Наша сеть партнеров Banwar
Такого не робили у нас давно - майже чверть століття. В СРСР за станом атмосфери стежив цілий авіазагін, що базувався в Шереметьєво. Потім з відомих причин стало не до літаючих лабораторій. Прийшов час, і з'ясувалося, що вони все-таки потрібні. І ось він - первісток нового покоління. Свіжопофарбовані, наїжачений сенсорами літак, який візьме на борт найсучаснішу на сьогодні апаратуру для вивчення газової оболонки планети.
«А чому новий літак - не нова?» - ось перше питання, на який хотілося дізнатися відповідь, як тільки ми переступили поріг цеху Експериментального машинобудівного заводу ім. Мясищева в місті Жуковському. Перед нами Як-42Д - одна з найбільш вдалих конструкцій радянського авіапрому, і все ж уже порівняно давно знята з виробництва модель. Як з'ясувалося, Як став для авіаконструкторів і метеорологів справжньою знахідкою. «Це самий останній Як-42 з тих, що коли-небудь були випущені, - каже головний конструктор і керівник проекту Геннадій Бєляєв, - його призначили в листопаді 2002 року. Він жодного разу не працював на комерційних лініях, так як був спочатку зроблений в VIP-виконанні. Будучи представницьким літаком, Як налітав всього 1500 годин при стартовому ресурсі в 20 000 і зробив близько 500 посадок. Тобто нам під переобладнання в лабораторію Росгідромету була куплена практично нова машина, і це при тому, що справжній новий літак зараз придбати вкрай складно - у всіх виробників портфель замовлень розписаний на роки вперед. Крім того, це дуже дорого ».
Як-42Д виявився до речі ще й тому, що має кормове розташування двигунів, а сучасні лайнери, як відомо, носять мотори під крилами. Це більш виправдано з точки зору комерційної експлуатації, а ось для наукового літака крило краще тримати чистим. По-перше, звільняється місце для розміщення великої кількості так званих каністр, тобто тих хто має форму циліндра з наконечником блоків наукового обладнання (уловлювачі часток плюс сенсори). По-друге, сама наявність двигуна на крилі призвело б до того, що сенсорам довелося б працювати в сильно возмущенном потоці, що напевно позначилося б на коректності отриманих наукових даних.
ТТХ Як-42Д
Злітна маса 57 500 кг
Двигун: Д-36
Тяга злітна, кгс: 3х6500
Кількість пасажирів: 90-126
Крейсерська швидкість: 750 км / год
Висота польоту: 9600 м
Комерційне навантаження: максимальна - 13 500 кг, нормальна - 10 500 кг
Дальність польоту: при максимальному комерційному навантаженні - 1960 км, при нормальній комерційної навантаженні - 2790 км
Довжина ЗПС: 2200 м
У минулому VIP- борт, тепер Як-42Д сяє нової лівреях «Росгідромету». Літак виведений зі складу цивільної авіації і переведений в експериментальну, в зв'язку з чим йому присвоєно новий бортовий номер.
Ну і звичайно, у внутрішніх інтер'єрах літаючої лабораторії залишилося дещо від колишньої VIP-розкоші, наприклад частина крісел і розмежовують салон арки, облицьовані полірованим деревом. «Якби нам дістався літак з іншим минулим, звичайно ж, салон виглядав би набагато скромніше, - зауважує Геннадій Бєляєв, - а так - чому б не використовувати елементи старого багатого інтер'єру?»
Викликати дощ Пристрій активного впливу на хмари конструктивно схоже з пристроєм для відстрілу протиракетних теплових пасток. В даному випадку за командою оператора хмари можна обстрілювати патронами з йодистим сріблом.
мінімум втручання
Здавалося б, Як-42Д - машина серійна, перевірена. Поставити на неї апаратуру замість крісел і столиків - і в політ. Що може бути простіше? Але простота ця удавана: переобладнання VIP-борта в унікальну лабораторію по дослідженню атмосфери стало дуже нелегким завданням для авіабудівників заводу ім. Мясищева. Щоб заміряти параметри повітряного середовища, потрібно якомога більше сенсорів винести назовні. Для «каністр» знадобилося доповнити консолі крила шістьма пілонами, кожен з яких здатний утримувати до трьох дослідницьких блоків. Але і цього мало. Весь фюзеляж буквально обліплений різного роду виступаючими елементами, частина яких вкрита в неробочому положенні склопластиковими обтекателями. Наприклад, у верхній і нижній частинах фюзеляжу вирізані (зрозуміло, відсутні у серійного літака) ілюмінатори з кварцовими стеклами. Вони потрібні для замірів прозорості атмосфери за допомогою лазерного приладу - лидара. Цей вельми громіздкий апарат знаходиться всередині салону, але світити променем через ідеально прозоре скло він повинен то вгору, то вниз.
Уловлювачі сніжинок «Каністри» з двома штангами-наконечниками служать для визначення розміру часток в атмосфері. В одній з штанг знаходиться джерело лазерного випромінювання, в іншій - приймальний пристрій.
Лабораторія несе на собі майже півтори сотні різних приладів і вузлів наукового призначення (загальною вагою близько 7 т), однак ніхто не відміняв і візуального спостереження за атмосферою. В обов'язки одного з операторів лабораторії входить якраз зоровий контроль з занесенням даних в спеціальний журнал. А чи багато можна візуально проконтролювати через звичайний ілюмінатор?
Щоб оператор міг подивитися не тільки убік, а й вгору і вниз, по обох бортах зроблені так звані блістери, тобто виступають назовні півсфери з прозорого оргскла. У блістер можна просунути голову і переконатися в тому, наскільки розширився огляд. При уявній простоті виготовити блістери виявилося справою непростою. Була потрібна спеціальне оснащення для видавлювання "бульбашки" з нагрітого листа, і дуже важливо було домогтися однакової товщини блістери по всій його площі. Успіх прийшов не відразу - сім зразків довелося вибракувати.
Під блістери, ілюмінатори для лидара, сенсорні пристрої в обшивці фюзеляжу Як-42Д довелося вирізати спеціальні технологічні отвори. А фюзеляж в польоті, як відомо, наддувається для забезпечення всередині атмосферного тиску, близького до звичного для людини. Накачується повітря постійно працює на розрив фюзеляжу. Чи не погіршать чи нові отвори міцності обшивки?
Питання важливий, адже, як відомо, драматичну долю першого в історії реактивного пасажирського літака De Havilland Comet визначила неправильно розрахована форма ілюмінаторів - літак буквально розривало зсередини. Інженерам заводу ім. Мясищева треба було проявити крайню обережність при втручанні в конструкцію літака. Кожне знову зроблене технологічний отвір посилювалося спеціальної накладкою, зміцнює краю.
Голка для атмосфери Штанга з обладнанням для збору базової термодинамічної інформації зазвичай встановлюється на носі випробувальних літаків. У літаючої лабораторії таких комплексів два - для порівняння параметрів.
Інша серйозна проблема для авіабудівників полягала в тому, що обладнання апаратно-програмних комплексів для літаючої лабораторії не було спеціально сконструйовано під експлуатацію на борту літального апарату. Тобто його необхідно було захистити від вібрацій і встановити на амортизатори. А головне, вся ця техніка повинна живитися від побутової електромережі з напругою 220 В. Однак на борту Як-42Д така мережа відсутня - є лише змінний струм з напругою 115 В і постійний з напругою 27 В. Довелося «влазити» в електросистему лайнера і будувати під потреби науки спеціальну енергетичну установку, яка складається з восьми перетворювачів по 2 кВт.
Робочі місця операторів теж довелося конструювати заново. Сидіння від колишнього салону не годилися, тому що оператору потрібна велика свобода дій, а значить, крісло повинно обертатися. Стандартних пасажирських крісел з поворотом просто не існує. У нових кріслах з'явилися ремені безпеки з кріпленням до чотирьох точках, як у льотчиків-випробувачів або автогонщиків. Крім усього іншого, ці сидіння повинні були відповідати і стандартам авіаційної безпеки, тобто не руйнуватися під час жорсткої посадки і витримувати перевантаження до 6 одиниць. На випробуваннях в ЦАГІ зразки крісел довелося зламати, щоб з'ясувати межі їх міцності і підтвердити, що потрібні параметри перевантаження вони тримають.
Робота променя Дослідження прозорості атмосфери і знаходяться в ній частинок побудовано здебільшого на лазерних технологіях. На багатьох елементах обладнання - попередження про те, що з лазером треба поводитися обережно.
«Головне завдання, яке стояло перед нами, - говорить Геннадій Бєляєв, - це якомога менше втручатися в конструкцію серійного літака. Внеси ми принципові зміни, і довелося б виконати колосальний обсяг льотних випробувань - адже це був би вже фактично інший літальний апарат. А так нам вдалося звести льотні випробування до мінімуму, і ці тестові польоти підтвердили, що ніяких відхилень від штатних характеристик в Як-42Д не виявлено. Машина буде експлуатуватися відповідно до штатного керівництвом ».
Між землею і космосом
І все-таки навіщо метеорологам знадобився літак? Адже є ж супутники! Дійсно, в даний час в Росії збір даних про атмосферу проводиться за допомогою стаціонарних наземних станцій і космічних апаратів. Перевага літака перед наземною станцією очевидно - це мобільність. Супутник теж літає, але літає лише по заданій орбіті, дуже швидко і дуже високо. Супутник не може бути примушений покружляти в потрібний час над якимось конкретним ділянкою Землі, а крім того, на відміну від літака, він заміряє параметри атмосфери, перебуваючи не всередині неї, а за її межами. До того ж дані, отримані з супутника, вимагають валідації, тобто перевірки, виявлення втрат і спотворень інформації. Перевірка даних супутника за допомогою літака дозволяє розрахувати коефіцієнти поправок, які потім можна вводити в інформацію, надіслану з орбіти.
Підвісне озброєння Крило Як-42 «Росгідромету» обладнано шістьма пілонами для кріплення наукового обладнання (по три пілона на кожній консолі). Кожен пілон, в свою чергу, має вузли для припасування до трьох «каністр».
Дані з сенсорів отримують і обробляють встановлені на борту сім апаратно-програмних комплексів (АПК), об'єднаних загальною мережею і підключених до центрального серверу. Перший комплекс збирає базові дані про термодинамічних параметрах атмосфери (температура, вологість, тиск, напрямок вітру) та розсилає їх по іншим комплексам - ці дані потрібні всім. А ось АПК-5 зайнятий вивченням мікрофізики хмар і аерозолів. Він приймає дані сенсорів, які інформують про те, якого розміру частки присутні в атмосфері і яке їхнє фазовий стан - рідке або кристалічна.
Цікаво, що в розпорядженні цього комплексу знаходяться кошти активного впливу на хмари. Обробляючи їх рідким азотом через спеціальне сопло або обстрілюючи піропатронами з йодистим сріблом (спеціальна установка розміщена в нижній частині фюзеляжу), оператор може домогтися випадання опадів (в просторіччі це називається «розгін хмар»).
Робота над переобладнанням літака велася фахівцями Експериментального машинобудівного заводу ім. В.М. Мясищева під науковим супроводом вчених з Центральної аерологічної обсерваторії «Росгідромету».
Детектори частинок, встановлені на літаючої лабораторії, влаштовані так: джерело лазерного променя світить в фоточутливий сенсор. Захоплена приладом частка проходить крізь промінь, і сенсор фіксує зміну параметрів світіння. На підставі цих даних програма обчислює розмір часток. Установкою наукового обладнання на літак займалися фахівці з Центральної аерологічної обсерваторії «Росгідромету» в Долгопрудном. Як розповів нам Андрій Ілюхін, заступник начальника льотного центру ЦАО, при конструюванні «каністр» доводилося вирішувати деякі складні питання науково-інженерного характеру. Наприклад, в прікрильевих каністрах знаходяться прилади, які мають наконечники, і при зустрічі з частинками ці наконечники можуть дробити їх або іншим чином спотворювати інформацію про їх параметрах або концентрації. Щоб запобігти цьому, наконечники довелося вдосконалити, і це виконали російські вчені, що працюють в зарубіжних наукових центрах. Найбільш вдале рішення запропонував Олексій Корольов з Канади. Він провів величезну роботу, експериментуючи над різними конфігураціями наконечників. Його конструкція була визнана у всьому світі.
Обладнання, встановлене на крилі, дозволяє не тільки вимірювати параметри частинок, розпорошених в атмосфері, а й фотографувати їх в реальному часі (два фото в нижньому куті).
Досить цікаво влаштований АПК-4, в завдання якого входить виявлення слідів радіоактивного забруднення атмосфери. Працюючий тут прилад «Вега» включає в себе шлюзову камеру. Оператор зсередини салону вставляє в пристрій матерчатий фільтр, який після закриття клапана обдувається забортним повітрям. Потім зворотне шлюзування - і фільтр можна діставати з приладу і поміщати в аналізатор альфа-частинок. Втім, немає. Спочатку його потрібно ... пропрасувати! Так-так, пропрасувати праскою, щоб прим'яти розпатлане повітрям ворсинки. Праска встановлений тут же, на робочому місці оператора, причому здивування викликає не стільки присутність цього не зовсім лабораторного пристосування, скільки дуже «вінтажний» його фасон - праски такого типу продавалися в СРСР років 30 назад.
Однак вид праски не повинен вводити в оману: на борту літака встановлено найсучасніше на сьогоднішній день обладнання. Частина його виготовлена в Росії фахівцями ЦАО, частина імпортована з США, Швейцарії та інших країн. Можливості лабораторії по істині великі: вона може вести збір даних для створення математичних моделей кліматичних процесів, дослідити забруднення атмосфери, в тому числі радіацією, частинками сажі або вулканічного попелу (хто пам'ятає, у що обійшлося європейської комерційної авіації виверження вулкана в Ісландії, розуміє, як це важливо). Крім того, з літака можна проводити зйомки земної поверхні в різних спектральних діапазонах, вести радіолокацію.
Лабораторія може використовуватися як для систематичних досліджень, так і строкових вимірювань, наприклад під час природних і антропогенних катаклізмів. Причому не виключено, що новий літак метеорологів буде працювати не тільки в Росії - він повністю відповідає всім нормативам ІКАО і придатний до експлуатації по всьому світу. А оскільки такої техніки в світі не так багато, справи для крилатого інституту напевно знайдуться в будь-якій точці земної кулі.
Стаття «Крилатий інститут погоди» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2014 ).
«А чому новий літак - не нова?«Якби нам дістався літак з іншим минулим, звичайно ж, салон виглядав би набагато скромніше, - зауважує Геннадій Бєляєв, - а так - чому б не використовувати елементи старого багатого інтер'єру?
Що може бути простіше?
А чи багато можна візуально проконтролювати через звичайний ілюмінатор?
Чи не погіршать чи нові отвори міцності обшивки?