НАИБОЛЕЕ актуальной проблемой современной авиации является проблема скорости полета. К увеличению скорости можно итти различными путями: путем улучшения аэродинамических форм самолета, повышения мощности моторной установки, уменьшения веса самолета и мотора и, наконец, уменьшения лобового сопротивления. Но все эти методы дают очень мало по сравнению с возможностями, открываемыми перспективой скоростных полетов за счет параметра ρ, т. е. плотности воздуха. Суть этой проблемы очень проста: скорость увеличивается с уменьшением плотности воздуха, так как с уменьшением плотности воздуха уменьшается сопротивление. А так как уменьшение плотности воздуха достигается с увеличением высоты, то мы приходим к выводу о необходимости для увеличения скорости летать возможно выше. Отсюда проблема создания сверхвысотного самолета — стратоплана, который бы летал в стратосфере, как обыкновенный самолет, подчиняясь направляющей воле пилота.

Для иллюстрации особых выгод полета в стратосфере достаточно указать, что на высоте, например, 20 км, где плотность воздуха равна 0,0078, т. е. в 16 раз меньше, чем плотность воздуха над землей, для самолета весом до 1000 кг для создания скорости в 200 м/сек нужен мотор в 400 л. с., тогда как для создания этой же скорости на небольшой высоте над землей нужна мощность в 6400 л. с., т е. нужно увеличить мощность мотора в 16 раз сравнительно с мощностью, нужной для полета на высоте 20 км. Моторы такой большой мощности из-за большого веса самолетов применять невозможно. Отсюда и начинаются трудности разрешения задачи сверхвысотных полетов.

Первое препятствие для достижения больших высот встречается в том, что мощность обыкновенного двигателя с увеличением высоты уменьшается от уменьшения плотности воздуха. Нормальный невысотный мотор может сберечь свою мощность в среднем до высоты 6 — 8 км. Применение сжимающих воздух нагнетателей (компрессоров) отодвигает границу высоты до 9-10 км. Усовершенствованные турбокомпрессоры — до 12 — 13 км. Новейшие работы в этой области, проводимые за границей, предполагают сохранение мощности мотора до высоты 15 — 16 км. Это сравнительно небольшие пределы высоты, но наша цель — завоевать гораздо более высокие. Эти высоты — только первые ступени в высоту, первые шаги на пути полного овладения стратосферой.

Что же ставит предел повышению мощности мотора? Применяя нагнетатели, мы усиливаем мощность мотора, но вместе с тем увеличивается и мощность нагнетателя, а значит, и его вес. На некоторой высоте мощность всех трех агрегатов мотора: мотора, нагнетателя и двигателя, приводящего в движение нагнетатель, становится одинаковою. Значит, общий вес моторной группы увеличивается втрое и недопустимо высок для самолета. Помимо веса большим дефектом нагнетателей (турбокомпрессоров) является их небольшой коэфициент полезного действия: 0,5 — 0,6. При этом расходуемая на движение нагнетателя мощность увеличивается скорее, чем получаемая от нагнетателя полезная мощность. Это приводит к постепенной нейтрализации полезного действия нагнетателя, и сводит в конце концов на нет мощность основного мотора (работающего на винт). Приведенное выше препятствие в работе нормального мотора с нагнетателем внутренне непреодолимо, и поэтому авиатехническая мысль обратилась к применению на самолетах других видов двигателей, в частности — паровых турбин. Применение их дает возможность увеличить высоту полета, так как турбина приводится в движение паром, работающим по замкнутому циклу без выхода в атмосферу. Воздух же используется только для горения топлива в котле, его плотности не потребует увеличения веса установки, как это имеет место с бензиновыми двигателями. Чтобы сохранить мощность паровых турбин на больших высотах, нужно только увеличить скорость подачи воздуха в топку, что сравнительно легко осуществимо. Полученные теоретические данные показывают, что применение паровых турбин дает возможность увеличить высоту полета до 18 — 20 км.

Как видим, применение компрессоров с бензиновым мотором и паровых турбин для разрешения проблемы высотных полетов ограничено определенными пределами, сравнительно небольшими. Чтобы достигнуть больших высот, приходится обращаться к другому методу, а именно: устраивать на самолете реактивный двигатель. Крупнейшим, особенным преимуществом реактивного двигателя является то, что в отличие от бензиновых и паровых установок мощность его от уменьшения плотности воздуха не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. Это замечательное свойство реактивного двигателя объясняется тем, что нужный для горения кислород воздуха находится здесь в самом топливе двигателя (а не берется из воздуха) и противодавление выходным газам с увеличением высоты уменьшается. Поэтому реактивный двигатель должен дать наибольший эффект в безвоздушном пространстве (а значит и является единственным двигателем, вполне подходящим для межпланетных сообщений).

Вместе с тем практическое применение реактивного двигателя встречает также ряд препятствий. Одно из них заключается в том, что для получения нужного коэфициента полезного действия у реактивного двигателя необходимы такие высокие температуры горения, каких не могут выдержать материалы современных камер сгорания. Другое препятствие в том, что скорость газа, выходящего из двигателя, слишком велика сравнительно со скоростью двигателя современного самолета. Как мы видим, отсутствие соответствующих термостойких материалов является препятствием для создания высоких температур. Авиационная техника еще не достигла скоростей, нужных для работы реактивного двигателя. Все это в целом приводит к мысли о применении реактивного двигателя не в нормальном виде (ракеты), а в комбинации его с другими, что вполне удовлетворяет запросам авиации, стремящейся осуществить полеты в стратосфере, а не в межпланетном пространстве.

Для стратосферных полетов применять реактивный двигатель в виде ракеты нет нужды, и полезно поэтому кислород воздуха брать весь или частично, из воздуха. Такая форма работы реактивного двигателя значительно облегчает самолет, так как вес горючего от этого уменьшается втрое сравнительно с двигателем, работающим на «чистом» реактивном принципе. Наилучшая на наш взгляд и вполне осуществимая форма стратосферного самолета дается схемою — самолет, винт и реактивный аппарат как тяговая установка на самолете.

Для иллюстрации создаваемых возможностей такого стратосферного самолета — стратоплана — приведем такой пример. На самолете типа планера весом в 300 кг на высоте 20 км нужна будет для полета со скоростью 300 км/час мощность в 25 л. с. При этом вес двигателя (реактивного аппарата на винте) будет около 25 — 30 кг, что является идеальным для такой небольшой мощности.

Аппарат именно такого типа с реактивным двигателем и пилотом, снабженным специальным скафандром для поглощения кислорода (это проще, чем создавать специальную кабину), представляется нам как прообраз самолета для регулярных сверхскоростных полетов в стратосфере.

Борьба за скорость — это борьба за высоту. Задача освоения больших воздушных высот — стратосферы -уже не фантастическая мечта. Мы бесспорно стоим на пороге практического осуществления этой вполне реальной и насущной проблемы.