Мы рассмотрели историю неудачных экспериментов, проанализировали аэродинамические проблемы и рассмотрели теоретические подходы к стабилизации дискообразного аппарата. Теперь остается главный вопрос: есть ли современные технологии, которые могут позволить реализовать «летающую тарелку»? Смогут ли мощные системы управления, искусственный интеллект, электрогидродинамические приводы или плазменные двигатели обеспечить стабильный полет? В этой статье мы рассмотрим самые перспективные инженерные решения и оценим их эффективность для создания летательного аппарата в форме диска.
Современные технологии, которые могут помочь
Активная аэродинамика и электронное управление. В наше время существуют высокопроизводительные компьютерные системы, способные осуществлять тысячи корректировок в секунду. Это уже используется в авиации: например, истребитель Lockheed F-117 Nighthawk имел неустойчивую форму, но его полет стабилизировал компьютер через электро-дистанционную систему (fly-by-wire) — без нее самолет бы упал. Аналогично и диск, который сам по себе нестабилен, может быть стабилизирован компьютером, управляющим двигателями и поверхностями. Современные MEMS-гироскопы, быстродействующие серводвигатели, системы дифференциальной тяги — все это позволяет в реальном времени «выравнивать» аппарат. По сути, вместо естественной статической стабильности мы получаем стабильность динамическую, поддерживаемую автоматикой. Это открывает двери к полету неконвенциональных (нестандартных) форм. Больше не обязательно иметь хвост и длинное крыло — достаточно быстрых сенсоров и исполнительных механизмов. Первые же применения — это дроны: уже сегодня квадрокоптеры неустойчивы, но полет контролируется электроникой, поэтому они зависают абсолютно неподвижно. Самолет-диск может иметь по периметру несколько небольших вентиляторов или реактивных сопел, и контроллер будет постоянно подстраивать их тягу, чтобы держать горизонт.
Плазменные и воздушные акустаторы. Как отмечалось, плазменные устройства (Dielectric Barrier Discharge Actuators — DBD-актуаторы) способны модифицировать обтекание. Сегодня эта технология интенсивно исследуется: есть эксперименты с плазменным управлением обтекания крыла, уменьшением турбулентности, отсрочкой срыва потока и тому подобное. Для диска это особенно ценно — можно на лету «подсасывать» воздух там, где нужно, и гасить зародыши возмущений.
Левая часть (Plasma OFF). Поток отрывается от поверхности, образуя зону рециркуляции (separation bubble). Это создает дополнительное сопротивление и снижает эффективность аэродинамической поверхности. Правая часть (Plasma ON). DBD-актуатор генерирует плазменную струю, которая прижимает поток к поверхности. Это означает уменьшение сопротивления, повышение подъемной силы, контроль турбулентности.
Также перспективны синтетические струйные приводы — маленькие динамики или соленоиды, выпускающие пульсирующие струи воздуха. Они могут работать как миниреактивные рули, не требуя много энергии, и управлять микровентиляторами. Представим диск, по краю которого через каждые 10 см стоит крошечное выпускное отверстие, а под ним камера с мембраной. Контроллер постоянно регулирует, из каких отверстий выпускать воздух и с какой силой — таким образом, при необходимости, на одной стороне диска можно создать дополнительную тягу или сорвать (наоборот, приглушить) подъемную силу, чтобы выровнять крен. Это очень гибкая система управления, невозможная в старых механических аппаратах.
Независимые векторные двигатели. В случае ADIFO видим использование нескольких двигателей с возможностью изменять направление тяги. Современные реактивные двигатели могут иметь поворотные насадки (векторная тяга применяется на истребителях для суперманевренности). Если диск оборудовать, скажем, тремя-четырьмя небольшими турбореактивными двигателями по кругу и каждый может отклонять струю, то объединенный интеллектуальный контроль сможет создавать любые моменты: разворачивать аппарат, наклонять его, гасить колебания. Это своего рода аналогия к управлению в ракетах (где несколько двигателей придают устойчивость), только адаптированная под атмосферный полет.
Новые материалы и сенсоры. Для эффективности «летающая тарелка» должна быть как можно более легкой и одновременно жесткой, ведь любые деформации могут свести на нет точность управления. Современные композиционные материалы (углепластик, кевлар, титан) позволяют создать прочный легкий корпус диска. Также важно разместить груз (двигатели, топливо) близко к центру, чтобы уменьшить моменты инерции — это тоже возможно благодаря компактности современных турбин и аккумуляторов. Другой аспект — сенсорика: теперь можно получать полную картину потока вокруг аппарата (через датчики давления, лидар-сканеры атмосферы и т.д.) и соответственно оперативно реагировать. Это делает управление более «сознательным», а не просто реактивным.
Перспективные технологии для будущих дисколетов
Заглядывая наперед, можно выделить несколько направлений, которые в перспективе способны сделать дискообразные аппараты действительно эффективными.
Системы искусственного интеллекта. В будущем AI может оптимизировать управление аппаратом в режиме реального времени лучше человека. Автопилот с машинным обучением мог бы учитывать нелинейные эффекты обтекания диска и предвидеть их. Это особенно полезно для аппарата, который летает на грани устойчивости — AI смогли бы не только реагировать, но и превентивно подстраивать элементы управления, держа тарелку «на плаву» даже в турбулентности или при выполнении сложных маневров.
Бесконтактная тяга (магне-гидродинамика). Есть мечта использовать MHD не только для малых аппаратов, но и для больших. Представим диск со сверхпроводящими электромагнитами, ионизирующими и разгоняющими воздух вокруг — это даст и левитацию, и тихий полет. Водяной аналог — подводные аппараты с магнитогидродинамическим движителем (вспомним фантастику: «Красный Октябрь» с безвинтовым ходом). В воздухе реализовать сложнее из-за разреженности среды, но с развитием технологий высокого напряжения и сверхпроводников можно предположить появление более крупных плазменных летательных аппаратов.
Электрическая авиация и новые источники энергии. Один из барьеров для дисколетов — энергетический: нужно много энергии, чтобы все время гонять воздух вокруг аппарата. Однако, если появятся емкие батареи или компактные реакторные установки, это может сделать возможным длительный полет с активной циркуляцией. К примеру, ядерная энергетическая установка могла бы питать плазменный диск непрерывно (есть даже исторические концепты ядерных «летающих тарелок» в США времен Холодной войны — lenticular reentry vehicle (LRV), которая должна была использовать ядерный реактор). LRV — это концепция дискообразного космического аппарата, разработанная для возвращения в атмосферу из космоса с минимальным нагревом и повышенной устойчивостью. В настоящее время разрабатываются также водородные топливные элементы, которые могут дать много энергии при малом весе – потенциально это подходит для питания электровентиляторов или плазменных схем диска.
Адаптивные структуры. Перспективная идея — сделать диск несколько трансформированным. Например, на малых скоростях он раскрывает дополнительные закрылки или меняет кривизну поверхности для стабильности, а на высоких прячет все лишнее и становится плоским для минимального сопротивления. Современные механизмы и «умные материалы» (с памятью формы или управляемые напряжениями) могут позволить геометрически адаптивную аэродинамику. Представьте себе край диска, который может подниматься как кольцевая «юбочка» во время зависания (улучшая воздушную подушку), а при переходе в крылатый полет опускается и сглаживается. Такие адаптивные конструкции значительно расширят диапазон режимов полета.
Новые принципы полета (гибрид из РВ и аэродинамики). В далеком будущем, возможно, появятся принципиально другие технологии: гравитационные экраны, инерционные компенсаторы и т.д., которые позволят дисколетам игнорировать некоторые аэродинамические ограничения. Но это уже больше из области гипотез и научной фантастики. Сейчас же главный тренд – это сочетание традиционных физических принципов с высокоточной электроникой и новыми материалами.
Развитие технологий приближает нас к возможности создания летательных аппаратов, способных работать по новым принципам аэродинамики. Компьютеризированное управление, плазменные генераторы потоков, адаптивные поверхности и бесконтактные двигатели могут сделать дискообразные аппараты реальностью. Хотя до практического внедрения еще далеко, исследования в этой области продолжаются.
