Сверхзвуковой высотный малозаметный фотоаппарат: Lockheed SR-71 Blackbird и его родственники

Рекомендации для ЛЛ: не читать, минусовать.
Рекомендации для Хабра: какие-то глупости от нейросети, не читать, минусовать.

Предисловие

До того, как я начал писать эту статью, я думал что Lockheed SR-71 был отдельным, уникальным проектом. Я ошибался, все было не так.

Начало
Начало проекта Lockheed SR-71 было сложным, и начинать его историю надо с .. Junkers Ju.86P, а точнее с высотного разведчик Ju.86P-2. С его максимальной высотой полета в 12.000 метров, до 1943 года он был недосягаем ни для зенитной артиллерии, ни для серийных истребителей.
К середине 50-х ЦРУ понадобился такой же, только лучше и другой, и Келли Джонсон (Clarence Leonard «Kelly» Johnson) из Lockheed Skunk Works блестяще справился с задачей, построив Lockheed U-2. Его поздний вариант – ER-2 – до сих пор работает в интересах NASA — ER-2 Earth Resources

От U-2 к А-12
ЦРУ изначально хотели улучшить дозвуковой высотный U-2, успешно летавший с 1955 , а с 1956 по 1960 привозивший снимки территории СССР, но сделать его менее заметным для радаров, и начали проект Радуга (Project RAINBOW)
Сначала U-2 обклеили радио поглощающим покрытием (проект Wallpaper), затем облепили проводами на пластиковых шестах — проект Трапеция (Trapeze), и добавили еще проводов в ходе проекта Провода (Wires).

Все вместе эти мероприятия стоили U-2 потери 5000 футов (1500 метров) максимальной высоты, 20% дальности, зато добавили перегрева двигателей. Результатом стала потеря 4 апреля 1957 опытного экземпляра U2 ‘Article 341’, вместе с пилотом Robert Sieker.

Технологии не стояли на месте, и проект Абзац Статья или Ангел (‘Article’ or the ‘Angel’) постепенно развивался.
Новому проекту дали название Архангел, так появился проект U-3, он же А-1, первый из вариантов развития.

За ним последовали А-2,3,4, вплоть до А-12. ЦРУ запросила проекты у Lockheed и Convair, Convair представила проект Kingfish,  Lockheed — А-12.
Выбор победителя основывался не только на самом проекте, но еще и на личностях конструкторов, и на репутации фирмы.
Lockheed сконструировала и произвела U-2 в сроки контракта, с соблюдением секретности и в пределах бюджета.
Convair незадолго до того вышла за пределы бюджета по бомбардировщику B-58, и не имела готового секретного R&D подразделения, такого как Lockheed Skunk Works.

28 августа 1959 года конструктору Кларенс «Келли» Джонсон сообщили, что Lockheed А-12 выиграл в конкурсе.
26 января 1960 ЦРУ официально заказали 12 самолетов Lockheed A-12. Всего было построено 18 одноместных A-12, из которых:
12 A-12,
1 двухместный учебно-тренировочный Титановый гусь,
2 носителя дронов M-21,
3 прототипа перехватчика YF-12A.
Самолет получился весьма неплохой, а после замены двигателей на Pratt & Whitney J58 достиг потолка 85,000 футов (26,000 метров) и скорости в 3.2 – 3.2 скорости звука (4075 км\ч), что позволяло ему уходить, при полетах над Северным Вьетнамом, от ракет С-75. Над СССР его решили не запускать.
Кроме надежды на скорость и высоту, самолет укомплектовали и средствами РЭБ (electronic countermeasures equipment).
Полезная нагрузка включала в себя один из трех типов фотокамер:
Type I System by Perkin-Elmer Corporation,
Type II System by Eastman-Kodak Co,
Type III System by Hycon Corporation.,
при этом камеры от Perkin-Elmer Corporation включал в себя две камеры, смонтированные на стабилизированной платформе.

Военные: North American XB-70 Valkyrie нам не нравится, дайте другое

В январе 1954 года Боинг заказал RAND Corporation (ах, эти старые имена, скучаю по ним) исследование на тему «бомбардировщика следующего поколения, но не заатмосферного MX-2145». По итогам проработки было решено, что следующий бомбардировщик должен обязательно быть сверхзвуковым.

Hidden text

Есть несколько пониманий  термина «сверхзвуковой». Самолет может быть «сверхзвуковой на форсаже, но не долго», или «сверхзвук как нормальный \ крейсерский режим». К самолетам 5 поколения добавляют требования «сверхзвук как нормальный режим без использования форсажной камеры \ afterburner».
Форсажная камера – это просто (нет). Это впрыск топлива за турбиной, с разогревом газового потока на выходе. Это значительно повышает тягу, но превращает турбореактивный самолет в реактивный (Ramjet), но при этом резко растет расход топлива.

ВВС США ознакомились с докладом, и заказали НИОКР «Weapon System 110A» — бомбардировщик с радиусом действия как у B-52, и скоростью в 2 скорости звука, как Convair B-58 Hustler. В июле 1955 года ВВС США заказали проработку двух прототипов – один у Боинг, другой у North American Aviation. Тогда это еще были две разные фирмы.
В марте 1957 по результатам прочих работ и испытаний требования были доработаны, теперь от бомбардировщика хотели три скорости звука. 18 сентября 1957 требования уточнили еще раз:
Крейсерская скорость 3.. 3.2 скорости звука
Высота полета 70,000–75,000 футов (21,000–23,000 метров),
Дальность до 10,500 миль (16,900 км ),
Взлетный вес не более 490,000 фунтов (220,000 кг).

23 января 1957 North American Aviation признали победителем в конкурсе, и 24 января 1958 был подписан контракт на «фазу 1», но ..
Оказалось, что новое топливо, Zip-fuel (high energy fuel (HEF)), на основе добавок бороводородов, не только дорогое, причем дорогое даже для богатых военных, но и после сгорания превращается  в 1) токсичный 2) абразив. С соответствующим падением наработки двигателя до замены, и проблем с техническим обслуживанием.

Было решено, что теперь высота в 20 километров не является защитой от ракет, поэтому прорыв ПВО будет на малой высоте. На 1959 год таковой считалась высота в 600 метров (2000 футов).
Оказалось, что B-70 на этой высоте не может даже выйти на сверхзвук, с пределом 0.95 скорости звука, чуть быстрее B-52.

Оказалось что новая программа будет очень, очень дорогой. Даже для США.
Переход бомбардировщика среднего радиуса действия от Boeing B-47 Stratojet  к Convair B-58 Hustler показал, что разработка и эксплуатация B-58 стоят в три раза дороже, чем B-52, вместе с ростом размеров и потреблением топлива.

В декабре 1959 программу XB-70 Valkyrie официально сократили до одного прототипа. Последовали 5 лет торга за то, сколько денег еще потратить на уже закрытый проект, построить еще 11 YB-70 или нет. Программу меняли уже в политических причинах, за нее торговались в конгрессе. В итоге построили два. Первый из них взлетел 21 сентября 1964 и летал вплоть до перегона в музей 4 февраля 1969 (National Museum of the United States Air Force, Wright-Patterson Air Force Base), второй разбился 8 июня 1966.
Будущее было за ракетами – они были дешевле, быстрее, находились в готовности 24*7.

На сцене снова появляется Кертис Ле Мей (Curtis Emerson LeMay)
Человек большой души, организатор массовых бомбардировок Японии – потери Японии от них не посчитаны, оценочно от 240 до 900 тысяч убитыми, от 200 тысяч до 1 миллиона ранеными, 8.5 миллионов остались бездомными. Организатор минирования портов Японии – операция «Голодание» (Operation Starvation), оставившая Японию почти без снабжения.

Hidden text

Организатор операции «Дом собраний» (Operation Meetinghouse) – сжигание Токио 9-10 марта 1945. Бомбардировка Хиросимы и Нагасаки привела к большим разовым потерям, но совокупные потери Японии от традиционной воздушной войны были в 2-3 раза выше. Организатор воздушного лифта по время блокады Берлины, организатор перестройки ВВС США.

Он запросил, вместо отменяемой программы XB-70 Valkyrie – проработать бомбардировочный и разведывательный варианты A-12. Бомбардировочный вариант в итоге отменили,  стратегический разведчик (strategic reconnaissance) R-12, ставший SR-71, остался.

SR-71 — уникальный во всем

Самолет получился действительно уникальный.
Чуть длиннее А-12 (32.74 метров против 30.96 метров – прежде всего за счет второй кабины, А-12 был одноместным, кроме 1 учебного самолета), чуть тяжелее (78,018 кг и 53,070 кг).
Нес чуть больше топлива — 12,219.2 US gal (вес не указан, 35,746 кг по пересчету) против 10,590 US gal (30,980 кг). С отменным аппетитом – с дозаправкой через 90 минут полета на крейсерском сверхзвуке в 3.2 маха.

Титан для него пришлось покупать в СССР через подставные фирмы. Форма корпуса (точнее, ЭПР — radar cross-section (RCS) сниженный до 10 квадратных метров, покраска и РЭБ сделали его еще не невидимым, но приблизили к этому. В полеты над СССР его решили не выводить, да и спутники Keyhole KH4 Corona, Keyhole KH-7 Gambit, Keyhole  KH-8 Gambit 3 и затем KH-11 KENNEN, давшие миру зеркало для Hubble Space Telescope – уже пошли в производство и полеты.

Во время полета самолет нагревался до 300-315 градусов, из-за чего наземная сборка производилась с огромными допусками, и все соединения постоянно подтекали. Городская легенда говорит, что из-за этого сразу после взлета самолет приходилось дозаправлять – это не совсем так, но самолет протекал, и взлетал с неполными баками для снижения нагрузки на тормоза, шины, и для возможности сесть при отказе двигателя на взлете.

Уникальными были и двигатели (Pratt & Whitney J58 — JT11D-20J или JT11D-20K), и не только из-за работы системы форсажа. Это не совсем турбореактивный двигатель, или скорее, совсем не турбореактивный, turboramjet. Для гарантированного перезапуска двигателей пришлось применять впрыск триэтилборана (triethylborane (TEB)).
Триетилборан пришлось применять в том числе потому, что топливо JP-7 (Turbine Fuel Low Volatility JP-7) крайне плохо испаряется, плохо загорается, и представляет из себя, в случае SR-71, еще и средство от насекомых (FLIT), хладоагент системы кондиционирования кабины, хладоагент самого планера, хладоагент для отсека шасси. JP-7 — не авиационный керосин, хотя J58 может работать и на обычном авиакеросине тех лет (JP-4 керосин-бензин и JP-5 — керосин с присадками), в случае отсутствия возможности заправиться с специального воздушного танкера, с ограничением максимальной скорости до М 1.5

Hidden text

В созданный в СССР летающий гастроном пришлось для тех же целей заливать спирт  — два бака по 125 литров на охлаждение — 40\60% спирта,  плюс по 20 литров в пилон для ГСН Р-40Т, а их там 4 штуки, плюс отдельное охлаждение РЭБ для РБ варианта, смотря про какой из вариантов речь.  

Управление двигателями было автоматизировано, положение носового конуса регулировалось, гася скорость воздуха в турбине до дозвуковой. Аналоговая система управления положением конуса воздухозаборника (stability augmentation system (SAS)) была к 1980 заменена цифровой (Digital Automatic Flight and Inlet Control System (DAFICS)).

Самолет был снабжен астро-инерциальной навигационной системой (astro-inertial guidance system (ANS) от Nortronics (Northrop Corporation), с бортовой ЭВМ на 56, затем на 61 звезду (на эфемериды, конечно), дававшую точность примерно 1000 футов (300 метров). Систему взяли с ракет SM-62 Snark  и AGM-48 Skybolt  и доработали, получив NAS 14V2.

Сам корпус самолета представлял из себя почти сплошной топливный бак — точнее, 6 групп, 9 баков.

Дадим слово Kelly Johnson —  talks about his greatest creation the SR-71, Uncut interview. | Stock Footage, где он говорит и про топливные баки, и про систему управления двигателями, автоматически отключавшую оба двигателя при отказе одного, и автоматически компенсировавшую крен от отсутствия тяги, и про классическую slide rule при проектировании.

Отдельно надо упомянуть и скафандры полного давления, разработанные специально для программы A-12 / SR-71 – совсем недавно, 28 июля 2021 , умер ветеран испытаний Билл Уивер (Lockheed test pilot Bill Weaver, Dec 6, 1928 — July 28, 2021) , переживший в таком скафандре  25 января 1966 падение c 23.7 км (78,000 футов).
Парни что надо (The Right Stuff)

Его SR-71B развалился в воздухе из-за отказа системы управления на скорости 3.2 скорости звука. Пилота выкинуло из самолета, вместе с креслом, система катапультирования не была активирована. После падения с 23 километров до, примерно, 7..8 пилот пришел в себя, на высоте 4.5 км (15.000 футов) сработала автоматическая парашютная система. Второй член экипажа, специалист по проверке систем навигации Джим Зауэр (Jim Zwayer, a company test navigation and systems specialist) погиб в этом происшествии.

Hidden text

From 1983: Chuck Yeager on «The Right Stuff».
Brigadier General Charles Elwood Yeager (/ˈjeɪɡər/ YAY-gər, February 13, 1923 – December 7, 2020)

Фотооборудование также отличалось от A-12 – могла быть использована обзорная камера Itek’s Operational Objective Cameras, или Itek Optical Bar Camera, плюс отдельная камера HYCON Technical Objective Camera (TEOC).
Первоначально поставленный радар переднего обзора (Side-looking airborne radar (SLAR)) был заменен на Loral’s Advanced Synthetic Aperture Radar System (ASARS-1), оба радара предназначались для радарной картографии местности.

Перехваты

Во время операций в Европе, SR-71 использовался на двух маршрутах – первый, над побережьем Норвегии и Кольским заливом и второй, Балтийский Экспресс.
Балтийский Экспресс предполагал вылет из Англии, полет над Ютландом, датскими проливами, проход по международному коридору до Аландских островов, и проход обратно в Данию над побережьем Швеции. В связи с невозможностью разогнаться до своих 3.2 скорости звука (поскольку при развороте на такой скорости самолет неминуемо залетал в чужое воздушное пространство), SR-71 полз на 2.54 и 22 километрах высоты. В таких условиях, с наземным наведением, он был неоднократно перехвачен МиГ-25, с выходом на высоту 19 км и дистанцией до 3 км.

Hidden text

Говоря про возможность перехвата SR-71 расчетом из 2-4 МиГ-25, нужно понимать, что ранние варианты МиГ-25 шли с наземным наведением – бортовой аппаратурой «Лазурь-М» системы наведения на цель «Воздух-1». Бортовая РЛС первых вариванто РП-25 «Смерч-А» изделие 720, шла с заявленной дальностью обнаружения цели с ЭПР 16 м2 — 100 км.
С учетом того, что ЭПР для разных частот отличается, захват цели с ЭПР 10 м2 не гарантирован на той дальности, когда БЭВМ МиГ успела бы выработать решение на пуск, и за то время, пока ИК ГСН Р-40Т успела бы захватить цель.
При дальности пуска Р-40Т  – 30..50 километров на встречных курсах, и совокупной скорость 2.8 + 3.2 – около 6 махов, или 2 километра в секунду, нет гарантий принятия решения за 30/2 ..50/2 – 15..25 секунд. Работа же линии наземного наведения еще в Вьетнаме подавлялась средствами РЭБ, например подвесными контейнерами QRC-128 на F-105F, поэтому эффективность наземного наведения под вопросом. Отдельно надо рассматривать вопрос, способна ли ИК ГСН Р-40Т вообще захватить SR-71 на такой дальности, и насколько были бы эффективны средства РЭБ SR-71.

Шведы, в свою очередь, тоже не упускали случая попробовать перехватить SR-71 на своих Saab 37 Viggens, разогнавшись до предельных 2.1 маха, и сделав динамическую горку с 18 километров, захватить цель радаром наведения. Согласно мнению ВВС Швеции, при 322 пролетах экспресса с 1977 по 1988 год, в 51 случае захват удался.

29 июня 1987, при одном из таких полетов, один из двигателей SR-71 отказал. Рассекреченные 30 лет спустя данные NSA (National Security Agency) говорят о том, что Миг-25 перехватили поврежденный SR-71, но. К этому времени его уже сопровождали 2 шведских Saab JA 37 Viggens, сорвавшие перехват. Чуть позже их сменили еще 2 Сааба, сопроводившие SR-71 (AF serial number 61-7964, Lt. Cols. Duane Noll and Tom Veltri ) до воздушного пространства Дании. Сам самолет сел в Nordholz, Германия.

Конец эпохи

Первые разговоры о том, что SR-71 пора на пенсию и в музей, начались в 1988 году. В конце 1989 программа была закрыта. Три самолета были выведены из консервации в 1993, в 1997 Билл Клинтон отменил дополнительное финансирование, и в 1998 программа была закрыта окончательно. NASA использовало 2 SR-71 до 1999, когда и их отправили в музей — Dryden Flight Research Center (Armstrong Flight Research Center).
Причины все те же – деньги. Армия хотела получать не стратегические данные спустя 2-3 дня (пока самолет сядет, пленки выгрузят и привезут на проявку), а тактические, в реальном времени. U-2 переоснастили новыми системами связи, SR-71 – нет. ВВС еще с 1983 года начали проработку БПЛА – когда Lockheed выпустила доклад — Проектирование беспилотных самолетов с большой продолжительностью полета, с силовой установкой на солнечных батареях и топливных элементах (Design of Long Endurance Unmanned Airplanes Incorporating Solar and fuel cell propulsion, 1984). Итогом стали БПЛА — Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk и Lockheed Martin RQ-3 DarkStar.

Из 32 построенных самолетов SR-71 потеряно 11, остальные 21 находятся в музеях.
Из 15 серийных A-12 (и всего 18 включая 3 YF-12) – потеряно 6, в музеях и выставках 9, в том числе один в CIA headquarters, Langley, Virginia
Из 3 YF-12 – потерян 1, в музеях — 2.

Источники

Hidden text

https://www.cnet.com/pictures/early-images-of-the-u-2-spy-aircraft-being-tested-at-area-51/9/
https://www.military.com/defensetech/2012/05/31/cia-docs-the-difference-between-the-a-12-and-the-sr-71
https://www.cia.gov/legacy/headquarters/a-12-oxcart/
https://roadrunnersinternationale.com/why_the_a-12.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_SR-71_Blackbird
https://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_A-12#Specifications_(A-12)
https://en.wikipedia.org/wiki/Pratt_%26_Whitney_J58
https://en.wikipedia.org/wiki/Curtis_LeMay
https://ru.wikipedia.org/wiki/Lockheed_SR-71_Blackbird
https://ru.wikipedia.org/wiki/North_American_XB-70_Valkyrie
https://www.airwar.ru/enc/bomber/b70.html
http://www.wvi.com/~sr71webmaster/exec1.html
http://aviadejavu.ru/Site/Crafts/Craft20403.htm
http://www.chuckyeager.org/
https://theaviationgeekclub.com/bailing-out-at-mach-3-the-incredible-story-of-bill-weaver-the-first-pilot-to-eject-from-an-sr-71-blackbird/