Вертикальная посадка

Вертикальная посадка — это метод приземления летательного аппарата, при котором снижение и касание поверхности происходит по траектории, близкой к вертикальной, с нулевой или минимальной горизонтальной скоростью. Данный способ посадки характерен для воздушных судов вертикального взлёта и посадки (СВВП), вертолётов, мультикоптеров, а также некоторых типов ракет и космических аппаратов. Вертикальная посадка позволяет эксплуатировать летательные аппараты без использования взлётно-посадочных полос, на ограниченных площадках, палубах кораблей или в условиях пересечённой местности.

История развития

Ранние эксперименты

Первые практические попытки создания аппаратов, способных к вертикальной посадке, относятся к началу XX века. В 1907 году французский изобретатель Поль Корню построил первый вертолёт, который смог оторваться от земли и зависнуть, продемонстрировав принципиальную возможность вертикального взлёта и посадки. Однако из-за несовершенства конструкции и отсутствия устойчивости управляемый полёт был невозможен. В 1920-х — 1930-х годах разработки вертолётов велись в СССР, США и Германии. Первым серийным вертолётом, принятым на вооружение, стал немецкий Focke-Achgelis Fa 223 (1939 год), который мог выполнять вертикальную посадку.

Эра реактивных СВВП

С началом реактивной эры возникла потребность в самолётах, способных базироваться на небольших аэродромах и палубах кораблей. В 1950-х годах в Великобритании, Франции и СССР начались активные разработки самолётов вертикального взлёта и посадки. Первым успешным проектом стал британский Hawker Siddeley Harrier (первый полёт в 1967 году), который использовал поворотные сопла для изменения вектора тяги. Harrier стал основой для палубной авиации и применялся в боевых действиях (Фолклендская война, 1982 год). В СССР был создан Як-38 (1971 год) — палубный штурмовик вертикального взлёта и посадки, базировавшийся на авианесущих крейсерах проекта 1143. Позднее, в 1987 году, появился более совершенный Як-141, который, однако, не был запущен в серийное производство.

Современные разработки

В XXI веке интерес к вертикальной посадке возродился в связи с развитием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и многоразовых ракет-носителей. В 2015 году компания SpaceX впервые успешно посадила первую ступень ракеты Falcon 9 на посадочную площадку, используя реактивное торможение и опоры. Это стало прорывом в многоразовом использовании ракет. В авиации появились проекты электрических СВВП (eVTOL) — компактных воздушных такси, разрабатываемых компаниями Joby Aviation, Lilium, Volocopter и другими. В России ведутся работы над конвертопланами и БПЛА с вертикальным взлётом и посадкой, в том числе в рамках проекта «Ласточка» и других инициатив.

Классификация способов вертикальной посадки

По типу движителя

• Винтокрылые аппараты — вертолёты, автожиры, конвертопланы. Вертикальная посадка обеспечивается за счёт подъёмной силы несущего винта. Вертолёты могут выполнять посадку на неподготовленные площадки, но требуют управления шагом винта и стабилизации.
• Реактивные СВВП — самолёты с изменяемым вектором тяги (поворотные сопла, подъёмные двигатели). Примеры: Harrier, Як-38, F-35B (с укороченным взлётом и вертикальной посадкой, STOVL). Посадка требует точного управления тягой и стабилизации с помощью автоматических систем.
• Ракетные аппараты — многоразовые ракеты-носители, космические корабли. Посадка осуществляется за счёт реактивной тяги двигателей, работающих в режиме торможения. Примеры: Falcon 9, New Shepard, Starship. Для посадки используются опоры, выпускаемые перед касанием.
• Электрические мультикоптеры — БПЛА и аэротакси с несколькими винтами. Вертикальная посадка является штатным режимом, управление осуществляется изменением оборотов каждого винта.

По степени автоматизации

• Ручная посадка — пилот управляет аппаратом вручную, оценивая высоту, скорость и положение. Требует высокой квалификации. Характерна для вертолётов и ранних СВВП.
• Автоматическая посадка — процесс управляется бортовым компьютером с использованием датчиков (GPS, лазерные альтиметры, инерциальные системы). Используется в современных БПЛА, ракетах-носителях и перспективных eVTOL.
• Дистанционная посадка — оператор управляет аппаратом с земли или с другого летательного средства. Применяется для военных и гражданских БПЛА.

Технические особенности и сложности

Управляемость и стабилизация

Вертикальная посадка предъявляет высокие требования к системам управления. В отличие от горизонтальной посадки, где подъёмная сила создаётся крылом, при вертикальном снижении аппарат должен компенсировать гравитацию за счёт тяги двигателей. Это требует точного регулирования мощности и, в случае реактивных самолётов, управления вектором тяги. Для стабилизации используются автопилоты, системы автоматического управления (САУ) и, в некоторых случаях, гиростабилизированные платформы.

Аэродинамические эффекты

При вертикальной посадке возникают специфические аэродинамические явления:

• Эффект «воздушной подушки» (ground effect) — увеличение подъёмной силы при приближении к земле. Для вертолётов это упрощает посадку, но для реактивных СВВП может вызывать нестабильность.
• Рециркуляция горячих газов — для реактивных аппаратов (например, Harrier, Як-38) струя выхлопных газов, отражаясь от земли, может попадать в воздухозаборники, вызывая помпаж двигателя или потерю тяги. Для борьбы с этим применяются специальные экраны и системы управления.
• Флаттер и вибрации — при малых высотах возможны резонансные колебания конструкции, особенно у вертолётов с длинными лопастями.

Посадочная площадка

Для вертикальной посадки требуется ровная, твёрдая поверхность, способная выдержать тепловое и динамическое воздействие. Для вертолётов это может быть грунт, бетон или палуба корабля. Для реактивных СВВП площадка должна быть термостойкой (например, стальные плиты на палубе авианосца). Ракетные аппараты садятся на специальные бетонные площадки или плавучие платформы (баржи). Для БПЛА часто используются портативные стартовые площадки.

Применение

Военная авиация

Вертикальная посадка позволяет базировать самолёты на малых авианосцах, десантных кораблях и импровизированных площадках. Основные типы военных СВВП:

• Hawker Siddeley Harrier (Великобритания) — применялся в британских ВВС и ВМС, а также в ВВС США (AV-8B Harrier II). Участвовал в Фолклендской войне, войне в Персидском заливе (1991).
• Як-38 (СССР) — палубный штурмовик, базировался на авианесущих крейсерах «Киев», «Минск», «Новороссийск», «Адмирал Горшков». Имел ограниченные боевые возможности из-за малой грузоподъёмности.
• F-35B Lightning II (США) — истребитель пятого поколения с укороченным взлётом и вертикальной посадкой (STOVL). Принят на вооружение в 2015 году, базируется на универсальных десантных кораблях и авианосцах с трамплином.
• Вертолёты — составляют основу армейской авиации. В России это Ми-8, Ми-24, Ка-52, Ми-28 и другие.

Гражданская авиация

Вертикальная посадка используется в основном в малой авиации и перспективных проектах:

• Вертолётные перевозки — пассажирские и грузовые перевозки в труднодоступные районы, медицинская эвакуация, патрулирование.
• Электрические воздушные такси (eVTOL) — разрабатываются для городской мобильности. Компании Joby Aviation, Lilium, Volocopter и другие планируют запуск коммерческих рейсов в 2025–2030 годах.
• Беспилотные летательные аппараты — используются для доставки грузов, мониторинга, сельского хозяйства. Примеры: DJI Matrice, «Геоскан 201».

Космонавтика

Многоразовые ракеты-носители выполняют вертикальную посадку для повторного использования первой ступени, что снижает стоимость запусков. Первая ступень Falcon 9 (SpaceX) после отделения включает двигатели для торможения, выпускает опоры и садится на посадочную площадку или плавучую баржу. Аналогичную технологию применяет Blue Origin (ракета New Shepard) и разрабатывает SpaceX для Starship. В России ведутся работы над многоразовой ракетой «Амур-СПГ» с вертикальной посадкой (проект РКК «Энергия»).

Интересные факты

• Первая в мире посадка реактивного самолёта вертикальным способом была выполнена 2 декабря 1958 года на французском экспериментальном самолёте SNECMA C.450 Coléoptère, который, однако, разбился при последующих испытаниях.
• Самолёт Harrier мог выполнять «висение» на месте, что позволяло ему вести огонь из неподвижных точек или зависать над целью для разведки.
• Для посадки Як-38 на палубу корабля требовалось включать специальные газоотбойные щиты, чтобы избежать повреждения палубы и попадания газов в двигатель.
• Ракета Falcon 9 выполняет посадку с точностью до нескольких метров, используя систему GPS и лазерные дальномеры.
• В 2021 году китайская компания EHang провела первые пассажирские полёты беспилотного аэротакси EH216 с вертикальной посадкой в Китае.

Критика и ограничения

Вертикальная посадка имеет ряд недостатков по сравнению с горизонтальной:

• Высокий расход топлива — для создания вертикальной тяги требуется значительно больше энергии, чем для горизонтального полёта. У реактивных СВВП расход топлива на взлёт и посадку может быть в 2–3 раза выше, чем у обычных самолётов.
• Ограниченная грузоподъёмность — из-за необходимости нести подъёмные двигатели или поворотные механизмы, СВВП имеют меньшую полезную нагрузку по сравнению с самолётами аналогичного класса.
• Сложность управления — вертикальная посадка требует высокой квалификации пилота или надёжной автоматики. Ошибки могут привести к аварии (например, потеря управления при «висении»).
• Шум и тепловое воздействие — реактивные струи и винты создают значительный шум, а горячие газы могут повреждать покрытие посадочных площадок.

Несмотря на эти ограничения, развитие технологий автоматизации и электрических двигателей делает вертикальную посадку перспективным направлением для городской авиации и космонавтики.

Источники

• «История авиации: от первых полётов до реактивных самолётов», под ред. А. Н. Пономарёва, 2005.
• «Самолёты вертикального взлёта и посадки: конструкция и эксплуатация», В. И. Блинов, 1987.
• «Falcon 9: руководство по эксплуатации», SpaceX, 2020.
• «Развитие беспилотных авиационных систем в России», журнал «Авиация и космонавтика», № 3, 2023.
• «Технологии eVTOL и городская мобильность», отчёт McKinsey & Company, 2022.
• «Як-38: история создания и боевого применения», М. А. Левин, 2010.