В фильмах и сериалах можно увидеть интересные агрегаты: большие красивые самолёты со шпионскими примочками. Вот главные герои шутя уходят от погони, вот прячутся в грозовых облаках от радаров. А вот на горизонте маячит инопланетное вторжение – и металлическая конструкция уносится в открытый космос. В реальности это, впрочем, невозможно. И сегодня я объясню почему.
Как «работает» реактивный самолёт?
Два важных момента: двигатели и крылья. Разгоняется и взлетает лайнер ещё на земле. Как он это делает? Лопасти двигателя начинают вращаться и «всасывать» воздух. Кислород из него смешивается с топливом и работает как окислитель. Горючее же прогорает и создаётся реактивная тяга.
Без кислорода нет горения, а без того не будет и полёта.
И вот самолёт оторвался от земли и вышел на нужную высоту. Воздух обволакивает крылья, из-за конструкции (верхняя часть «длиннее» нижней) появляется разница давлений. То есть сам воздух становится опорой.
Встречный ветер разделается и огибает крылья. Внизу создаётся зона с повышенным давлением, вверху – с пониженным. Разница и толкает самолёт в небеса.
В зависимости от высоты меняется воздух. Если над самой поверхностью он густой и «тягучий», богатый на кислород, то чем выше самолёт поднимается, тем более разряженным он становится. Двигатели получают большую нагрузку, удерживая нужную скорость самолёта и создавая тот самый воздушный поток, чтобы лайнер был «на крыле».
«Идеальной» высотой для пассажирских авиалайнеров считается 10 км. В зависимости от особенностей конструкции и веса парят самолёты в диапазоне от 9 до 12 км. Максимальная высота для них – 35 км. Если лететь ниже десятки – больше сопротивление, а поднимешься выше 35 км – слишком мало воздуха для удержания лайнера «на плаву». Да и естественный окислитель из кислорода заканчивается.
Почему на самолёте нельзя улететь в космос?
Всё та же аэродинамика, двигатели и особенности конструкции:
- Из разреженного, бедного на кислород воздуха не «вытянуть» естественный окислитель. В противовес самолётным, ракетные двигатели имеют собственный окислитель. Если же пытаться поставить дополнительные баки на самолёты – получится очень громоздкая конструкция, да и такого окислителя хватит буквально на несколько минут полёта.
- Опять же, воздух. На высоте нет ветра как такового, не создаётся разница давлений на крыле и под ним. Самолёт не «лежит» на воздушной опоре. Прибавьте к этому нерабочий двигатель – и получится гора пикирующего металла.
Кстати, чтобы выйти за пределы аэродинамической границы атмосферы (а это около 100 км над землёй), самолёту потребуется развить скорость примерно раз в 40 большую, чем максимальная для того же Боинг 747.
При этом мы не говорим про саму конструкцию салона и не берём в расчёт самочувствие пилотов и пассажиров.
Что интересно: в истории зафиксировано два случая, когда «самолёт» пересекал аэродинамическую границу атмосферы. Было это в июле и августе 1963 года. Правда, то были не привычные боинги, а «пилотируемые исследовательские аппараты» North American X-15. И установлены на них были не авиационные двигатели, а ракетные.
А как летают ракеты?
Опять же, разница в топливе и форме. Ракета не отталкивается от воздуха и не использует его. По сути, для неё он лишь помеха, которая создаёт лишнее сопротивление.
Ракета потребляет огромное количество специализированного топлива (как помним, уже с окислителем, так что забирать кислород из окружающего воздуха ей не нужно). Топливо прогорает, а из сопла вылетает газ с колоссальной скоростью. Он, в полном соответствии с третьим законом Ньютона, сообщает ракете такую же силу, какую получает сам, но в обратном направлении. И в итоге именно газ на диких скоростях «выталкивает» ракету из атмосферы.
В безвоздушном космическом пространстве ракета чувствует себя замечательно – топливо для полёта у неё остаётся, воздух сопротивление больше не оказывает, так что сам по себе полёт чуть более «экономичен».
Итак, что получается в итоге? Самолёт в космос не полетит, потому что сам по себе он – птица железная, воздухоплавающая. В разреженном воздухе (или вообще без него) он существовать не может из-за особенностей двигателя, топлива и собственной формы. Конечно, в далёком будущем конструкторы, возможно, удивят нас самолётом, одинаково пригодным для наземных и космических полётов. Но будет это ещё ой как нескоро, если будет вообще.
