В 1926 году, когда Альберту Скотту Кроссфилду было пять лет, к нему домой вызвали священника для соборования: у мальчика было запущенное воспаление лёгких, давшее осложнение на сердце, и он то и дело впадал в забытьё. Родители были уверены, что сын не переживёт ночь.
Так в 1958 году художники представляли X-15 — «ракету с кабиной пилота»
Несмотря на горячку, Кроссфилд на всю жизнь запомнил, как священник неодобрительно разглядывал стены его комнаты, увешанные картинками с самолётами, — они, по его мнению, слишком явно теснили изображение с религиозным сюжетом. Мальчик выжил, но ещё долгие годы боролся со слабым здоровьем и подолгу лежал в постели. Врачи говорили, что с таким диагнозом он никогда не пройдёт медкомиссию для лётчиков.
В девять лет Кроссфилд смастерил в плетёном кресле на заднем дворе подобие кабины пилота — с рычагом управления и педалями — и часами «летал» на нём, сверяясь с инструкцией из авиационной книги. В его воображении это были настоящие полёты через океаны и горные хребты, с мировыми рекордами впереди.
В 1953 году детская мечта сбылась: за штурвалом исследовательского самолёта Douglas D-558-II Skyrocket Кроссфилд разогнался до скорости Мах 2 — вдвое быстрее звука, — став самым быстрым человеком в истории на тот момент. Спустя шесть лет он первым поднял в воздух X-15 — экспериментальный аппарат, ставший первым в мире самолётом, долетевшим до космоса. Но долететь до космоса и удержаться там — это две совершенно разные задачи.
Следующие семьдесят с лишним лет инженеры пытались сделать следующий шаг — научить самолёт взлетать со взлётной полосы и выходить на орбиту. Одна программа сменяла другую: военные проекты, национальные амбиции, стартапы с громкими обещаниями — и почти все они заканчивались на стадии чертежей или первых огневых испытаний. После десятилетий неудач космопланы всё же нашли себе применение. Но не на орбите, а на самой границе космоса.
Где проходит граница космоса
В феврале 1963 года 81-летний венгерский эмигрант остановился у ступеней Белого дома перед вручением первой Национальной научной медали США из рук президента Кеннеди. Когда Кеннеди протянул руку, чтобы помочь ему спуститься, Теодор фон Карман отшутился: «Господин президент, помощь нужна, только когда поднимаешься, а не когда спускаешься».
К тому моменту фон Карман уже был главным аэродинамиком XX века — настоящим экспертом по «подъёму». В США он перебрался в 1920-х годах, чтобы развивать авиационные исследования в Калифорнийском технологическом институте (Caltech). Там он возглавил группу студентов-ракетчиков, которую из-за опасности экспериментов прозвали «Отрядом самоубийц». Во время Второй мировой войны их мастерская выросла в Лабораторию реактивного движения, позже перешедшую под крыло NASA.
Скотт Кроссфилд рядом с D-558-2 после первого полёта на скорости М2
Пока студенты фон Кармана экспериментировали с ракетами в калифорнийских оврагах, в Европе инженер Ойген Зенгер испытывал ракетные двигатели в Венском технологическом университете. В годы Второй мировой войны Зенгер вместе с физиком Ирене Бредт разрабатывал для немецкого командования проект космоплана-бомбардировщика. Опираясь на собственный труд 1933 года «Ракетная техника полёта» — первое теоретическое исследование космопланов, — они предполагали, что аппарат сможет «скакать» по кромке атмосферы, как камень по воде. Их так и не осуществлённая цель — бомбардировка территории США.
После войны наработки Зенгера и Бредт подтолкнули США и другие страны к изучению аппаратов с планирующей траекторией полёта. Параллельно фон Карман пытался ответить на простой вопрос: на какой высоте самолёт перестаёт быть самолётом?
У земной атмосферы нет чёткой границы — она просто постепенно истончается на протяжении сотен тысяч километров. Поэтому фон Карман предложил практичный критерий. Крыло держит аппарат в воздухе, отбрасывая воздух вниз; чем разреженнее атмосфера, тем быстрее должно лететь крыло, чтобы отбрасывать нужный объём воздуха. Если подниматься всё выше, рассуждал фон Карман, в какой-то момент крылу, чтобы удержать вес аппарата, придётся двигаться со скоростью, равной орбитальной, — около 28 000 км/ч на высоте нижней границы низкой опорной орбиты, то есть около 160 км. На такой скорости крыло уже не нужно: аппарат больше не держится за счёт давления воздуха, а буквально непрерывно падает под действием земного притяжения, но при этом летит вбок достаточно быстро, чтобы постоянно «промахиваться» мимо планеты. Слишком медленно — и он по спирали упадёт вниз; слишком быстро — и улетит в открытый космос.
По расчётам фон Кармана, этот рубеж проходит на высоте около 80 км, хотя точное число зависит от колебаний плотности атмосферы. В 1960-х годах Международная авиационная федерация (FAI) округлила эту величину до 100 км. NASA и ВВС США по сей день используют отметку в 80 км. Как бы то ни было, эта граница получила название линии Кармана — турбулентного рубежа, где законы полёта резко меняются. Официального международного договора на этот счёт нет, но линия Кармана по умолчанию считается условной границей между авиационным и космическим правом: выше неё крылья уже не держат аппарат в воздухе, и значение имеет только скорость.
Для сравнения: Международная космическая станция обращается вокруг Земли на высоте около 400 км — заметно выше линии Кармана, но по тем же законам орбитальной механики. А значит, любой аппарат, который хочет не просто коснуться границы космоса, а закрепиться там надолго, должен разогнаться не до 80–100, а до сотен километров в высоту и держать орбитальную скорость непрерывно, а не долю секунды на вершине баллистической дуги.
Чтобы попасть в космос, нужна высота, а чтобы там удержаться — скорость. Именно в этом зазоре мечта о космоплане раз за разом спотыкалась, начиная с необычной машины, которую Кроссфилд помогал создавать в 1950-х годах.
Невероятный X-15
«Старт X-15 — это как заводить машину, уже падая с обрыва», — писал в 1963 году авиационный журналист Уэсли Гризволд.
Самолёт взлетал не своим ходом: его поднимали на пилоне под крылом бомбардировщика B-52 до высоты около 13,7 км, там он отделялся и запускал собственный двигатель, срываясь вверх, «будто выпущенный из пушки».
X-15 отделяется от B-52 над пустыней Невада
Нечто среднее между ракетой и самолётом, X-15 инженеры между собой называли «ракетой с кабиной пилота»: как у ракеты, у него почти весь корпус занимал топливный бак, а как у самолёта — короткие крылья и хвостовое оперение позволяли маневрировать в атмосфере. Но главной особенностью машины были два независимых комплекта органов управления: один для полёта в воздухе, другой — для космоса. По мере приближения к линии Кармана пилот переключался с обычных аэродинамических рулей на струи перегретого пара, бившие из сопел в носу и на крыльях, — по сути, на реактивные двигатели ориентации, как у настоящего космического корабля.
Узнав о программе X-15 около 1955 года, Кроссфилд уволился с государственной должности в Национальном консультативном комитете по аэронавтике (предшественнике NASA) и перешёл в North American Aviation — компанию-разработчика самолёта. Там он участвовал в проектировании машины и стал её первым лётчиком-испытателем. Он пережил взрыв двигателя прямо на стенде, после которого аппарат пришлось капитально восстанавливать, и посадку, в которой фюзеляж переломился пополам. К моменту, когда самолёт передали совместной программе ВВС, ВМС и NASA, Кроссфилд поднимался на нём до 26,9 км — вполне солидная высота, но всё ещё далеко от космоса. Машина была готова; своё дело он сделал.
Дальше рекорды посыпались один за другим:
- лётчик ВВС Боб Уайт в июле 1962 года поднялся на 96 км, получив первые в истории «крылья астронавта», выданные пилоту крылатого аппарата;
- лётчик NASA Джо Уокер в августе 1963 года забрался на 108 км — рекорд высоты для крылатых летательных аппаратов, который не побит до сих пор, и один из всего двух полётов X-15, пересёкших линию Кармана;
- лётчик ВВС Пит Найт в октябре 1967 года разогнал X-15 до М6,7 — рекорд скорости для пилотируемого самолёта, который держится до сих пор.
Всего 13 полётов X-15 пересекли отметку в 80 км — порог космоса по меркам NASA. Восемь пилотов получили «крылья астронавта», в их числе — лётчик-испытатель NASA по имени Нил Армстронг, который к полётам на X-15 перешёл ещё до отбора в отряд астронавтов и участия в лунной программе «Аполлон».
Теодор фон Карман не дожил до полёта Уокера, пересёкшего названную его именем линию: он умер за десять недель до этого, в мае 1963 года.
На фоне впечатляющих полётов X-15, в сентябре 1965 года директор Центра космических полётов имени Маршалла Вернер фон Браун опубликовал материал с прогнозом наступающей эры космопланов: многоразовые носители, больше похожие на самолёты, чем на ракеты, будут выводить на орбиту людей и грузы. Впрочем, фон Браун тут же оговаривался: такие аппараты, возможно, не будут взлетать со взлётной полосы, а станут стартовать вертикально на ракете-носителе.
Кладбище космопланов
В обращении «О положении страны» 1986 года президент Рональд Рейган анонсировал новый «Восточный экспресс» — космоплан, способный выходить на низкую опорную орбиту и долетать из Вашингтона до Токио за два часа. Гиперзвуковой аппарат Rockwell X-30, который должен был воплотить эту идею, планировали оснастить прямоточным гиперзвуковым двигателем, забирающим кислород прямо из воздуха, а не из бортового бака. Построен он так и не был.
Собственную программу космоплана вела Великобритания — проект HOTOL (горизонтальные взлёт и посадка), который не продвинулся дальше чертежей. В Западной Германии разрабатывали Sänger II, названный в честь Ойгена Зенгера, чьи наработки 1930-х годов вдохновили целое направление; проект закрыли ещё до начала производства.
Ближе всего к успеху среди крылатых аппаратов подобралась британская компания Reaction Engines, продолжившая дело HOTOL: ей удалось довести до рабочего состояния самую сложную часть гиперзвукового двигателя. Но собрать достаточно средств на постройку самого космоплана компания не смогла.
После провала программы X-30 NASA предприняло новую попытку, наняв Lockheed Martin для постройки X-33 — экспериментального аппарата в рамках программы VentureStar. Он должен был стартовать вертикально на собственных двигателях, а садиться — как самолёт. Программу закрыли в 2001 году.
В 1999 году заметный след в отраслевой прессе оставил калифорнийский стартап Space Access из Палмдейла, основанный инженером Rockwell Стивеном Вурстом, ранее работавшим над закрытой программой X-30.
Материал 1999 года о стартапе Space Access, основанном выходцем из программы X-30
«Главное — частота полётов, вот в чём дело», — говорил тогда Вурст. Пока космический аппарат не летает достаточно часто, он никогда не станет по-настоящему дешёвым. С экономикой он не ошибся, а вот с формой аппарата — да: самолёт, достаточно лёгкий, чтобы хорошо летать, не может нести топлива для выхода на орбиту, а аппарат с достаточным запасом топлива уже перестаёт быть похожим на самолёт. Два десятилетия спустя правоту этих слов доказала SpaceX — многоразовой ракетой, садящейся на хвост.
Шаттлы: наполовину самолёт, наполовину груз
Со временем понятие «космоплан» стало трактоваться шире и вобрало в себя шаттлы — аппараты, которые запускают в космос на спине ракеты, но которые благодаря крыльям способны возвращаться на взлётно-посадочную полосу, а не тонуть в океане или сгорать при спуске, как одноразовые капсулы.
С 1981 по 2011 год американский Space Shuttle совершил 135 полётов, садился на обычную полосу и внешне выглядел как самолёт. Но взлетал он вовсе не по-самолётному: как и предсказывал фон Браун, шаттл поднимался вертикально на одноразовом топливном баке и многоразовых ракетных ускорителях, потому что собственных двигателей ему не хватило бы ни на подъём в космос, ни на набор орбитальной скорости. По сути, это был груз с крыльями и примерно 24 000 хрупких теплозащитных плиток, которые после каждого полёта приходилось вручную проверять одну за другой, — слишком сложная и дорогая в эксплуатации конструкция.
Схожим путём в 1988 году пошёл и советский «Буран»: он тоже стартовал вертикально на ракете-носителе «Энергия» и совершил единственный полностью автоматический орбитальный полёт без экипажа, после чего программу свернули по экономическим причинам, а сама концепция «крылатого груза» на десятилетия осталась почти невостребованной.
Новое поколение шаттлов сделало экономику куда привлекательнее. Компактный беспилотный X-37B, оснащённый более надёжной теплозащитой, похож на уменьшенную копию Space Shuttle: с 2010 года он выполнил семь миссий, а восьмую запустили на ракете Falcon 9 в августе 2025 года. По похожей схеме построен и Dream Chaser от Sierra Space, дебютный полёт которого запланирован на 2026 год.
Космопланы находят свою нишу
Несмотря на десятилетия закрытых программ, настоящие космопланы всё же нашли себе важную нишу: полёты на гиперзвуковой скорости до предельных высот и линии Кармана — но не на орбиту.
Aurora от новозеландско-нидерландской компании Dawn Aerospace — компактный суборбитальный космоплан на ракетном двигателе, который взлетает и садится на обычную взлётно-посадочную полосу: в этом весь смысл проекта. Аппарат летает без экипажа, под дистанционным управлением, — начиная с 2016 года он выполнил уже 64 полёта, порой по два за день. В ноябре 2024 года он стал первым гражданским летательным аппаратом, преодолевшим скорость звука после «Конкорда». На его борту летали исследовательские payload'ы университетов Джонса Хопкинса и Аризоны, а также Королевского флота Новой Зеландии. Следующие версии аппарата рассчитаны на скорость свыше М3,5 и должны пересекать линию Кармана дважды в день.
Как и X-15 почти 70 лет назад, калифорнийский аппарат Talon-A компании Stratolaunch сбрасывают с крыла крупнейшего в мире самолёта-носителя. По похожей схеме суборбитальный аппарат Virgin Galactic сбрасывают с самолёта-носителя, после чего он включает собственный ракетный двигатель и поднимает туристов к границе космоса, а затем садится на взлётную полосу в Нью-Мексико.
WhiteKnightTwo с пристыкованным SpaceShipTwo во время испытания в Мохаве, июль 2010 года
Богатая приграничная зона
Граница космоса нужна не только для туристических полётов. Поскольку удержаться там можно только на многократной скорости звука, космопланы оказываются на переднем крае гиперзвуковых исследований, воспроизводя условия, которые невозможно создать в наземных аэродинамических трубах. Кроме того, на этой высоте уже возникает микрогравитация, важная для целого ряда экспериментов.
Термосфера, где проходит линия Кармана, остаётся одним из наименее изученных слоёв атмосферы — слишком высоко для исследовательских самолётов и слишком низко для спутников, хотя именно от неё зависят климатические модели и безопасность космических аппаратов, проходящих через неё при спуске. И хотя перелёт из Вашингтона в Токио за два часа по-прежнему остаётся мечтой, детальное изучение этой приграничной зоны может однажды дать инженерам знания о гиперзвуке и верхних слоях атмосферы, необходимые для того, чтобы её реализовать.
Именно поэтому многоразовые суборбитальные аппараты вроде Aurora или Talon-A ценят не столько как туристический аттракцион, сколько как летающую лабораторию: каждый повторный полёт даёт данные о поведении материалов, датчиков и обшивки на многократной скорости звука, которые невозможно получить иначе, кроме как реальным полётом через плотные слои атмосферы.
Последний полёт Кроссфилда
19 апреля 2006 года Скотт Кроссфилд поднял в воздух собственный Cessna 210A в городке Праттвилл, штат Алабама, и взял курс домой, в Вирджинию. Ему было 84 года, и он по-прежнему сам летал на встречи, посвящённые популяризации авиакосмического образования. Он погиб над северной частью штата Джорджия, когда самолёт разрушился в грозовом фронте.
Мальчиком едва не умерший от пневмонии, Кроссфилд пережил взрыв ракетного двигателя за спиной на испытательном стенде и посадку, переломившую самолёт пополам. Он летал на одном из самых опасных аппаратов в истории авиации и в своё время был самым быстрым человеком на Земле. А убила его в итоге обычная земная атмосфера — та самая стихия его детских грёз и родная среда для любых крыльев.
Больше семидесяти лет, прошедших с первого полёта X-15, инженеры продолжают пытаться построить аппарат, который совместит физику атмосферного полёта с орбитальной скоростью, — способный взлетать и садиться на обычную полосу и при этом выходить на орбиту Земли. Но существующие двигательные технологии пока не позволяют совместить аэродинамическую подъёмную силу с экстремальными орбитальными скоростями: будь это возможно, мы бы, вероятно, летали на аппаратах совсем иной формы, а не на классических самолётах. В итоге именно X-15 с самого начала верно указал настоящее предназначение космоплана: скользить вдоль приграничной полосы, на самой кромке космоса.
