыла фиксированный.

Вся задняя часть фюзеляжа представляет собой моторный отсек, где располагаются два двухконтурных высокоэкономичных двигателя Д-30В12 (на М-17 стоял один двигатель РД-36-51В).

На правом киле установлен триммер. Стабилизатор с двумя секциями руля высоты крепится на килях. На правой секции руля высоты размещен триммер, на левой - сервокомпенсатор.

По постановлению советского правительства от 19 июля 1983 г. ЭМЗ им. В.М. Мясищева поручается разработка на базе высотного истребителя аэростатов М-17 высотного разведчика М- 17Р («тема 55»), а несколько позднее — самолета-целеуказателя разведывательно-ударного комплекса М-17РМ («55.2») и ряда других модификаций (самолета системы предупреждения о ракетном нападении, самолета-ретранслятора и др.). Определяется и новое место постройки самолетов данного типа — Смоленский авиационный завод (СмАЗ).

Конструктивно-технологическая схема крыла - состоит не из двух половин, стыкуемых по оси самолета, а из центроплана и отъемных консолей. Кроме того, из-за необходимости размещения большого объема специального оборудования значительно увеличилась длина и изменились обводы головной части фюзеляжа. В связи с новым типом силовой установки полностью перекомпоновали и хвостовую часть фюзеляжа.

Хвостовое оперение самолета - кессонной конструкции. Продольный набор кессона стабилизатора состоит из двух лонжеронов и средней стенки. Кили имеют лонжероны и панели, склепанные с нервюрой хвостовых балок. Съемные носки киля выполнены из стеклопластика с заполнителем, носки стабилизатора - штампованные.

М-55 получил два специальных подкрыльевых контейнера, в которых разместилась аппаратура SIOUX для измерения атмосферной концентрации окислов азота (левый).

и аппаратура HALOX-A для измерения концентрации хлор- и бром-содержащих соединений в атмосфере (правый контейнер)

Самолет в 90-е годы уже разрешено было показывать публично (в 1992 г. он принимал участие в«Мосаэрошоу-92», а в 1993 г. - в МАКС-93), и в ноябре 1993 г. он впервые отправился за границу, в Италию, где принял участие в европейской научной конференции по исследованию Заполярья. Так открылась новая страница в биографии высотных дозвуковых самолетов Мясищева, благодаря которой М-55 обрел поистине мировую известность.

Контакты ЭМЗ им. В.М. Мясищева с зарубежными научными организациями начались в 1993 г., когда руководители итальянской национальной программы по исследованию Антарктиды — PNRA(Programma Nazionaledi Ricerchein Antartide) — провели в России серию переговоров. Их целью было выяснение возможностей использования самолета М-55 «Геофизика» для атмосферных исследованиях в Антарктическом районе. Совместный российско-итальянский проект получил поддержку со стороны Итальянского агентства по окружающей среде и энергетике. В программу российско-итальянского сотрудничества был вовлечен большой коллектив ученых и специалистов из Института распространения электромагнитных волн, Университета в Риме, Института химии атмосферы Италии. Спустя некоторое время проект по использованию М-55 для высотных атмосферных исследований получил поддержку и у других европейских исследовательских организаций.

К крылу крепятся хвостовые балки с отсеками основного шасси. Оно выполнено трехопорным с управляемой передней ногой. Хвостовые же балки состоят из отсека главного шасси и консольной части и представляют собой конструкцию типа полумонокок, предназначены также для крепления на них двух килей с рулями направления.

Научное оборудование самолета включало спектрометры для дистанционного определения химического состава атмосферы по регистрации интенсивности поглощения солнечного излучения или собственного излучения атмосферы в диапазонах длин волн от ультрафиолетового до далекого инфракрасного, мощных и маломощных импульсных лидаров для обнаружения аэрозолей и полярных стратосферных облаков, а также комплекса аппаратуры для измерения основных метеопараметров атмосферы на различных высотах в тропосфере и нижней стратосфере.

В октябре-ноябре 1996 г. в Италии были проведены контрольно-тестовые испытания установленной на борту М-55 (RA-55204) научной аппаратуры, разработанной и изготовленной в России, в Италии, Германии, Швейцарии и других странах-участницах программы АРЕ (AirbornePolarExperiment). Первая научная экспедиция «Геофизики» состоялась в декабре 1996 г. — январе 1997 г., когда М-55 принял участие в программе исследования атмосферы Арктики APE-POLECAT. Самолет базировался на аэродроме «Санта Клаус» финского города Рованиеми (Rovaniemi). Он участвовал в проведении экспериментов, во время которых изучались полярные стратосферные облака, «озоновая дыра» и гравитационные волны. В рамках этой программы исследований М-55 провел в воздухе 45 ч, получив с помощью установленной на борту научной аппаратуры уникальные данные о строении и составе нижней стратосферы над различными районами Скандинавии и арктической части территории России.

носовая стойка

Участие самолета «Геофизика» в международных программах изучения атмосферы позволяет его создателям не только поддерживать машину в летном состоянии, но и, несмотря на практическое отсутствие государственного финансирования, осуществлять дальнейшее развитие семейства дозвуковых высотных самолетов М-55. Родившись как специализированная машина военного назначения, но в силу сложившихся обстоятельств так и не найдя применения в вооруженных силах, «Геофизика» сегодня имеет неплохие перспективы на рынке специальных гражданских самолетов. Поэтому сейчас на ЭМЗ им. В.М. Мясищева развивают в первую очередь именно эту линию эволюции высотного дозвукового самолета. В конце 90-х гг. был проработан проект усовершенствованной модификации «Геофизика-2» с увеличенной площадью крыла и большим запасом топлива. Благодаря этому должны были возрасти дальность и продолжительность полета. Самолет предлагался для новых программ научных экспериментов по изучению высоких слоев атмосферы, для чего его планировалось оснастить еще более разнообразным комплектом исследовательской аппаратуры. Для повышения эффективности научных экспериментов на борту предполагалось оборудовать место для второго члена экипажа — специалиста-экспериментатора.

Два боковых воздухозаборника, расположенные в носовой части фюзеляжа, преобразуются из канально вытянутых по вертикали до цилиндрического сечения в районе входа в двигатель.

Кабина пилота оснащена откидной частью фонаря, катапультным креслом, обладающим широким диапазоном высот и скоростей применения. При покидании самолета на больших высотах используется устройство подачи кислорода для дыхания.

Учитывая значительную длительность полета, предусмотрено обеспечение летчика питанием и ассенизационно-санитарным устройством. Помимо высотно-компенсирующего костюма с гермошлемом при полетах на больших высотах может использоваться специально разработанный авиационный скафандр.

Свободнонесущее крыло выполнено цельнометаллическим, трапециевидной формы и состоит из кессонов средней и консольной частей с носками и хвостовыми частями, без закрылков. На верхней поверхности крыла расположено 3 пары тормозных щитков (между 8 и 21 нервюрами), на конце крыла - элероны (от 28 нервюры) и концевые обтекатели.

В кессоне средней части крыла размещается топливо в 4 баках, концевые из которых являются расходными, что обеспечивает эффективную перекачку, и перетекание топлива при отрицательном V крыла. В его конструкции использованы алюминиевые сплавы. Болты в соединениях отдельных элементов - из стали и титана.

Возможность М-55 осуществлять длительный полет на больших высотах открывало ему перспективы и других вариантов гражданского применения: для осуществления экологического мониторинга, картографирования, дистанционного зондирования земли в интересах поиска полезных ископаемых, патрулирования акваторий, воздушного наблюдения, ретрансляции связи и т.п. Разработали также двухместный учебно-тренировочный вариант М-55У. Не забыты и возможные военные модификации машины, которые могут использоваться для комплексной воздушной разведки (в т.ч. радиотехнической и радиолокационной), целеуказания, предупреждения о ракетном нападении, борьбы с высотными целями и т.п.

Но пожалуй наиболее амбициозным стал проект авиационно-космической системы, предусматривающей использование доработанного самолета М-55Х в качестве носителя и стартовой платформы для небольшого пилотируемого суборбитального возвращаемого аппарата С-ХХ1, разрабатываемого ЭМЗ им. В.М. Мясищева в рамках популярной ныне идеи космического туризма. Презентация такого аппарата состоялась 14 марта 2002 г. Стартующий со «спины» М-55Х на высоте 17 км аппарат С-ХХ1, управляемый одним пилотом, способен предоставить двум находящимся на борту пассажирам возможность достичь высоты 101 км и в течение примерно трех минут побыть в состоянии полной невесомости в ближнем космосе.

В качестве материала в конструкции использованы алюминиевые, магниевые и титановые сплавы. Многочисленные створки и люки упрощают доступ к двигателям. Для их замены имеются съемные панели.

Технические характеристики

Экипаж: 1 пилот
Длина: 22,67 м
Размах крыла: 37,46 м
Высота: 4,83 м
Площадь крыла: 131,6 м²
Профиль крыла: П-173-9
База шасси: 5,735 м
Колея шасси: 6,6 м
Масса пустого: 14 000 кг
Нормальная взлётная масса: 23 400 кг
Масса топлива во внутренних баках: 7900 кг
Масса полезной нагрузки: 1500 кг
Силовая установка: 2 × ТРДД Д-30-10В
Тяга: 2 × 88,26 кН (9 000 кгс) (номинальная)
взлётная: 2 × 186,3 кН (19000 кгс)
на высоте 21000 м: 2 × 6,57 кН (670 кгс)

Лётные характеристики

Максимальная скорость:
на высоте 20000 м: 743 км/ч
на высоте 5000 м: 332 км/ч
Крейсерская скорость: 0,7 М
Скорость отрыва: 175 км/ч
Посадочная скорость: 188 км/ч (при посадочной массе 23 400 кг)
Практическая дальность: 1220 км
максимальная дальность полёта на потолке: 1315 км (с высоты 20 250 м до 20 620 м)
максимальная дальность полёта на 17000 м: 5000 км
Продолжительность полёта на потолке: 2 часа 14 минут
Продолжительность полёта на 17000 м: 6,5 часа
Время патрулирования: 48 минут
Практический потолок: 21 550 м
Время набора высоты потолка: 35 минут
Длина разбега: 340 м
Длина пробега: 875 м