Что происходит внутри катапультируемого кресла за 0,5 секунды?

Вы находитесь на высоте 25 000 футов. Гидравлика выходит из строя. Ракета разорвала ваше правое крыло. Или, может быть, загорелся двигатель, или отказали органы управления, или вы попали в неблагоприятные погодные условия, из которых не можете выбраться. В такие моменты выживание от трагедии отделяют всего несколько секунд.

Решение о катапультировании обычно принимается в крайнем случае — это решение покинуть летательный аппарат и доверить свою жизнь машине. Но с того момента, как вы потянетесь к этой рукоятке, тщательно спланированная последовательность взрывов, работы ракетных двигателей и механических систем уже начинает отсчет самой важной половины секунды вашей жизни.

Вот что происходит внутри катапультного кресла в течение 0,5 секунды между принятием решения о катапультировании и моментом, когда вы благополучно отделяетесь от своего самолета.

Момент принятия решения

Катапультирование никогда не является первым выбором. В подготовке пилотов делается упор на восстановление: если двигатель отказывает, вы планируете. Если гидравлическая система выходит из строя, вы используете резервные системы. Если самолет горит, вы набираете высоту и ищете место для катапультирования. Катапультное кресло — это конец всех других вариантов, момент, когда оставаться в самолете означает верную смерть.

В истребителях рукоятка катапультирования расположена между ног, рядом с подушкой сиденья. Сильное нажатие на нее — вверх или между ног, в зависимости от типа самолета — запускает цепь пиротехнических и механических событий, которые невозможно остановить или обратить вспять. Отменить невозможно. Как только вы это сделаете, вы подниметесь вверх.

Современная система катапультирования была разработана Мартином-Бейкером, британским инженером, пережившим аварийную посадку на самолете Gloster Meteor в 1946 году и одержимым идеей создания системы, способной спасать жизни пилотов. Его компания совершенствует эту конструкцию уже почти 80 лет, и их системы устанавливаются на истребители от F-16 до Gripen и Typhoon.

T+0: Сброс навеса

Первое и самое важное событие: необходимо сбросить фонарь кабины. Катапультироваться через фонарь невозможно — аэродинамические силы и поток воздуха будут смертельными. Современные самолеты используют один из двух методов:

Взрывное разрушение крон деревьев: Небольшие взрывные заряды вокруг рамы детонируют последовательно, мгновенно сдувая фонарь кабины. Пилот чувствует резкий хлопок и внезапную разгерметизацию кабины.

Martin-Baker Canopy Piercer (MCP): В некоторых современных системах используется ракетный ускоритель, пробивающий фонарь кабины. Вместо того чтобы снести фонарь, ракетный двигатель кресла буквально пробивает его насквозь, унося пилота и кресло. Это быстрее и надежнее в экстремальных положениях (перевернутый полет, штопор), когда сорванный фонарь может ударить пилота.

В любом случае, кабина открыта. Теперь пилот подвержен воздействию любого воздушного потока, который ожидает его снаружи: на уровне моря это невыносимый ветер и шум; на высоте — разреженный воздух и ледяная температура.

T+0.1: Катапульта стреляет

Как только фонарь кабины освобождается, включается основная катапультная система катапультного кресла. Это твердотопливный ракетный двигатель, обычно устанавливаемый под сиденьем, который создает огромную тягу за очень короткий промежуток времени — измеряемый десятыми долями секунды.

Катапульта выталкивает сиденье и пилота вверх по направляющим, встроенным в каркас сиденья кабины. Ускорение невероятное: 12–14G. Для сравнения, обычная длительная перегрузка пилота истребителя составляет 7–8G. Здесь же 12–14G приложены вертикально, через позвоночник, через шею, вдавливая пилота в подушку сиденья. Сжимается каждый позвонок. Каждый орган ощущает нагрузку. Но ускорение достаточно кратковременное, чтобы человеческий организм мог его выдержать — едва-едва.

На этом этапе срабатывают фиксаторы конечностей. Тросы, прикрепленные к рукам и ногам пилота, выпускают взрывные заряды, которые резко дергают конечности внутрь, к телу. Без этих фиксаторов пилот был бы разорван на части потоком воздуха и аэродинамическими силами.

T+0.2–0.3: Ракета-носитель

Когда энергия катапульты начинает иссякать, а сиденье поднимается по направляющим, запускается второй двигатель: маршевый двигатель. Это обеспечивает дополнительный набор высоты, что особенно важно, если самолет находится на малой высоте и скорости недостаточно для аэродинамической устойчивости.

В некоторых современных системах (например, Martin-Baker Mk16) используется ракетный ускоритель катапультирования, при котором само кресло обладает двигательной установкой, что позволяет катапультироваться с нулевой скорости — безопасно с высоты 0 узлов и 0 футов. Это значительно повышает безопасность по сравнению со старыми системами, которые требовали минимальной скорости для безопасного отделения.

T+0.3–0.5: Разделение и развертывание тормозного устройства

К этому моменту сиденье и пилот стремительно поднимаются вверх, набирая значительную инерцию. Порыв ветра очень сильный. Пилот ускоряется, кувыркается, теряет ориентацию.

Когда кресло поднимается и начинает замедляться, раскрывается небольшой тормозной парашют — крошечный парашют, не более 30-60 сантиметров в диаметре, который стабилизирует положение кресла. Это крайне важно. Без стабилизации кресло будет кувыркаться и сильно раскачиваться, что либо приведет к запутыванию основного парашюта, либо подвергнет пилота воздействию сил, которые могут привести к травмам во время раскрытия.

Тормозной парашют также инициирует отделение пилота от кресла. Через несколько секунд после раскрытия тормозного парашюта взрывной болт перерезает ремни, соединяющие пилота с креслом. Кресло отпадает. Пилот, теперь уже без кресла, становится главной заботой.

T+0,5–1,0: Раскрытие основного парашюта

После отделения пилота от кресла механизм определения высоты устанавливает высоту пилота и раскрывает основной парашют. В современных системах, таких как ACES II (Advanced Concept Ejection Seat), этот процесс раскрытия происходит последовательно: тормозной парашют постепенно вытягивает мешок раскрытия основного парашюта из рюкзака, затем основной купол раскрывается, захватывая воздух с мощным толчком (обычно снова 5-7G, но теперь с замедлением, а не ускорением).

Пилот пролетает под куполом парашюта, скорость снижения регулируется конструкцией парашюта. В идеальных условиях скорость снижения составляет 15–18 футов в секунду — жесткая посадка, безусловно, но опытный пилот может ее пережить.

Физические последствия

К моменту полного раскрытия основного парашюта пилот испытал одни из самых разрушительных воздействий в своей жизни. Позвоночник сжался под пиковыми нагрузками в 45–60 кН (примерно эквивалентно вертикальной силе в 10 000–13 000 фунтов). Шея дернулась. Каждый сустав подвергся напряжению. Тело переполнено адреналином.

И все же пилоты катапультируются и остаются невредимыми. Компания Martin-Baker спасла более 7700 жизней с 1946 года. Система ACES II, принятая на вооружение ВВС США в 1989 году и используемая практически во всех современных истребителях, может похвастаться показателем успешности, превышающим 961 случай. Пилоты получают травмы — компрессионные переломы позвоночника, переломы костей, травмы суставов и мышц, — но выживают.

Какие ощущения это вызывает

Пилоты, катапультировавшиеся из самолета, описывают свои ощущения одинаково. Момент, когда вы дергаете за рукоятку, кажется медленным, хотя на самом деле он мгновенный. Раздается оглушительный удар, когда обрывается купол или пробивает его. Затем следует ускорение, которое с огромной силой вдавливает вас назад в кресло. Мир превращается в ветер и шум. Возникает дезориентация — кувыркание, размытое изображение, ощущение одновременного падения и подъема.

Затем резкое замедление, когда раскрывается основной парашют. Разум, который до этого работал в режиме выживания, внезапно приходит в себя. Пилот пролетает под куполом, снижаясь к земле. Сердце колотится. Адреналин угасает. Осознание того, что они живы.

Некоторые катапультирования происходят над океаном. Некоторые — над горами. Некоторые — над населенными пунктами. Некоторых пилотов находят спустя несколько часов; другие выживают несколько дней на враждебной территории до спасения. Но все они обязаны своей жизнью столь точной инженерной разработке и столь надежной пиротехнике, которые позволяют запустить человека сквозь купол парашюта, разогнать его до перегрузки более 12G, последовательно раскрыть несколько парашютов и безопасно доставить на землю — и все это менее чем за две секунды.

Наследие выживания

Когда компания Martin-Baker в 1940-х годах создала первое рабочее катапультное кресло, скептики сомневались, сможет ли человек выжить при воздействии этих сил. Теперь, восемь десятилетий спустя, катапультное кресло стало настолько проверенной технологией, что его отказ считается катастрофической аномалией, а не ожидаемым риском.

Следующее поколение катапультных кресел, включая разрабатываемые преемники ACES II, будет еще более совершенным, используя автоматическое определение высоты, улучшенную ракетную двигательную установку и более интеллектуальные механизмы отделения. Но основной принцип остается неизменным: когда все остальное выходит из строя, катапультное кресло — это последнее слово, последняя страховка между пилотом и смертью.

Оно срабатывает за доли секунды. Оно обеспечивает защиту способами, которые кажутся невозможными. И оно спасло более 7700 жизней.

Источники: компания Martin-Baker Aircraft, техническая документация ВВС США, “Истребитель: Воспоминания первого афроамериканского реактивного аса”, стандарты Аэрокосмической медицинской ассоциации.