Ми розглянули історію невдалих експериментів, проаналізували аеродинамічні проблеми та розглянули теоретичні підходи до стабілізації дископодібного апарата. Тепер залишається головне питання: чи є сучасні технології, які можуть дозволити реалізувати «літаючу тарілку»? Чи зможуть потужні системи управління, штучний інтелект, електрогідродинамічні приводи чи плазмові двигуни забезпечити стабільний політ? У цій статті ми розглянемо найперспективніші інженерні рішення та оцінимо їхню ефективність для створення літального апарата у формі диска.
Сучасні технології, які можуть допомогти
Активна аеродинаміка й електронне керування. У наш час існують високопродуктивні комп’ютерні системи, здатні здійснювати тисячі коригувань на секунду. Це вже використовується в авіації: наприклад, винищувач Lockheed F-117 Nighthawk мав нестійку форму, але його політ стабілізував комп’ютер через електро-дистанційну систему (fly-by-wire) — без неї літак би впав. Аналогічно і диск, який сам по собі нестабільний, може бути стабілізований комп’ютером, що керує двигунами й поверхнями. Сучасні MEMS-гіроскопи, швидкодіючі серводвигуни, системи диференціальної тяги — все це дозволяє в реальному часі «вирівнювати» апарат. По суті, замість природної статичної стабільності ми отримуємо стабільність динамічну, що підтримується автоматикою. Це відкриває двері до польоту неконвенційних (нестандартних) форм. Більше не обов’язково мати хвіст і довге крило — достатньо швидких сенсорів і виконавчих механізмів. Перші ж застосування — це дрони: вже сьогодні квадрокоптери нестійкі, але політ контролюється електронікою, тому вони зависають абсолютно нерухомо. Літак-диск може мати по периметру кілька невеликих вентиляторів або реактивних сопел, і контролер буде постійно підлаштовувати їхню тягу, щоби тримати горизонт.
Плазмові та повітряні акустатори. Як зазначалося, плазмові пристрої (Dielectric Barrier Discharge Actuators — DBD-актуатори) здатні модифікувати обтікання. Сьогодні ця технологія інтенсивно досліджується: є експерименти з плазмовим керуванням обтікання крила, зменшенням турбулентності, відстрочкою зриву потоку тощо. Для диска це особливо цінно — можна на льоту «підсмоктувати» повітря там, де потрібно, і гасити зародки збурень.
Ліва частина (Plasma OFF). Потік відривається від поверхні, утворюючи зону рециркуляції (separation bubble). Це створює додатковий опір і знижує ефективність аеродинамічної поверхні. Права частина (Plasma ON). DBD-актуатор генерує плазмовий струмінь, який притискає потік до поверхні. Це означає зменшення опору, підвищення підйомної сили, контроль турбулентності.
Також перспективні синтетичні струменеві приводи — маленькі динаміки або соленоїди, що випускають пульсуючі струмені повітря. Вони можуть працювати як мініреактивні рулі, не потребуючи багато енергії, й керувати мікровихорами. Уявімо диск, по краю якого через кожні 10 см стоїть крихітний випускний отвір, а під ним камера з мембраною. Контролер постійно регулює, з яких отворів випускати повітря і з якою силою — таким чином, за потреби, на одному боці диска можна створити додаткову тягу або зірвати (навпаки, притлумити) підйомну силу, щоб вирівняти крен. Це дуже гнучка система керування, неможлива в старих механічних апаратах.
Незалежні векторні двигуни. У випадку ADIFO бачимо використання кількох двигунів з можливістю змінювати напрям тяги. Сучасні реактивні двигуни можуть мати поворотні насадки (векторна тяга застосовується на винищувачах для суперманевреності). Якщо диск обладнати, скажімо, трьома-чотирма невеликими турбореактивними двигунами по колу і кожен може відхиляти струмінь, то об’єднаний інтелектуальний контроль зможе створювати будь-які моменти: розвертати апарат, нахиляти його, гасити коливання. Це свого роду аналогія до управління в ракетах (де кілька двигунів надають стійкості), тільки адаптована під атмосферний політ.
Нові матеріали та сенсори. Для ефективності «літаюча тарілка» повинна бути як найлегшою і водночас жорсткою, адже будь-які деформації можуть звести нанівець точність керування. Сучасні композиційні матеріали (вуглепластик, кевлар, титан) дозволяють створити міцний легкий корпус диска. Також важливо розмістити вантаж (двигуни, паливо) близько до центру, щоби зменшити моменти інерції — це теж можливо завдяки компактності сучасних турбін та акумуляторів. Інший аспект — сенсорика: тепер можна отримувати повну картину потоку навколо апарата (через тискові датчики, лідар-сканери атмосфери і т.д.) і відповідно оперативно реагувати. Це робить керування більш «свідомим», а не просто реактивним.
Перспективні технології для майбутніх дисколетів
Заглядаючи наперед, можна виділити кілька напрямів, які в перспективі здатні зробити дископодібні апарати справді ефективними.
Системи штучного інтелекту. В майбутньому AI може оптимізувати керування апаратом у режимі реального часу краще за людину. Автопілот із машинним навчанням міг би враховувати нелінійні ефекти обтікання диска і передбачати їх. Це особливо корисно для апарата, який літає на межі стійкості — AI змогли б не лише реагувати, а й превентивно підлаштовувати елементи керування, тримаючи тарілку «на плаву» навіть у турбулентності чи при виконанні складних маневрів.
Безконтактна тяга (магне-гідродинаміка). Є мрія використовувати MHD не тільки для малих апаратів, а й для великих. Уявімо диск з надпровідними електромагнітами, що іонізують і розганяють повітря навколо — це дасть і левітацію, і тихий політ. Водяний аналог — підводні апарати з магнітогідродинамічним рушієм (згадаємо фантастику: «Червоний Жовтень» з безгвинтовим ходом). У повітрі реалізувати складніше через розрідженість середовища, але з розвитком технологій високої напруги й надпровідників можна припустити появу більших плазмових літальних апаратів.
Електрична авіація та нові джерела енергії. Один із бар’єрів для дисколетів — енергетичний: потрібно багато енергії, щоб весь час ганяти повітря навколо апарата. Проте, якщо з’являться ємні батареї або компактні реакторні установки, це може зробити можливим тривалий політ з активною циркуляцією. Приміром, ядерна енергетична установка могла б живити плазмовий диск безперервно (є навіть історичні концепти ядерних «літаючих тарілок» у США часів Холодної війни — lenticular reentry vehicle (LRV), що мала використовувати ядерний реактор). LRV — це концепція дископодібного космічного апарата, розроблена для повернення в атмосферу з космосу з мінімальним нагріванням і підвищеною стійкістю. Нині розробляються також водневі паливні елементи, що можуть дати багато енергії при малій вазі — потенційно це підходить для живлення електровентиляторів або плазмових схем диска.
Адаптивні структури. Перспективна ідея — зробити диск дещо трансформованим. Наприклад, на малих швидкостях він розкриває додаткові закрилки або змінює кривизну поверхні для стабільності, а на високих ховає все зайве і стає плоским для мінімального опору. Сучасні механізми та «розумні матеріали» (з пам’яттю форми або керовані напругами) можуть дозволити геометрично адаптивну аеродинаміку. Уявіть собі край диска, який може підніматися як кільцева «спідничка» під час зависання (покращуючи повітряну подушку), а при переході в крилатий політ опускається і згладжується. Такі адаптивні конструкції значно розширять діапазон режимів польоту.
Нові принципи польоту (гібрид з РВ і аеродинаміки). У далекому майбутньому, можливо, з’являться принципово інші технології: гравітаційні екрани, інерційні компенсатори тощо, які дозволять дисколетам ігнорувати деякі аеродинамічні обмеження. Але це вже більше зі сфери гіпотез і наукової фантастики. Наразі ж головний тренд — це поєднання традиційних фізичних принципів з високоточною електронікою і новими матеріалами.
Розвиток технологій наближає нас до можливості створення літальних апаратів, здатних працювати за новими принципами аеродинаміки. Комп’ютеризоване управління, плазмові генератори потоків, адаптивні поверхні та безконтактні двигуни можуть зробити дископодібні апарати реальністю. Хоча до практичного впровадження ще далеко, дослідження в цій галузі тривають.
