Техника

Техника

наука

История авиации

оглавление

ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ЛЕГЧЕ ВОЗДУХА

Начало новой эры

Многие историки авиации считают, что эра воздухоплавания началась с экспериментальных полетов братьев Монгольфье (то есть в конце 1700-х гг.). Однако с принципами поднятия в воздух легких летательных аппаратов были знакомы еще в древности. Так, в III в. до н. э. греческий математик Архимед, открывший закон о том, что тело, погруженное в жидкость, теряет в весе ровно столько, сколько весит вытесненная им жидкость, осознал, что данный принцип применим и к газам.

Разработчиком первого официально зарегистрированного проекта летательного аппарата легче воздуха является священник-иезуит Франческо де Лана-Терци. В 1670 г. он представил свою работу на рассмотрение широкой публике. По замыслу автора, первый среди известных аэростатов должен был состоять из деревянной гондолы, выполненной в форме трех-или четырехместной лодки, напоминающей половинку скорлупы грецкого ореха, тросов, четырех медных сфер, из которых выкачан воздух, паруса и ручного весла.

При помощи тросов тонкостенные сферы прикреплялись к лодке-гондоле, затем в ее центральной части устанавливалась мачта с прямоугольным парусом, призванная обеспечить горизонтальное перемещение летательного аппарата. Завершало облик гондолы ручное весло, выполняющее функцию управления.

Проект летательного аппарата Ф. де Лана-Терци

Предполагалось, что сферы, изготовленные из тонкой меди, позволят «летающему кораблю» подняться в воздух. Для этого из четырех шаров откачивался воздух, благодаря чему внутри образовывался вакуум. Монах считал, что это уменьшит вес сфер на вес объема откачанного воздуха, и гондола сможет подняться в воздух.

Идея де Лана-Терци вызвала неподдельный интерес среди современников. Однако многие скептики, работавшие над проектами создания летательных аппаратов тяжелее воздуха, сумели доказать невозможность постройки подобной машины. Они называли замысел талантливого иезуита несбыточной мечтой, но предложить свои проекты, реализуемые на практике, оказалось выше их сил.

И все же замысел де Лана был правильным. Доказательством тому явилась демонстрация в 1654 г. воздушного насоса Отто фон Герике. Но возникли другие проблемы, разрешить которые в те времена оказалось практически невозможно. Одним из основных стал вопрос, как сделать сферы настолько тонкими, чтобы создать преимущество в весе, и одновременно прочными, способными выдержать атмосферное давление.

Тем не менее первый успешный показ воздушного шара, наполненного теплым воздухом, выполнил другой священник-иезуит, Бартоломео Лоренцо де Гусмао. Произошло это знаменательное событие в 1709 г. в присутствии короля Иоанна V Португальского, королевы Марии-Анны, папского нунция, кардинала Конти, принцев крови и многочисленной придворной знати.

Проект «воздушного корабля» Л. де Гусмао

В модели де Гусмао удачно соединялись черты орнитоптера и баллонета, носящего название «Пассарола». Этот летательный аппарат представлял собой небольшую бумажную оболочку, заполненную нагретым воздухом, полученным при сгорании горючего материала, содержавшегося в глиняном горшке, который располагался в деревянном поддоне, подвешенном снизу.

Очевидцы свидетельствовали, что шар быстро набрал высоту, но в целях противопожарной безопасности слуги уничтожили его. Несмотря на то что имеются документы, подтверждающие реальность полета самого монаха на большом воздушном шаре, этот факт все же требует проверки.

Огромное значение для развития идеи летательных аппаратов легче воздуха имело открытие англичанина Генри Кавендиша — в 1766 г. ему удалось получить «горючий воздух» («флогистон»), известный н настоящее время как водород.

Благодаря этому открытию стал возможен управляемый полет, однако братья Монгольфье, которых многие историки авиации считают родоначальниками эры воздухоплавания, использовали в своих экспериментах воздух, нагреваемый в момент сжигания твердого топлива. Если говорить точнее, движущей силой был дым, попадавший в оболочку из небольшой жаровни. Совсем немного времени понадобилось для того, чтобы в небо поднялся аэростат, наполненный водородом.

Имена Этьена и Жозефа Монгольфье известны практически всем любителям аэронавтики. В 1783 г. им удалось изготовить воздушный шар, способный поднять в воздух взрослого человека. Этому предшествовала многомесячная работа. Так, первая модель наполненного теплым воздухом шара представляла собой шелковый мешок. Свидетелями этого полета были лишь сами изобретатели, а местом его проведения в ноябре 1782 г. — меблированные комнаты в Авиньоне (Франция).

Уже через пять месяцев состоялась демонстрация полета воздушного шара, грузоподъемность которого была около 205 кг. Поднявшись на высоту 305 м, этот летательный аппарат пролетел 915 м и опустился на землю. Диаметр шара составлял 12 м, в качестве топлива использовался газ, полученный при сжигании кусков бумаги, дерева, соломы под горловиной оболочки.

Обыватели Аннона истолковывали происходящее по-своему. Они говорили, что сыновья владельца бумажной фабрики Жозеф и Этьен знаются с нечистой силой. Именно она будто бы помогает им запускать в небо круглое огненное чудовище и самим летать на нем. Слухи, в общем-то, не сильно преувеличивали действительность, только речь должна была бы идти не о вмешательстве дьявола в дела земные, а о дьявольской смелости и изобретательности братьев, которые осмелились пойти против законов природы, которая оставила человеку только землю, не дав ему крылья…

Но время было такое, что подобным фантастическим слухам верили очень легко, а обвинение в сговоре с потусторонними силами могло обернуться, мягко говоря, крупными неприятностями для всей семьи Монгольфье, сколь бы уважаемой она ни была. И семейный совет постановил произвести демонстрацию летательных аппаратов, благо опыты начали удаваться.

4 (по другим сведениям, 5) июня 1783 г. весь Аннон собрался на рыночной площади, где братья Монгольфье поднимали в воздух свой шар, сделанный из полотна и бумаги. Пролетев 1,6 км на высоте 1830 м, летательный аппарат опустился на землю. Этот полет вызвал огромный интерес и бурю восторгов у наблюдавших за ним людей, которые тут же забыли о страшных обвинениях.

Поначалу, кстати, вид монгольфьера разочаровал горожан. Он представлял собой огромный бесформенный мешок, сшитый из холста и обклеенный бумагой. Он был подвешен выше трехэтажных домов, но никто не верил, что это может подняться в воздух. В лучшем случае, говорили обыватели, мешок полетит вниз. И только когда все прошло успешно, зрители сменили, что называется, гнев на милость.

Это был один из первых удачных опытов. До этого оболочка самого шара была настолько непрочной, что сгорала в воздухе при подъеме. Именно поэтому Этьен и Жозеф долго не решались отправиться в воздушный полет сами. Они поступали более благоразумно, чем многие их последователи в дальнейшем, которые неоправданно рисковали собственной жизнью, испытывая на себе новые модели и изобретения. Чего стоят только истории шведа Андре и француза Бланшара, которые были настоящими фанатами идеи и оба погибли в воздухе. О них будет подробнее рассказано ниже.

Сейчас же хочется описать, как именно происходил первый, а значит, исторический запуск воздушного шара в небо.

У братьев Монгольфье были и помощники — несколько посвященных в тайны аэронавтики сторонников полетов в воздушном пространстве. Они тоже участвовали в эксперименте — в основном держали веревки, крепившиеся внизу мешка-«шара» за кольцо, опоясывавшее отверстие. Сами же братья неторопливо, уверенные в успехе начинания, развели под мешком огонь. Когда он разгорелся, Жозеф и Этьен начали подбрасывать в него шерсть и мокрую солому, и коптящий дым пошел в отверстие, которое стягивало металлическое кольцо. В скобках заметим, что мокрая солома использовалась не случайно. Братья сами не могли объяснить, зачем жгли именно мокрую солому, — они интуитивно чувствовали, что так будет лучше. А объяснение этому нашлось сравнительно недавно. Если оболочку наполнять не просто нагретым, но и увлажненным воздухом, то при той же температуре и подъемной силе значительно уменьшается объем аэростата. А поскольку соорудить гигантский шар (какие производятся сейчас) у братьев не было возможности, то такая хитрость очень помогала.

Оболочка стала надуваться и вскоре действительно приобрела форму шара, оправдывая свое название. Летательный аппарат стал рваться вверх, и помощники прикладывали немало усилий, чтобы сдержать его за веревки. Наконец, братья посчитали, что теплого воздуха внутри достаточно, и Этьен скомандовал отпускать шар. Прообраз аэростата стремительно взлетел. Это действительно было грандиозно. До сих пор еще ни одно изделие, произведенное руками человека, так хорошо не летало (если не считать нескольких прежних попыток, по большей части неудачных, начиная с мифического Икара), и эксперимент произвел ошеломляющее впечатление на горожан.

Некоторое время шар парил в воздухе, за 10 мин. поднявшись на двухкилометровую высоту, насколько можно было судить с земли. После этого он приземлился недалеко от места запуска, отнесенный в сторону слабым ветром. Это был триумф изобретателей и официальное начало новой эры — эры запусков летательных аппаратов в воздух.

Свидетелей было более чем достаточно, и братья Монгольфье решили запротоколировать полет. Они составили отчет, скрепленный подписями и нотариально заверенный, и отправили его в Академию наук в Париж. Это, кстати, еще одна подробность, рисующая братьев с положительной стороны — как трезвых и предусмотрительных людей. Ведь именно благодаря официальному заявлению их имена вошли в историю и сейчас известны во всем мире.

Монгольфье и их ученики стали своеобразными предшественниками также для испытателей космической техники, которые посылали на испытания первых космических кораблей в пространство животных — собак, обезьян… Вероятно, идею позаимствовали у французских изобретателей, потому что первыми живыми существами, совершившими полет на тринадцатиметровом монгольфьере, были овца, утка и петух. При этом событии, состоявшемся 19 сентября 1783 г., присутствовали королевская чета (Людовик XVI и Мария-Антуанетта) и их приближенные. За 8 мин. шар пролетел на высоте 520 м около 3 км, при этом полет практически никак не повлиял на состояние аэронавтов.

Через некоторое время после благополучного возвращения на землю первых путешественников на воздушном шаре состоялся новый полет. На этот раз в небо поднялся монгольфьер с людьми, которых звали Франсуа Пилатр де Розье и маркиз д'Арланд. Несмотря на совсем маленькую продолжительность полета — около 25 мин., именно они стали первыми в мировой истории аэронавтами.

Примечательно, что на их месте могли оказаться два преступника, которым король обещал свободу за добровольное согласие на полет, но резкий протест де Розье вынудил Людовика отказаться от этой идеи. Известно, что первым человеком, испытавшим воздушный шар в действии, был все-таки де Розье. Но он просто поднялся в воздух на привязанном аэростате. А вместе с маркизом они отправились в первый свободный полет.

Полет первых в мире аэронавтов

Первый аэронавт провел на высоте 26 м около 4,5 мин. При этом воздух, благодаря которому шар удерживался в воздухе, нагревался в результате сгорания соломы в приспособлении, расположенном под горловиной оболочки летательного аппарата.

Пилатру ко времени первых полетов было 27 лет. Его немного задевало то, что его опередили овца, петух и утка, но все же и он вошел в историю как первый в мире пилот летательного аппарата легче воздуха. Он быстро овладел техникой спуска и подъема, так как был связан с землей прочным канатом. Но ему хотелось свободного полета. Долгое время он не получал позволения короля, которого сдерживали естественные опасения — практики полетов еще не было никакой. То боялись, что на большой высоте человек задохнется от недостатка воздуха, то— что его сердце разорвется, как первый шар Шарля.

Но все же полет разрешили, и 21 ноября 1783 г. Розье с маркизом отправились в свободное путешествие. Аэростат представлял собой шар с небольшой корзиной. Правда, на рисунках тех времен она изображена несколько иначе. Корзина эта была настолько тесной, что аэронавты едва помещались в ней, а поддерживать огонь и тем более регулировать высоту полета им почти не представлялось возможным. Шар прогорел в нескольких местах. И тем не менее полет для того времени был вполне удачным, если учесть еще и успешное приземление.

Воздушный шар, на котором отправлялся а полет Розье, на рисунке XVIII в.

Несмотря на то что существовала опасность возгорания от подвешенного непосредственно под тканью «костра», желающих полетать находилось довольно много. Это обстоятельство не охладило пыла энтузиастов, поднимавшихся в небо на изобретениях братьев Мон-гольфье.Создание воздушного шара получило достойную оценку не только среди любителей воздушной стихии. За выдающиеся достижения в области воздухоплавания Людовик XVI наградил Этьена и Жозефа Монгольфье орденом Святого Михаила. В истории мирового авиастроительства это была первая подобная награда, означавшая признание заслуг многих экспериментаторов.

Не все протекало так успешно, как хотелось бы. Например, известно, что в то время как братья Монгольфье уже были готовы продемонстрировать революционное изобретение Академии наук в Париже, произошел следующий инцидент. Академия непонятно почему начала проводить сбор пожертвований на имя Жака-Александра Сезара Шарля. Ученый в то время вел разработку аэростата, движущей силой для которого являлся не нагретый воздух, а водород, а оболочка его состояла из шелка, пропитанного раствором каучука, и для приобретения материалов и сырья ему были нужны спонсоры. Дело в том, что водород был эффективнее. Хотя Шарль использовал изобретение Монгольфье и лишь дополнил его, средства (10 000 франков) все равно поступили ему, а не первым разработчикам.

К слову сказать, современные аэростаты используют и нагретый воздух. Дело в том, что топливные баки, горелки и ткани, которыми оснащены аэростаты в наше время, являются очень прочными и позволяют выдерживать большие температуры. Тогда же, в конце XVIII в., общественное мнение активно высказывалось за использование горючего водорода, игнорируя доводы сторонников братьев-изобретателей, указывавших на его опасные свойства.

Происходили и другие, более серьезные неприятности. Несколько человек погибло при испытании самых первых аэростатов. Причиной тому было вот что.

Полеты человека в воздухе были в то время экзотической новинкой, и многими, естественно, рассматривались как новый вид развлечения. К примеру, в 1785 г. погиб экипаж, пролетая над Ла-Маншем, причина — по небрежности пилотов загорелось топливо; одна из первых женщин, поднявшихся в воздух (ею оказалась мадам Бланшар, вдова Жана-Пьера Бланшара, о котором будет сказано несколько слов ниже), стала запускать шутихи, устроив иллюминацию с аэростата. Загорелся водород, и развлечение окончилось трагически. Это произошло в 1819 г.

Стоит все-таки остановиться на разработке Шарля. Несмотря на то что он опередил братьев Монгольфье в плане предприимчивости, ученым он был и в самом деле незаурядным, и его предложения стали достаточно сенсационными для того времени.

Первый демонстрационный полет летательного аппарата нового типа произошел 27 августа того же 1783 г. (то есть чуть более чем через два с половиной месяца после первого демонстрационного запуска Монгольфье). Предполагалось, что аэростат, обладавший новыми, улучшенными качествами, пробудет в воздухе более двадцати дней. Поэтому событие было обставлено весьма помпезно — например, старту предшествовал сигнальный выстрел из пушки, а в специально пришитый карман положили записку с датой, точным временем взлета и просьбой вернуть шар в Париж.

Однако шар аэростата лопнул в воздухе через 15 мин. после старта и упал в пригороде, на окраине села Гоннес. Курьезная деталь: крестьяне посчитали обрывки шара чудовищем, привязали их к хвосту лошади и протащили через все село в назидание ведьмам и прочим нечистым существам, которые могли водиться там. Впрочем, здесь нет ничего удивительного и смешного. Людям свойственно объяснять все непонятное и неизвестное привычным, чтобы было спокойнее. А в то время вера в нечистую силу была настолько же привычной, как летающие тарелки в наше время. И сейчас за инопланетные летающие тарелки принимается все подряд, потому что снизу непонятно, метеозонд это или на самом деле пришельцы.

Справедливости ради добавим, что следующие полеты аэростатов, построенных по принципам Шарля, проходили более удачно, и, естественно, местными жителями воспринимались уже как должное, а не как потусторонняя сила.

В XIX столетии полеты на аэростатах приобрели невиданный размах. Те, кому это было доступно по средствам, летали ради развлечения и острых ощущений. Появился новый вид спорта — воздухоплавание, и рекорды ставились один за другим. Наконец, аэростаты использовались учеными для самых разных наблюдений и исследований.

С 1860 г. новый вид транспорта активно применялся военными, что было связано с началом Гражданской войны в Америке. Кстати, это повлияло на развитие воздухоплавания, так как было сделано три серьезных открытия, основанных на использовании воздушной техники, — авиапочта, мобильные установки по производству водорода и «баржи» для транспортировки аэростатов.

Первое говорит само за себя. В 1861 г. военные впервые передали телеграфное сообщение с аэростата на Землю. Это заставило пересмотреть традиционные каналы передачи почтовых сообщений. Впоследствии способ связи «воздух — земля» широко использовался вплоть до изобретения более совершенных средств коммуникации.

Постоянное применение аэростатов заставило искать более удобные способы их заправки, чем использовавшиеся до этого. Результатом поисков стало второе открытие, связанное с воздухотехникой, а именно — изобретение подвижной установки по производству водорода, который был основным топливом для летательных аппаратов тех лет. В основу процесса химической выработки водорода был положен принцип взаимодействия железа и разбавленной серной кислоты. Известь добавлялась для очистки газа от примесей. Установка позволяла сравнительно быстро заправлять аэростаты, что повышало мобильность военных операций. Позже эти установки стали использовать и в гражданской авиации.

Наконец, третье нововведение нельзя назвать изобретением, но все же оно значительно облегчило задачи воздухоплавателей. Речь идет о применении угольной баржи, которая позволяла перевозить и буксировать аэростаты, как готовые, так и поврежденные. Иными словами, на службу авиации пришли другие транспортные средства, и начался процесс интеграции средств передвижения. В дальнейшем, кстати, это новшество подсказало идею создания и использования авианосцев.

Аэростаты не раз выручали военных. Так, в период с 1870 по 1871 г. они сослужили неплохую службу парижанам, защищавшим свой город от нашествия прусских войск. Осажденные на скорую руку сооружали летательные аппараты, которые оказались необычайно удобным средством транспортировки людей, срочных сообщений, припасов и оружия. Но одно порождает другое. Со своей стороны, прусские военные именно в эту кампанию начали применять зенитные орудия, которые специально предназначались для таких воздушных мишеней.

К 90-м гг. военные аэростаты по количеству, похоже, превзошли все остальные.

Аэростат британских вооруженных сил

А период с 1895 по 1914 г. был справедливо назван золотым веком воздухоплавания. Разработки и применение аэростатов и дирижаблей достигали в то время невиданного доселе размаха. (К слову, в последнее время интерес к этим видам воздушного транспорта снова повышается.)

Нужно сказать, почему аэростаты сменились дирижаблями. Дело в том, что главной неприятной особенностью первых является их фактическая неуправляемость. Аэростаты полностью подчинялись воле воздушных масс, и пилоты могли только регулировать высоту полета, поддерживая в горелке огонь разной силы. Для новоизобретенного транспортного приспособления это, конечно, было простительно, но немного досадно, потому что моряки, например, научились ходить на своих судах с парусами даже против ветра. «Чем же мы хуже?» — подумали разработчики.

Изобретение было простым, как все гениальное. Достаточно было использовать рули и винты для регулирования струй воздуха, и аппараты стали управляемыми. Разумеется, поначалу управление было примитивным и громоздким. Но вспомним, что все начинается с малого. Строились даже подобия воздушных кораблей. В качестве примера можно привести летательный аппарат (уже не аэростат, но еще и не дирижабль) «Орнен», который в 1897 г. соорудил шведский инженер и ученый Соломон Август Андре. Общая площадь парусов на этом «корабле» составляла 78,5 м2.

Собственно дирижабли не имели сферической формы, как их предшественники, и размерами намного превосходили их. Естественно, они были и дороже воздушных шаров. Они только еще начали разрабатываться в начале XX в., и поначалу предпочтение отдавалось аэростатам. Отчасти это можно объяснить силой привычки, отчасти тем, что дирижабли нередко терпели аварии, хотя и обладали лучшей маневренностью и управляемостью.

Тем не менее к 1915 г. положение вещей сложилось таким образом. Дирижабли стали считаться наиболее удобным и безопасным средством воздушной транспортировки как людей, так и грузов. Кроме того, они активно использовались военными и благодаря массе преимуществ перед примитивными воздушными шарами успешно применялись в боевых действиях. На то время они действительно были самым мощным и грозным оружием, которое когда-либо существовало на Земле.

Как это ни парадоксально, но популярность аэростатов не снижалась. Возможно, это объяснялось чисто спортивным интересом: они достигали поистине огромных размеров и скоростей, перелетали через Атлантику и до сих пор используются для кругосветных путешествий.

И естественно, что им не уступают дирижабли. В наше время, а конкретнее — в 90-х гг. XX столетия, две крупнейшие корпорации — британская «Airship Industries» и американская «Vestinghouse Electric Corporation» — начали производство новых моделей гражданских дирижаблей. Получилось так, что провозвестники авиации сосуществуют со своими отдаленными потомками — современнейшими моделями, речь о которых пойдет в следующих главах. А ниже будет рассказано о наиболее интересных фактах и достижениях в аэростато- и дирижаблестроении.





Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-