История дирижаблестроения и становление аэростатики как науки
| Примечание | реферат к кандидатскому экзамену по "Истории науки" |
| Загрузить архив: | |
| Файл: ref-25617.zip (2205kb [zip], Скачиваний: 205) скачать |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ
(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
 |
РЕФЕРАТ
к кандидатскому экзамену по «Истории науки» на тему:
«История дирижаблестроения и становление аэростатики как науки»
Аспирант
кафедры коррозии и защиты металлов
Лукьянычев Дмитрий Александрович
Москва апрель 2018 г.
План реферата
1. Введение…………………………………………………………….……3
2. Дирежаблестроение в СССР……………………………………….……7
3. Работы Циалковского………………………………………………..…11
4. История Zeppelin……………………………………………………..…12
5. Аэростаты на службе науки……………………………………………20
6. Современные дирижабли………………………………………………22
7.Перспективы современного развития дирижаблестроения………….25
8. Заключение…………………………………………………………...…26
9. Список литературы……………………………………………..………28
… В мире существует ещё по крайней мере одна страна, где дирижабли могли развиваться и широко с пользой применяться. Это — Советский Союз с его обширной территорией, по большей части равнинной. Здесь, особенно на севере Сибири, огромные расстояния отделяют один населённый пункт от другого. Это осложняет строительство шоссейных и железных дорог. Зато метеорологические условия весьма благоприятны для полётов дирижаблей.
Умберто Нобиле, итальянский конструктор дирижаблей
1.Введение
Дирижа́бль (от фр. dirigeable — управляемый) — летательный аппарат легче воздуха, аэростат с движителем, благодаря которому дирижабль может двигаться независимо от направления воздушных потоков.
С давних времен человечеством владела мысль о свободном полете в воздушном океане, который манил своей безбрежностью и величием. В преданиях многих народов бережно хранятся легенды о дерзких попытках смельчаков подняться над Землей. Для достижения этой цели людям пришлось преодолеть долгий и тернистый путь, полный неудач и свершений.
За 250 лет до нашей эры великий Архимед открыл путь к полетам на воздушных шарах. Но только во второй половине ХVII века удалось создать воздушный шар, пригодный для практического использования. Аппарат легче воздуха, перемещающийся в воздушном океане по воле ветра и воздушных течений, назвали аэростатом. Поддерживается он в воздухе благодаря подъемной силе газа, заключенного в его оболочке.
5 июня 1783 г. во французском городе Виделон-лез-Анноне братья Жозеф Мишель и Жак Этьен Монгольфье демонстрировали полет построенного ими шара. Оболочка объемом около 600 куб. м. покоилась на решетчатой раме, сплетенной из лозы. Рама устанавливалась на подмостки, под которыми был разведен костер из мокрой соломы. Горячий влажный воздух наполнял оболочку. После того, как отпустили удерживающие ее веревки, она устремилась вверх. Полет продолжался всего 10 минут. За это время шар пролетел два с небольшим километра.
Рисунки аэростатических запусков во Франции
Академия наук Франции решила повторить опыт братьев Монгольфье в Париже. Подготовку к нему поручили физику Шарлю. Он использовал для наполнения шара не горячий воздух, а открытый в 1766 г. водород, обладавший малым удельным весом. 27 августа 1783 г. на Марсовом поле Парижа состоялся старт, Шар быстро набрал высоту и скрылся из глаз. Пролетев 24 километра, он упал на землю из-за разрыва оболочки.
В дальнейшем шары, наполняемые горячим воздухом, получили название монгольфьеров, а водородом - шарльеров.
Возможность полета была доказана. Оставалось выяснить, насколько это безопасно для человеческого организма. В то время многие считали, что любое живое существо, поднявшееся под облака, даже на небольшую высоту, непременно задохнется. Поэтому в первое воздушное путешествие на монгольфьере, отправили верных и безотказных друзей человека. 19 сентября 1783 г. со двора Версальского дворца впервые в истории в воздух были подняты живые существа. Эта честь выпала на долю барана, петуха и утки. Они опустились на землю в полном здравии. Затем приступили к тренировочным подъемам людей на привязных аэростатах. И только после основательной подготовки 21 ноября 1783 г. в пригороде Парижа был дан старт монгольфьеру с экипажем, в состав которого входили два человека - Пилатр де Розье и д'Арланд.
Шло время, аэростаты совершенствовались, позволяя совершать все более сложные перелеты. В начале января 1785 г. француз Бланшар и англичанин Джеффрис на шарльере перелетели из Дувра в Кале. Покорив пролив Па-де-Кале за 2,5 часа, они первыми проделали воздушное путешествие между островной Англией и континентальной Европой.
Русский посол во Франции князь Барятинский регулярно сообщал императрице Екатерине II об успехах воздухоплавания. К ним он прилагал собственноручные зарисовки увиденного. Однако императрица к этому делу интереса не проявила. Она даже не разрешила Бланшару приехать в 1786 г. в Россию для демонстрационных полетов. Екатерина II просила передать ему, что "...здесь не занимаются сею или другою подобною аэроманиею, да и всякие опыты оной яко бесплодные и ненужные у нас совершенно затруднены". Такой взгляд царской особы на воздухоплавание привел к тому, что россияне впервые увидели полет на воздушном шаре только в следующем столетии.
20 июня 1803 г. в Петербурге в присутствии императорской фамилии Александра I и большого стечения зрителей состоялся показательный полет француза Ж. Гарнерена. В сентябре того же года воздушный шар поднялся и в Московское небо.
С развитием науки и техники аэростаты стали привлекать для решения широкого круга задач. Они использовались в военном деле, применялись для изучения атмосферы, проведения метеорологических, физических, астрономических наблюдений.
Но все же аэростаты не отвечали главной цели воздухоплавания - служить средством сообщения они не могли. Для этого необходим был управляемый аэростат, или дирижабль. Попытки управления полетом аэростата с помощью весел, парусов, как это было с кораблями на морских просторах, успеха не принесли. Стало очевидным, что для управляемого полета аэростат необходимо снабдить движителем иного рода.
Впервые это удалось сделать французскому инженеру Анри Жиффару. 24 сентября 1852 г. поднялся в воздух его дирижабль. Он имел объем 2500 куб. м., был оснащен паровым двигателем мощностью 3 л. с. и развивал скорость около 10 км/ч. Паровые машины тех лет имели малую мощность при большой массе и были непригодны для практического использования на воздушных судах. В первом полете Жиффар не смог вернуться к месту старта. Сила ветра превышала скромные возможности его двигателя! Расцвет дирижаблестроения начался с появлением надежных, легких и достаточно мощных двигателей внутреннего сгорания и пришелся на начало нашего века.
Развитие дирижаблей шло по трем конструктивным направлениям: мягкие, полужесткие, жесткие.
В дирижаблях мягкой схемы корпусом служит оболочка, выполненная из ткани с малой газопроницаемостью. Постоянство формы оболочки достигается избыточным давлением газа, наполняющего ее и создающего подъемную силу, а также баллонетами, которые представляют собой мягкие воздушные емкости, расположенные внутри корпуса. С помощью системы клапанов, позволяющих либо нагнетать в баллонеты воздух, либо стравливать его в атмосферу, внутри корпуса поддерживается постоянное избыточное давление. Если бы этого не было, то находящийся внутри оболочки газ под влиянием внешних факторов - изменения атмосферного давления при подъеме или спуске дирижабля, температуры окружающего воздуха - менял бы свой объем. Уменьшение объема газа приводит к тому, что корпус теряет свою форму. Как правило, это оканчивается катастрофой.
Жесткие элементы конструкции - стабилизатор, киль, гондола - крепятся к оболочке с помощью пришитых или приклеенных к ней "лап" и соединяющих строп.
Как каждая инженерная конструкция, дирижабли мягкой схемы имеют свои достоинства и недостатки. Последние достаточно серьезны: повреждение оболочки или отказ вентилятора, нагнетающего воздух в баллонеты, приводят к катастрофам, Основным же преимуществом является большая весовая отдача.
Мягкая схема ограничивает размеры дирижабля, что, впрочем, обуславливает относительную легкость сборочно-разборочных и транспортных операций.
Дирижабли мягкой схемы строились многими воздухоплавателями. Наиболее удачной оказалась конструкция немецкого майора Августа фон Парсеваля. Его дирижабль поднялся в воздух 26 мая 1906 г. С тех пор дирижабли мягкой схемы иногда называют "парсевалями".
Зависимость формы корпуса от атмосферных факторов в дирижаблях мягкой схемы была уменьшена введением в конструкцию жесткой килевой фермы, которая, проходя от носа до кормы по низу корпуса, значительно повышает его жесткость в продольном направлении. Так появились дирижабли полужесткой схемы.
В дирижаблях этой схемы корпусом также служит оболочка с малой газопроницаемостью. Необходимы им и баллонеты. Наличие фермы позволяет крепить к ней элементы дирижабля и размещать внутри нее часть оборудования. Дирижабли полужесткой схемы отличаются более крупными размерами.
Полужесткая схема была разработана французским инженером Жюйо, управляющим сахарными заводами братьев Лебоди. Постройка дирижабля финансировалась владельцами заводов. Поэтому, не совсем справедливо, такую схему дирижаблей называют "лебоди". Первый полет дирижабля состоялся 13 ноября 1902 г.
В дирижаблях жесткой схемы корпус набран из поперечных (шпангоутов) и продольных (стрингеров) силовых элементов, обтянутых снаружи тканью, которая предназначается только для придания дирижаблю надлежащей аэродинамической формы. Поэтому никаких требований по газопроницаемости к ней не предъявляется. Баллонеты в этой схеме не нужны, т. к. неизменность формы обеспечивается силовым каркасом. Несущий газ помещается в отдельных емкостях внутри корпуса. Там же устанавливаются практически все агрегаты корабля, для обслуживания которых "предусматриваются служебные проходы.
Единственный недостаток такой схемы заключается в том, что металлическая конструкция каркаса уменьшает вес полезной нагрузки. Именно жесткая схема сделала дирижабль настоящим кораблем, способным плыть в воздушном океане подобно морским лайнерам. Создателем таких дирижаблей был выдающийся немецкий инженер и организатор их производства генерал граф Фердинанд фон Цеппелин. Его первый воздушный корабль поднялся в воздух 2 июля 1900 г. С тех пор за дирижаблями жесткой схемы закрепилось название "цеппелин".
Интересно отметить, что сам Цеппелин, прекрасно понимая преимущества жесткой схемы, отдавал должное дирижаблям и других конструкций. Он говорил, что "один тип судна не исключает другого. Важно лишь, чтобы они были как можно лучше разработаны, а дефекты исправлены в интересах всего человечества и культуры". Дальнейшее развитие дирижаблестроения подтвердило справедливость его слов.
Как это часто случается, новое достижение инженерной мысли послужило, в первую очередь, не расцвету культуры, а прямо противоположным целям. Впервые в боевых действиях дирижабли были использованы итальянцами в 1911 - 1912 гг. во время войны с Турцией. С их помощью проводились разведывательные операции и наносились бомбовые удары. Во время первой мировой войны безусловным лидером в области дирижаблестроения была Германия. За годы войны было построено: в Великобритании — 10 дирижаблей, в Италии — 7, во Франции — 1, в США — 6. Кайзеровская Германия построила около 76 дирижаблей, из них 63 цеппелина и 9 конструкции профессора Шютте-Ланца с деревянным каркасом. Россия использовала три летательных аппарата «Черномор» английского производства. Германия вступила в войну с тремя дирижаблями: L3, L4, L5.
Всего на германских цеппелинах было совершено 1210 боевых вылета. Из 75 боевых кораблей потеряны за годы войны в результате боевых действий 52: уничтожено с экипажем 19, 33 вследствие обстрела или аварий захвачено англичанами после приземления. К концу войны у Германии оставалось всего 7 дирижаблей. Немцы широко использовали цеппелины для бомбардировок Англии. Первый налёт состоялся 15 января 1915 г. Согласно директиве командования дирижабли должны начинать бомбардировку с Букингемского дворца и правительственных резиденций, затем шла очередь военных фабрик и жилых кварталов. В один из ночных налётов дирижабль L-22 (объёмом 36000 м³) взял на борт 24 бомбы по 50 кг, 2 бомбы по 100 кг и 2 по 300 кг. На подлёте к Йорку огромная сигара попалась в лучи прожекторов и была сбита огнём зенитных орудий. Большую опасность дирижаблям стала представлять истребительная авиация. Так 31 января 1916 г. английскими самолётами над морем были сбиты сразу 9 цеппелинов. Чтобы спастись от истребителей и зениток дирижабли поднимались на высоты до 5 км, где экипаж страдал от низких температур и нехватки кислорода.
Вследствие постоянно увеличивающихся защитных мер врага цеппелины для фронта строились двух размеров, типа «L 50» и «L 70».
Главными отличительными особенностями «L 50» были: пять двигателей, каждый 260 л.с., которые могли развивать достаточную скорость даже в разреженных высоких атмосферных слоях; четыре пропеллера (два задних двигателя присоединялись к одному пропеллеру); центральный проход, длина судна 196.5 м; ширина 23.9 м; объем газа 55 000 куб. м; скорость 30 м/с (приблизительно 110 км/час); взлётный вес 38 тонн. Тип «L 70»: семь двигателей, каждый по 260 л.с.; шесть пропеллеров; центральный проход, длина судна 211.5 м; самый большой диаметр 23.9 м; объем газа 62 000 куб. м; скорость, 35 м/с (130 км/час); взлётный вес 43 тонны.
«L 50» имел команду из 21 человека, и «L 70» из 25. Экипаж состоял из: 1 командир, 1 офицер — наблюдатель, 1 квартирмейстер, 1 главный инженер, 2 такелажника (старшина-сигнальщик), 2 человека на механизмах балансировки (боцманы), 2 моториста (младшие офицеры) на каждый двигатель, 1 рулевой, 1 телеграфист, и 1 телеграфист для беспроволочного телеграфа. Названия должностей не случайны, дирижабли входили в состав кайзеровского морского флота.
Дирижабли несли два станковых пулемёта, и позже 20 мм пушки. Боезапас состоял из зажигательных бомб весом 11,4 кг, и фугасно-осколочных бомб весом по 50, 100, и 300 кг.
Дирижабли использовались германской армией для морской разведки. В начале войны гидросамолётов ещё не существовало. Позднее дирижабли смогли подниматься на высоту 6 000 метров, что было недоступно для аэропланов.
Дирижабль сопровождает эскадру боевых кораблей Германии
Базы воздушных кораблей были размещены как можно ближе к побережью, и имели достаточную площадь для взлёта и приземления; но они должны были находиться достаточно глубоко на суше, чтобы устранить опасность неожиданного нападения с моря. Флот имел следующие базы дирижаблей на побережье Северного моря: Nordholz под Cuxhaven, Ahlhorn под Oldenburg, Wittmundshaven (East Friesland), Tondern (Schleswig-Holstein). База Hage, к югу от Norderney, была брошена.
В январе 1918, когда вследствие спонтанного самовозгорания одного из дирижаблей в Ahlhorn, огонь взрывом распространился на соседние ангары, и четыре «Цеппелина» и один «Шютте-Ланц» были потеряны. Все ангары, кроме одного, были приведены в негодность. После этого германский флот имел только 9 воздушных кораблей в своём распоряжении. С осени 1917 строительство дирижаблей было ограничено, потому что материал, необходимый для строительства дирижаблей был необходим для более перспективных аэропланов. С этой даты заказывался только один дирижабль в месяц.
2.Дирежаблестроение в СССР
Широкое строительство дирижаблей в Германии, Франции, Италии заставило военное ведомство России также начать работы в этой области. 21 февраля 1907 г. приказом генерал-инспектора А. П. Вернандера была образована комиссия по постройке дирижабля под председательством военного инженера генерала Н. Л. Кирпичева. В задачи комиссии входило "производство опытов и исследований принадлежностей и материалов для постройки управляемого аэростата, а также составление по результатам опытов окончательного проекта такого аэростата". В состав комиссии входили военные инженеры и воздухоплаватели: генерал-майор А. М. Кованько, инженер-полковник Е. С. Федоров, инженер-подполковник В. Ф. Найденов, подполковник В. А. Семковский, капитан Н. И. Утешов. К работе были привлечены и крупнейшие научные силы России. Комиссия приступила к проектированию первого отечественного полужесткого дирижабля. По сути дела, в феврале 1907 г. был создан первый в России научно-конструкторский центр по дирижаблестроению.
В 1908 г. в Учебном воздухоплавательном парке был построен по мягкой схеме первый русский дирижабль "Учебный". Он брал на борт трех человек и мог совершать полеты продолжительностью около трех часов. При этом высота достигала 800 м, а скорость - 22 км/ч. В 1908 - 1909 гг. "Учебный" совершил ряд успешных полетов.
В 1910 г. русскими инженерами для военных целей были построены еще два мягких дирижабля. На ижорском заводе в Колпино под Петербургом по проекту профессоров Боклевского и Фан-дер-Флита, инженера В. Ф. Найденова и при участии капитана Б, В. Голубова был построен "Голубь", который имел объем 2270 куб. м и мог нести полезную нагрузку в 800 кг. Другой дирижабль "Ястреб" строился в Москве акционерным обществом "Дукс". Его конструктором был А. И. Шабский. При объеме 2700 куб. м он мог нести 1170 кг полезной нагрузки.
Постройка полужесткого дирижабля, разработанного комиссией, завершилась 17 июля 1909 г. Он получил название "Комиссионный". По ряду причин его первый полет состоялся только 30 июля 1910 г. Испытания прошли успешно, и дирижабль, переименованный в "Кречет", был передан армии в 9-ю воздушную роту.
Дирижабли жесткой схемы в России, имевшей слаборазвитую дирижаблестроительную промышленность, не строились. Страна была вынуждена закупать дирижабли за границей - в основном у Франции и Германии, которые стремились продать не самые лучшие и современные образцы.
Все это привело к тому, что в канун первой мировой войны Россия располагала парком в 14 дирижаблей, из которых только четыре могли с большими оговорками считаться пригодными для боевых действий. В итоге лишь один дирижабль "Астра" французской постройки в мае - июне 1915 г. выполнил несколько боевых полетов.
К началу первой мировой войны летно-технические данные дирижаблей были выше, чем у самолетов. Аэропланы тех лет ни по дальности полета, ни по грузоподъемности не могли с ними конкурировать. Атаковать дирижабль в воздухе аэроплану было также сложно. Спереди и с боков он был защищен пулеметами. Как правило, для атаки летчику надо было забраться выше дирижабля и попытаться попасть в него сбрасываемой вручную бомбой.
В силу этих достоинств дирижаблей оба противостоящих друг другу военных блока - Тройственный союз и Антанта (за исключением опоздавшей России) - позаботились об их заблаговременном строительстве.
Таким образом, результаты применения дирижаблей воюющими сторонами в первой мировой войне, несмотря на печальный опыт России, не оставляли в те годы сомнения в том, что за ними большое будущее как в военной, так и в мирной сферах применения.
Почтовая марка изображающая дирижабль Graf Zeppelin на фоне Храма Христа Спасителя.
В мирное время достижения дирижаблестроения продолжали удивлять мир. В 1928 г. цеппелин LZ-127 совершил полет в США через Антлантику, а в следующем году с тремя посадками он облетел земной шар. Эти успехи привлекли внимание и советской общественности к вопросам дирижаблестроения. "Дирижаблестроительный бум" достиг Москвы с прилетом LZ-127 в столицу. В сентябре 1930 г. он опустился на Центральном аэродроме. По поводу этого события Н. Аллилуева писала И. Сталину, находившемуся на отдыхе на юге: "Всех нас в Москве развлек прилет цеппелина, зрелище было, действительно достойное внимания. Глядела вся Москва на эту замечательную машинку". Прилет LZ-127 оставил настолько глубокий след в нашем обществе, что в 1991 г. к 50-летию со дня этого события Министерство связи СССР выпустило серию почтовых марок, посвященных дирижаблям. На одной из них изображен "Граф Цеппелин" на фоне Храма Христа Спасителя.
Используя благоприятный момент, а также метод "внешней добровольности" (впоследствии он был многократно применен при ежегодной подписке на государственные займы, при "единогласном" голосовании за кандидатов "нерушимого блока коммунистов и беспартийных" и т. п.), в прессе выступил ЦС Союза Осоавиахима. Время для этого было выбрано очень удачно, в преддверии дня рождения вождя революции.
14 апреля 1931 г. ЦС принял обращение "Ко всем рабочим, колхозникам и трудящимся СССР, ко всем организациям и членам Осоавиахима". В нем говорилось, что рабочие московских заводов "Серп и молот", "Каучук", "Динамо", "Ильича" "...бросили лозунг построить эскадру дирижаблей имени Ленина". Основываясь на этой инициативе, ЦС "...принял решение о создании эскадры имени Ленина в составе дирижаблей: "Ленин", "Сталин", "Старый большевик", "Правда", "Клим Ворошилов", "Осоавиахим" и "Колхозник"..."
Далее в обращении предлагалось развертывать соцсоревнование по сбору средств на эскадру среди всех слоев населения. В том числе и между "...заводами, колхозами, селами и деревнями.. ". Сбор средств шел под лозунгом претворения в жизнь "исторических слов Ленина: "У нас будут свои дирижабли! ".
К 1932 г. было собрано на эскадру 25 млн. рублей. Деньги и все функции, принадлежавшие ранее АГОС, были переданы "Дирижаблестрою", ставшему во главе воздухоплавательной программы страны. "Дирижаблестрой" и ЦС Осоавиахима организовали в 1933 г. проведение первой Всесоюзной конференции по аэродинамике дирижаблей. Она проходила в помещении КОСОС ЦАГИ при участии ученых и инженеров АГОС, ее работы заложили научный фундамент для строительства предполавшейся эскадры им. Ленина.
"Дирижаблестрой" и ВВС на волне сбора средств на эскадру имени Ленина предпринимали попытки продолжения научных исследований и строительства дирижаблей. Например, для проектирования и постройки полужестких дирижаблей на работу в "Дирижаблестрой" был приглашен известный итальянский конструктор Умберто Нобиле. В мае 1932 г. он прибыл в Долгопрудньй вместе с группой конструкторов и рабочих. В результате совместных с русскими инженерами разработок были построены первые советские полужесткие дирижабли В-5 обьемом 2340 куб. м и В-6 объемом 19 000 куб. м. На этом развитие отечественного дирижаблестроения было остановлено.
Политические и технические обстоятельства, не зависящие от "Дирижаблестроя" и ВВС, свели на нет все усилия. Во-первых, к этому времени кардинально изменилась расстановка политических сил. Во-вторых, за эти годы прогресс авиации превзошел все ожидания.
Истребители, вооруженные крупнокалиберными пулеметами и пушками, могли практически безнаказанно расстреливать тихоходные воздушные гиганты. Громадный скачок сделала в своем развитии и бомбардировочная авиация. АГОС, чьим генеральным направлением всегда оставалась тяжелая авиация, создал лучший в мире тяжелый цельнометаллический четырехмоторный бомбардировщик ТБ-3. В 1932 г. он пошел в крупносерийное производство. Самолет был способен наносить бомбовые удары по промышленным центрам как Германии, так и Японии. ВВС принял решение о создании самого мощного в Европе флота тяжелых бомбардировщиков. Эта задача была решена постройкой 818 ТБ-3. Экономика страны не могла обеспечить одновременное строительство такого количества самолетов и крупных дирижаблей.
Эти причины, не зависящие от дирижаблестроителей, и привели к тому, что эра дирижаблей в то время в нашей стране так и не наступила.
Небольшое количество построенных дирижаблей, вместо предполагавшейся базы на Плещеевом озере, вынуждене было довольствоваться сначала оврагом в Кунцево, а с 1932 г. - эллингом в Долгопрудном. Инженеры-дирижаблисты стали ненужными, и в 1940 г. ДУК был преобразован в МАТИ. Единственным напоминанием о былой связи МАТИ с дирижаблестроением осталось имя автора первого цельнометаллического дирижабля - К. Э. Циолковского, присвоенное институту.
3.Работы Циалковского
К.Э. Циолковский проблеме воздухоплавания посвятил более 50 трудов.
"Мысль о металлическом аэростате засела у меня в мозгу. Иногда она меня утомляла, и тогда я по месяцам занимался другим, но в конце концов я возвращался к ней опять", - писал ученый в своей работе "Простое учение о воздушном корабле и его построении". К систематическим исследованиям в области воздухоплавания Циолковский приступил в 1885 году. Уже через год он закончил первый большой научно-теоретический труд "Теория аэростата, имеющего в горизонтальном направлении удлиненную форму" и в 1887 году в Москве на заседании физического отделения Общества любителей естествознания сделал доклад о результатах своих исследований.
Циолковский сразу же поставил перед собой труднейшую задачу - создать такой дирижабль, который был бы наиболее совершенным, безопасным для пассажиров, прочным, простым в эксплуатации, наиболее выгодным экономически. Он пришел к выводу о необходимости строить корабль целиком из металла. Этой идее цельнометаллического дирижабля ученый оставался верен всю жизнь.
Свои технические идеи Константин Эдуардович Циолковский всегда подтверждал математическим анализом и опытным моделированием.
Ученый вводил простейшую систему изменения объема несущего газа как для выдерживания заданной высоты полета при различных температурах, так и для совершения маневров. При этом дирижабль Циолковского не нуждался в балласте. Система блоков и тросов внутри оболочки обеспечивала изменения ее объема в зависимости от высоты полета дирижабля, его горизонтальную устойчивость.
В 1890 году Константин Эдуардович послал свою статью "О возможности построения металлического аэростата" вместе с бумажной моделью в Русское физико-химическое общество Д.И. Менделееву, который переслал ее со своим отзывом в VII (воздухоплавательный) отдел Русского технического общества. Работа ученого была рассмотрена и одобрена, но никакой практической поддержки ему оказано не было. Несмотря на это, Циолковский продолжал упорно работать. Он публиковал свои работы, строил модели, проводил эксперименты. В 1914 году Циолковский выезжал в Петербург на III съезд воздухоплавания, где был заслушан его доклад о цельнометаллическом дирижабле.
Проект воздушного корабля Циолковский дал еще в 1892 году в работе "Аэростат металлический, управляемый". В работах "Возможен ли металлический аэростат?", "Простое учение о воздушном корабле и его построении", "Аэростат и аэроплан" и многих других Циолковский приводил теоретические обоснования деталей конструкций дирижабля, разъяснял свои технические замыслы.
К.Э. Циолковский с макетами цельнометаллического дирижабля
Циолковский фактически выдвинул программу поэтапного дирижаблестроения - от эксперимента, моделирования, научно-теоретических обобщений до поисков совершенно новых решений и их осуществления в рабочих чертежах, при обязательном соблюдении ранее выдвинутых им положений, гарантирующих полную безопасность пассажиров и экипажа. Все это составляет научную и практическую ценность теоретических работ Циолковского по дирижаблям.
Циолковский пытался заинтересовать идеями управляемого аэростата зарубежных ученых. В 1893 году он послал свои труды по воздухоплаванию вместе с моделью дирижабля во Французскую Академию наук. Желая защитить приоритет России в воздухоплавании, Циолковский запатентовал свои изобретения в девяти зарубежных странах.
Однако К.Э. Циолковскому не удалось осуществить мечты о создании дирижабля. Попытка построить дирижабль Циолковского в 1931 году на комбинате "Дирижаблестрой" не увенчалась успехом, главным образом из-за низкого по тому времени технологического уровня. Но постройка и испытание модели дирижабля объемом 1000 кубических метров убедили инженеров в справедливости основных теоретических положений ученого о преимуществах его цельнометаллического дирижабля.
В наше время жизнь выдвигает новые задачи перед воздушным транспортом. Этим и объясняется все возрастающий интерес, который проявляют к воздухоплавательному транспорту специалисты разных стран.
4.История Zeppelin
Немецкий аристократ граф Фердинанд фон Цеппелин (Ferdinand Graf von Zeppelin) родился 8 июля 1838 года в Констанце.
Его семья входила в высший свет Вюртембергского королевства. Молодой человек был волен сам выбирать, чем заниматься. Один год он посвятил изучению наук, однако после этого поступил в военную академию. В 25 лет его отправили военным наблюдателем в Соединенные Штаты, где тогда шла гражданская война. Там ему выпала возможность подняться на воздушном шаре – этот опыт поразил его.
Цеппелин Фердинанд, немецкий конструктор дирижаблей, граф, генерал
Во время франко-прусской войны 1870-1871 годов уже полковник Цеппелин участвовал в осаде Парижа и видел, как над городом поднимаются шестьдесят воздушных шаров, на которых вывозят почту, военные соединения и политиков. Все чаще в его дневниках появлялись рисунки невиданных аппаратов, порожденных его фантазией.
Все чаще в Берлине хмурили брови, получая новые и новые, как казалось, нелепые прожекты создания армады управляемых воздушных кораблей. Дело дошло до конфликта с самим императором Вильгельмом II. Раздражающему командование графу-фантазеру присвоили звание генерал-лейтенанта и в 1890 году уволили из армии.
Цеппелин вернулся в места своего детства. На собственные деньги на берегу Боденского озера он открыл небольшую мастерскую и нанял молодых талантливых инженеров. Целых восемь лет потребовалось, чтобы подготовиться к строительству первого дирижабля. За эти годы в округе к нему прилепилось прозвище граф-дурак - мало кто понимал, чем занимается этот сумасброд, тратя семейные деньги рода Цеппелинов.
Дирижабли могут быть трех видов: мягкие - с корпусом из прорезиненной ткани, полужесткие - с металлической фермой вдоль днища, и жесткие - с металлическим каркасом, на который натянута ткань. Граф строил жесткий тип. В качестве подъемного газа использовались мешки с водородом, которыми наполняли каркас дирижабля. Снизу к днищу корпуса крепилась гондола управления и гондола с моторами. Каркас делали из новомодного и невероятно дорогого алюминия.
Цеппелин был не первым строителем дирижаблей. В 1899 году француз Сантос-Дюмон на своем аппарате облетел Эйфелеву башню. Однако Цеппелин был первым, кто отнесся к своему увлечению как к бизнесу. Его мысли Цеппелина выходила за рамки представлений того времени о дирижаблях. Он сразу решил, что его дирижабли должны держаться в воздухе много часов, иметь большую грузоподъемность и быть надежными. Кроме того он обладал значительным капиталом, а его другом детства был сам король Вюртембергский, позволивший построить на Боденском озере ангар для первых аппаратов. В 1898 году было создано акционерное общество, одну треть капитала внес граф.
В первых работах Цеппелину помогал молодой инженер Кобер. Генерал изучил опыт мирового дирижаблестроения, включая и российский. В начале 1890-х годов он приезжал в Петербург на верфь, где строился дирижабль О. Костовича, купил конструкторскую документацию у вдовы Д.Шварца, который в 1890-е годы строил цельнометаллический дирижабль в Петербурге, изучал труды К. Циолковского.В 1894 г. проект первого жесткого дирижабля Цеппелина был готов. Когда его изучили эксперты, они назвали дирижабль "чудовищем", а изобретателя - сумасшедшим. Но первая неудача не смутила генерала. В 1895 г. он запатентовал свою идею, в 1898 г. учредил "Общество для развития воздухоплавания" и построил первый цеппелин.
В 1900 году первый цеппелин LZ-1 поднялся в воздух. Им управлял сам граф. Аппарат оказался медленным и неуклюжим. В движение его приводили два слабых двигателя Даймлера мощностью по 16 л.с. При объеме дирижабля в 11000 м3 Z-1 перевозил 5 человек команды и запас топлива на 10 часов полета. Особенностью дирижабля Z-1 являлась конструкция корпуса, который был сделан жестким по типу морских кораблей. Остов дирижабля состоял из набора поперечных 24-гранных колец-шпангоутов, расчаленных металлическими стяжками, и из продольных балок (стрингеров), связывающих кольца. Остов был сделан из алюминия и обтянут тканью. Такое устройство дирижабля предполагалось еще раньше английским ученым Дж.Кэйли и русским адмиралом Н.М.Соковниным. Но честь разработки идеи и ее реализации принадлежит Фердинанду фон Цеппелину.
После 20 минут полета его пришлось посадить на воду Боденского озера. Разочарованные акционеры потребовали свои деньги обратно, и Цеппелин выкупил их доли. В том же году, после 3,5 месяцев, доработок дирижабль еще дважды поднимался в небо: 17 октября (1 час 20 мин.) и 21 октября (23 мин.). Второй дирижабль LZ-2 был построен только в 1906 году - однако при взлете у него отвалились двигатели, и неуправляемый корпус с трудом опустили на воду озера.
Первый дирижабль LZ-1
Аварийная посадка LZ-2
Эти полеты подтвердили целесообразность жесткого типа дирижабля.
В 1908 году семидесятилетнему графу удалось пробыть в воздухе восемь часов на борту LZ-4 и даже слетать в соседнюю Швейцарию. Но в том же году Цеппелин был вынужден экстренно посадить очередной аппарат из-за неисправности моторов. В ту же ночь налетевшая буря полностью уничтожила привязанный к земле дирижабль. Это была катастрофа! Собственные деньги графа кончились, в газетах над ним смеялись, а стратеги из Берлина перестали даже отвечать на его предложения.
После гибели LZ-4 у Цеппелина уже не оставалось средств на строительство нового аппарата. Но тут произошло чудо. Обыватели, узнавшие из газет об очередной катастрофе «безумного графа», стали присылать ему деньги. За несколько дней Цеппелин получил сумму, которой хватило на изготовление очередного дирижабля. В Берлине наконец-то заметили невероятное усердие графа, и император лично выделил полмиллиона марок для поддержания его проектов.
В 1909 году Фердинанд фон Цеппелин основал первую в мире транспортную авиакомпанию. Через год начались регулярные полеты четырех дирижаблей внутри Германии. Для этого в крупнейших городах построили специальные огромные ангары и причальные мачты. Особое внимание граф уделял пропаганде полетов на своих кораблях.
Впрочем, почти сразу же дирижабли стали символом нового века и всемогущества техники. Этому способствовала невероятная красота этих сигарообразных аппаратов и поражающие воображение размеры. Каждое появление дирижабля сопровождалось столпотворением. При этом с 1909 по 1914 год не произошло ни одной аварии.
Граф продолжал технически совершенствовать свои дирижабли. В 1909 году он нанял инженера Вильгельма Мейбаха, который до этого работал на заводе Даймлера. Мейбах возглавил дочернее подразделение компании Цеппелина, которое стало заниматься производством двигателей для дирижаблей. После Первой мировой войны именно это подразделение превратилось в самостоятельную компанию Maybach Motornbau, создавшую легендарные машины.
Однако основной толчок развитию бизнеса Цеппелина дали, конечно же, заказы для армии. К 1914 году военные получили от Цеппелина 12 аппаратов. Дирижабли привлекали их как возможность наконец-то добраться до Англии. Во время Первой мировой войны Германия была единственной державой, которая использовала большие дирижабли жесткой конструкции. К концу войны было построено более cта таких цеппелинов. Вначале их использовали для разведки, но вскоре на них установили пулеметы.
В мае 1915-го впервые в истории человечества произошла воздушная атака - армада цеппелинов бомбила лондонский Ист-Энд. С военной точки зрения результат был ничтожен - погибли семь портовых рабочих. Однако психологически была одержана важная победа - теперь никто не мог чувствовать себя спокойно даже в тылу. Впрочем, оборотной стороной этого была общенациональная ненависть в Англии ко всему немецкому. Сами дирижабли в то время англичане называли не иначе как babykillers - убийцы детей.
Цеппелины стали прекрасным символом превосходства, но в бою они были очень уязвимы. К 1917 году Германия потеряла почти всю свою воздушную армаду - 106 кораблей было сбито.
В 1917 году умер граф Фердинанд фон Цеппелин. Его бизнес возглавил Хьюго Эккнер, бывший пресс-атташе компании. Однако по условиям Версальского мира проигравшей войну Германии было запрещено использовать дирижабли. Победители разделили все оставшиеся после войны цеппелины и вывезли их из страны как трофеи. Ангары и причальные мачты были уничтожены.
Казалось, это конец. Заводы Цеппелина простаивали. Однако Хьюго Эккнер нашел выход - под заказ Соединенных Штатов в 1920 году он построил дирижабль LZ-126. Причем американцы хотели наполнять этот корабль не опасным водородом, а недавно открытым гелием, который хоть и был в десятки раз дороже, но обладал важным преимуществом - не воспламенялся. Заокеанские деньги спасли компанию от банкротства.
А в 1923 году Эккнер создал совместное предприятие с американской корпорацией Gооdyear, которая получила патенты Цеппелина и немецких специалистов. Благодаря этим мерам удалось пережить тяжелые времена и дождаться отмены всех послевоенных ограничений в 1925 году. Начался золотой век немецкого дирижаблестроения.
Дирижабль LZ-126
В 1928 году компания покойного Цеппелина осуществила свой самый амбициозный проект. Был построен легендарный дирижабль «LZ-127 Граф Цеппелин», который с тремя посадками за двенадцать дней облетел вокруг земного шара. Хьюго Эккнер, в прошлом журналист, как никто понимал, насколько важно подогревать интерес публики к своему продукту. Он подписал контракт с американским медиамагнатом Херстом, который спонсировал этот кругосветный полет, за что получил право эксклюзивно освещать его в своих газетах. С 1931 года «LZ-127 Граф Цеппелин» начал регулярно летать по маршруту Боденское озеро – Нью-Йорк – Рио-де-Жанейро.
Дирижабль "Граф Цеппелин" LZ-127 летал с крейсерной скоростью 109 км./ч на высоте ок. 244 м. Океан пересекал менее чем за два дня. В средней секции дирижабля пассажирская кабина и комната отдыха. Среди характеристик роскоши, представлявшейся 24 пассажирам, была прекрасная еда и вина ресторана, соответствовавшего пятизвездочному отелю. Персонал потворствовал любым желаниям. Чтобы обеспечить музыкой во время еды и вечером во время танцев, был даже рояль, сделанный из алюминия.
В Германии же наступили новые времена – «1000-летний рейх». К этому моменту дирижабль стал для немецкого народа красивым символом возрождения страны из руин и пепла. Первой мировой, и нацисты решили использовать его в своих целях. Министр пропаганды Геббельс выделил Эккнеру средства на строительство нового сверхбольшого цеппелина. Эккнеру, несмотря на то что он никогда не симпатизировал Гитлеру, пришлось согласиться.
К 1936 году новый дирижабль был построен. Еще безымянный, он принимает участие в Олимпийских играх в Берлине в августе 1936 года. Он завис над стадионом, и на головы зрителей упали тысячи листовок, а из громкоговорителей транслировались речи Гитлера в прямом эфире. В том же году этот цеппелин начал совершать регулярные рейсы из Германии в Северную Америку. Его назвали «Гинденбург».
4 и 5 мая 1937 года «Гинденбург» летел над просторами Атлантики. Однообразный вид из окон быстро наскучил пассажирам, и каждый развлекал себя как мог. Капитан Прусс провел для желающих экскурсию внутрь корпуса дирижабля. Туда можно было попасть через люк из верхней палубы пассажирской гондолы и по узкой дорожке пройти по всей длине корабля. Здесь находились огромные баки для водного балласта. На нижней палубе находились кают-компания, читальня, столовая, коктейль-бар и 25 двухместных кают, в каждой из которых был умывальник. Из кают-компании лесенка вела на верхнюю палубу гондолы, где можно было принять душ и размещались каюты команды и кухня с электрической плитой и огромным холодильником. Там была и гордость «Гинденбурга» – сигарная комната. Дверь в эту комнату запиралась автоматическими замками, а стены и потолок были обиты дюралюминиевыми листами. Для раскуривания сигар применяли исключительно электрические зажигалки. Также на борту этого исполинского творения человеческого разума была еще одно примечательное творение инженерной мысли того времени – механическое пианино изготовленное из алюминия и развлекающее пассажиров этого чрезвычайно респектабельного транспортного средства.
Команда корабля состояла из 56 человек, включая пять поваров, девять стюардов и одного доктора. Все детали интерьера были из пластика (неслыханно для тех лет!) и дюралюминия. Однако и цена за полет была невероятной – в переводе на нынешние деньги билет в одну сторону стоил примерно 15 тысяч долларов.
Утром 6 мая «Гинденбург» пролетал над Бостоном. С него был сброшен мешок с почтой. Сотни горожан наблюдали за огромной серебряной сигарой с черной свастикой на хвосте. Из-за встречного ветра над Атлантикой дирижабль опаздывал почти на двенадцать часов. Пассажиры нетерпеливо ждали посадки в Лейкхерсте, под Нью-Йорком. Однако там разразилась весенняя гроза, и пришлось почти четыре часа летать в окрестностях в надежде, что ветер стихнет. В семь часов вечера капитан Прусс начал снижение. Нужно было успеть сесть до захода солнца.
Дирижабль встречали более пяти тысяч человек – десятки газетных и радиожурналистов, кинооператоры, родственники прибывших и просто зеваки, еще за сутки приехавшие к посадочному полю, чтобы занять место получше для наблюдения за этим чудом техники. На поле же с утра в полной готовности была посадочная команда – 200 человек.
Капитан Прусс выпускал из хвостового клапана водород до тех пор, пока дирижабль не снизился до 100 метров над землей, после чего из него выбросили посадочные тросы. Наземная команда начала притягивать «Гинденбург» к причальной мачте, а Прусс выключил двигатели. Толпа на земле облегченно вздохнула. Почти совсем стемнело, когда гигантская сигара снизилась до 70 метров и раздался негромкий хлопок – как будто вылетела пробка из бутылки с шампанским. Онемевшие зрители увидели, как хвост дирижабля опоясал язык оранжевого пламени. Сразу же взорвались мешки с водородом в кормовой части. Один за другим в течение 30 секунд взрывались последующие отсеки. В вечернем небе горели десятки тысяч кубических метров водорода – было видно, как в воздухе плавится алюминиевый каркас, а из гондолы выпрыгивают горящие люди.
Вспышка на «Гинденбурге», 6 мая, 1937
года
Это была одна из первых катастроф, которую смогли заснять на фото- и кинокамеры. Дирижабли падали и до этого, однако впервые множество людей увидело это так близко – воочию или на экране. Возможно, поэтому 6 мая 1937 года считается днем смерти дирижаблей вообще.
До сих пор есть много версий того, что же произошло при посадке «Гинденбурга», – от саботажа до удара молнии. Наверное, мы никогда не узнаем истинную причину.
Погибли в катастрофах также американские дирижабли «Шенандоа», «Акрон» и «Мэкон», английский «Р-101» и французский «Диксмюде». Пока разбирались с причинами этих катастроф, прогресс авиации оставил эпоху дирижаблей позади.
Соединенные Штаты отказались от использования цеппелинов еще в начале 30-х. Так же поступили Великобритания и Италия, считая дирижабли слишком опасными. Но, следует отметить тот факт, что при катастрофе в Лейкхерсте из 86 человек большинство выжило – в этом смысле цеппелины даже более безопасны, чем самолеты.
Приближалась очередная мировая война. Геринг, который курировал при Гитлере авиацию, никогда не скрывал своего скептического отношения к «воздушным шарам».
Последние «небесные сигары» были разобраны в 1939 году – для войны требовался дефицитный алюминий.
Красивый символ победы человека над законами природы оказался невостребован и забыт. Цеппелины даже своим названием напоминают какое-то вымершее животное. Они остались в той эпохе, когда человек впервые поднялся в воздух, любил танцевать чарльстон и практичности самолета предпочитал неторопливую красоту небесных динозавров.
Крушение цеппелина L2, 1913
5. Аэростаты на службе науки
Научившись летать, люди начали изучать воздушный океан. Молодой бельгийский ученый Робертсон, в частности, заинтересовался, как будет вести себя на высоте магнитная стрелка. И это не случайно. Ведь в безбрежном водном океане курс парусного судна помогает определить компас, магнитная стрелка которого всегда указывает на север. А воздушный шар – это тоже маленькое суденышко, плавающее по воле ветра.
Робертсон взял с собой в полет различные приборы, в том числе и компас. Но ветер был порывистый, шар болтало, и магнитная стрелка раскачивалась во все стороны, затрудняя измерения. Нужно было повторить опыт.
Вскоре Робертсон приехал в Россию, где его опытами заинтересовались молодой ученый академик Яков Дмитриевич Захаров и бывший моряк, впоследствии академик и директор Главной физической обсерватории Михаил Александрович Рыкачев. Они в разное время поднимались на воздушном шаре. Яков Дмитриевич Захаров в рапорте в Академию наук писал: «Главный предмет сего путешествия состоял в том, чтобы узнать с большей точностью о физическом состоянии атмосферы и о составляющих ее частях». Не забыли они и о магнитной стрелке. Но и на этот раз гондолу аэростата сильно разбалтывало порывами ветра, поэтому окончательно установить поведение магнитной стрелки на высоте не удалось. Лишь позже ученые смогли определить, что показания компаса не зависят от высоты полета и этот древний прибор может так же надежно служить воздухоплавателям, как и морякам.
Два французских ученых – Ж. Био и знаменитый физик и химик Жозеф-Луи Гей-Люссак тоже совершали путешествия на воздушном шаре. Они поднялись на высоту более семи километров, взяв с собой различные научные приборы, в том числе барометр и термометр. Ученые убедились, что с поднятием на высоту температура воздуха постепенно понижается, примерно на 0,65 градуса на каждые 100 метров высоты. На земле было тепло, а на семикилометровой высоте свирепствовал арктический мороз. Барометр тоже показывал очень низкое давление. Дышать было трудно, воздух был сильно разрежен.
Несмотря на это, ученые продолжали опыты. Между прочим, они проверили опыт Робертсона и Захарова и убедились, что магнитная стрелка вовсе не теряет на высоте своих качеств. А Гей-Люссак взял с собой в полет еще и стеклянные бутли с хорошо притертыми пробками. На предельной высоте полета, когда открытые бутли заполнились разреженным воздухом, Гей-Люссак крепко закрыл их пробками, и у него оказались пробы высотного воздуха для исследования. В лаборатории ученый сделал тщательный анализ этого воздуха, и оказалось, что по своему химическому составу он ничем не отличается от воздуха у земли. Он содержал 78 частей азота, смешанных с 21 частью кислорода. И только одна часть из ста приходилась на примеси других – водорода, углекислого газа, гелия и прочих газов.
Гей-Люссак понял, что воздуха на высоте не хватает для дыхания не потому, что там, как предполагали некоторые ученые, другой его состав, а потому, что он сильно разрежен. Ученые сообразили, что если брать с собой в полет какой-нибудь баллон, наполненный сжатым кислородом, а потом на высоте вдыхать из него, то можно будет подняться без затруднений еще выше.
В России тоже многие ученые совершали научные полеты на аэростатах. Но, пожалуй, самый известный полет сделал знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев.
В 1878 году Менделеев ездил во Францию, где, наряду с другими делами, знакомился с аэронавтами, слушал лекции о полетах на воздушных шарах, вникал во все детали управления их полетом, читал специальную литературу. В то время в Париже открылась Всемирная выставка, на которой одной из достопримечательностей был огромный привязной аэростат, построенный известным французским воздухоплавателем Анри Жиффаром.Поднимался на этом аэростате и Дмитрий Иванович Менделеев. Первый опыт очень пригодился ему потом, когда он получил приглашение совета Русского технического общества принять участие в полете на воздушном шаре для наблюдения за солнечным затмением. Это было уже в 1887 году. Специально для этой цели был выделен аэростат и опытный аэронавт.
Выше всех на воздушном шаре в то время поднялся немецкий ученый доктор Берсон. Он правильно решил, что пилот, как и водолаз, должен постоянно тренироваться, чтобы привыкнуть к полетам на большой высоте. Семь раз он поднимался на высоту семи километров и с каждым разом чувствовал себя все привычней и уверенней. После такой тренировки в 1901 году он, пользуясь кислородным баллоном, поднялся на высоту одиннадцати километров. Полет прошел вполне благополучно.
Так, шаг за шагом, год за годом, платя жертвами и потерями, люди проникали в тайны воздушного океана.
С тех пор авиация и космонавтика шагнули далеко вперед, но воздушные шары и в наше время продолжают служить науке и людям. Еще в конце прошлого века ученые пришли к выводу, что не обязательно для научных целей рисковать аэронавтами. В 1892 году французский ученый Шарль Эрмит наполнил резиновый шар водородом, привязал к нему барометр, который имел специальное устройство, автоматически записывающее давление воздуха на высоте, а к ящику с барометром прикрепил записку с просьбой ко всем, кто найдет этот прибор, вернуть его по указанному адресу за вознаграждение. Через несколько дней барометр с записями вернули Эрмиту. Его нашли недалеко от места запуска. Ученый стал запускать новые шары с приборами. Такие шары получили название зондов, потому что они действительно сами, без людей, с автоматическими приборами зондируют атмосферу до больших высот.
Шары-зонды запускают и сейчас на метеостанциях, в Арктике и Антарктиде. Только надобность в записке с просьбой «доставить по указанному адресу» теперь отпала. Ныне радиозонды поднимаются на высоты до 30...35 километров, а некоторые из них облетают весь земной шар.
Однако, говоря о заслуге Эрмита в использовании воздушных шаров для зондирования атмосферы, было бы несправедливо не упомянуть другого известного французского ученого Жана Менье.
Дело в том, что Менье еще за сто лет до Эрмита предлагал сделать то же самое – запускать шары с самозаписывающими приборами для изучения атмосферы. Но предложение Менье не приняли всерьез ни аэронавты, ни сами ученые. Менье, будучи современником и очевидцем триумфа братьев Монгольфье и профессора Шарля (он родился в 1754 году, а умер – в 1799-м), тоже очень увлекался воздухоплаванием и внес немало ценных предложений по совершенствованию аэростата. Правильность его идеи беспилотных шаров-зондов подтверждается жизнью и сейчас, почти через двести лет. Не зря среди ученых бытует поговорка, что мало высказать хорошую идею, надо еще доказать на деле ее жизненность. Жан Менье мысль-то высказал хорошую, а проверять ее на практике почему-то не стал. Только через сто лет Шарль Эрмит осуществил его идею на практике. А если бы это случилось на 100 лет раньше, при Менье, много больше успела бы наука узнать о строении атмосферы, о формировании погоды, о воздушных течениях и прочих тайнах воздушного океана!
Возможно, тогда не случилась бы еще одна трагическая ошибка, которая вошла в историю воздухоплавания, как экспедиция Соломона Августа Андре на воздушном шаре к Северному полюсу.
6.Современные дирижабли
На 2005 год существуют несколько проектов возрождения дирижаблей. Основная область, где они могут быть востребованы в XXI веке — это транспортировка грузов, в том числе нестандартных, необычной формы. Подобные проекты существуют во многих странах Европы, в США, а также в России.
Для России это особенно актуально,: ведь на её территории есть множество мест, куда крайне проблематично осуществлять доставку грузов сухопутным путём или с использованием других типов летательных аппаратов. Дирижабли могут принести пользу, например, при исследовании Арктики, при георазведке в Сибири и Заполярье.
В России дирижаблестроение пытались восстановить ещё в 1956 году на базе ОКБ-424 (город Долгопрудный), но проект государственного развития не получил. В начале 1990-х это ОКБ, уже переименованное в ДКБА (Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики) начало разработку экспериментального полумягкого дирижабля «2ДП» с грузоподъёмностью около 3 тонн.
Компания «Авгуръ» в 2000 году на территории тульского аэропорта провела лётные испытания привязного унифицированного аэростата «УАН-400», имевшего на борту комплекс радиолокационного наблюдения и связи «Кордон-2». Аэростат привязной, поднимается и опускается при помощи лебёдки из кузова военного шасси «ГАЗ-66», имеет объём 400 м³, грузоподъёмность 120 кг, высота подъёма — 1200 метров. В качестве базовой РЛС использована разработка тульского НИИИ «Стрела» — комплекс «Кредо-1Е» со щелевой антенной диапазона 2 см. Уже на высоте 300 метров станция имеет возможность засекать все предметы в радиусе 40 километров, движущиеся со скоростью не менее 2,5 км/час.
На МАКС-2005 были представлены некоторые уже построенные российские дирижабли производства компании «Авгуръ». Дирижабль «Ау-12М» имеет объём 1250 м³, длина — 34 метра. Рабочая высота достигает 1500 метров, скорость — до 90 км в час, время пребывания в воздухе — 6 часов, дальность полёта до 350 км, экипаж — 2 человека. Представленные экспонаты заинтересовали потенциальных заказчиков, уже в 2006—2018 годах «Авгуръ» планирует перейти к серийному производству некоторых моделей. А разрабатываемый 8-местный дирижабль Au−30 «Аргус» в обозримом будущем станет элементом одной из государственных программ. На авиасалоне в Фарнборо компания «Авгуръ» и «РосАэроСистемы» представили аэростаты военного назначения «Пума» и «Ягуар». Их объём составляет 8900—11800 м³, полезная нагрузка до 2,2 тонны. Способны совершать автономные полёты до 1 месяца, непрерывно выдерживая ветер силой до 12 баллов по шкале Бофорта (около 33 м/сек).
Дирижабль Au-12M
В перспективных разработках у компании стратосферный дирижабль «Беркут» с рабочим потолком 20000 метров и автономностью в 6 месяцев, объёмом 500 тысяч м³, длиной 290 метров, диаметром — 58 метров. Он рассматривается как телекоммуникационная платформа с площадью покрытия до 500 тысяч км². Среднесуточное энергопотребление составит около 300 киловатт, для обеспечения которого будут служить солнечные батареи площадью 11 тысяч м².
Также дирижабли (в том числе и беспилотные) могут применяться для патрулирования автодорог, наблюдения за общественным порядком на крупных массовых мероприятиях, в рекламных целях и т. д.
Согласно постановлению Правительства Москвы, в скором времени в небе над столицей в качестве носителей для стационарных ретрансляционных систем будут парить два дирижабля и три аэростата, постройкой которых займется одна из российских компаний. Существует большая вероятность, что это будут патрульные дирижабли серии Au-12 и аэростатные комплексы серии БАРС. Основной задачей аппаратов является «отслеживание в реальном времени обстановки на основных магистралях города», а также мониторинг городского хозяйства в целом.
22 августа 2002 года Правительство Москвы приняло постановление от N678 ПП «О создании системы видеонаблюдения за дорожной обстановкой с использованием воздухоплавательной техники». Согласно постановлению, в городе должна быть создана система для отслеживания обстановки на основных магистралях города в реальном времени с использованием воздухоплавательной техники. Один из главных претендентов, а, скорее всего, единственным, на исполнение заказа мэрии является НПО РосАэроСистемы— внешнеторговая марка Воздухоплавательного центра «Авгуръ» (ВЦ «Авгурь»). Все объясняется тем, что в России практически нет других дирижаблестроительных производств, способных создавать аппараты такого класса.
Перед двумя дирижаблями будет поставлена задача мониторинга экологического состояния и обстановки на основных магистралях столицы, в том числе предупреждение пробок. Три беспилотных аэростата будут использоваться в качестве носителей для телекоммуникационного оборудования и систем видеоконтроля, также являясь частью программы по мониторингу городского хозяйства. Однако федеральные министерства, в том числе МВД и его структурные подразделения ГАИ-ГИБДД к московскому решению и проекту никакого отношения не имеют. После постройки два патрульных дирижабля и три аэростатных комплекса поступят в распоряжение Центра организации дорожного движения (ЦОДД) Правительства Москвы. Хотя, в обозримом будущем, дирижабли могут быть приняты милицией на вооружение, как это происходит за рубежом. В Рио-де-Жанейро, например, дирижабли уже давно используются для патрулирования городов, являясь неотъемлемой частью спецопераций.
Российская компания «Аэроскан» в 2006 году начинает использовать дирижабли для пространственно-технического мониторинга местности и инженерных объектов.
Правительство Свердловской области в октябре 2006 г. объявило о намерении организовать в регионе производство дирижаблей. Для организации производства будет выделено $30 млн. В проекте будут принимать участие: ОАО «Уральский завод гражданской авиации», ФГУП "ПО «Уральский оптико-механический завод», ФГУП «НПО Автоматики», ФГУП "ОКБ «Новатор» и ОАО "НПП «Старт».
В Военной академии Белоруссии началось проектирование многоцелевого дирижабля разведывательного дозора с информационно-разведывательной платформой, способной заменить самолёт-разведчик А-50 типа «Авакс» в комплекте с 5 патрульными самолётами в придачу. Шесть таких дирижаблей, установленных на высоте порядка 4000 метров способны обеспечить надёжную радиосвязь (включая мобильную) на территории всей Белоруссии.
Разработка дирижаблей США ведётся по двум направлениям. С одной стороны, создаются дешёвые небольшие аэростаты и дирижабли тактического назначения, с другой стороны — ведутся работы по проектированию «стратегов» — дирижаблей стратосферного назначения.
В начале 2005 года американские военные объявили об испытаниях на полигоне в Аризоне мини-аэростата «Combat SkySat Phase 1», который позволил связаться наземным службам на расстоянии в 320 км. Масса мини-аэростата около 2 кг, при массовом производстве стоимость может составлять около 2 тысяч USD.
В Федеральную авиационную администрацию США телекоммуникационная компания «Globetel» подала заявку на испытательный полёт дирижабля «Stratellite» с телекоммуникационной платформой на борту для поддержки связи на площади около 800 тысяч км².
В 2005 году Пентагон объявил о разработке программы строительства военных аэростатов и дирижаблей, которые будут действовать в самых верхних слоях атмосферы, практически на границе космоса. Эти аэростаты будут поддерживать связь, осуществлять разведку из стратосферы, в которой не могут летать самолёты. Действовать они будут на высотах от 20 до 25 тысяч метров.
Возможно, дирижаблям найдётся применение и в разрабатываемой американцами программе Future Combat Systems. Именно с помощью дирижаблей высокой грузоподъёмности США планируют перебрасывать технику к местам военных конфликтов. В 2005 Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Пентагона (DARPA) объявило о разработке программы строительства сверхтяжёлого транспортного дирижабля «Walrus» с грузоподъёмностью от 500 до 1000 тонн. Дальность полёта будет составлять около 22 тыс. км, которые он сможет преодолеть за неделю. DARPA также по заказу ВВС США разрабатывает разведывательный аэростат, способный действовать на верхней границе стратосферы, то есть на высоте порядка 80 км. Фактически это будет суборбитальный аппарат.
В феврале 2005 года в Ираке Пентагон провёл испытания дирижабля «MARTS» (Marine Airborne Re-Transmission Systems), который снабжён аппаратурой, позволяющей поддерживать связь с подразделениями в радиусе 180 км. Он способен противостоять ветру до 90 км/час и в течение двух недель висеть в воздухе без наземного обслуживания.
Американская компания «JP Aerospace» готовит к испытаниям 53-х метровый V-образный дирижабль «Ascender». Первый полёт предусматривает подъём на высоту около 30 км. И возвращение на землю. В случае успешных испытаний Пентагон обещает открыть финансирование на постройку крупного, трёхкилометрового, V-образного дирижабля стратосферного назначения.
7. Перспективы современного развития дирижаблестроения
Хоть и считается что дирижабли – устаревший вид транспорта. В наши дни они помогают метеослужбам, геологам, нефтяникам... Их можно применять как альтернативу непомерно дорогим спутникам на низкой орбите — от 10 до 20 км над землей.
Разрабатываются и уже осуществляются проекты применения дирижаблей на других планетах. Так, Феликс Дубинин совместно с сотрудниками Института космических исследований выдвинул и в черновом варианте проработал идею исследований на Венере с помощью аэростатической техники. Дело в том, что атмосфера на высоте 50—60 км имеет вполне приемлемую температуру, близкую к земной и нормальное давление.
Таким образом, использование пока беспилотных дирижаблей, оснащенных соответствующей техникой, вполне возможно на этой планете. Это намного экономичнее и эффективнее высадки на поверхность дорогих аппаратов, которые собирают ничтожно мало информации и работают чуть ли не считанные минуты. А тепловую энергию венерианской атмосферы можно было бы использовать для работы самого дирижабля.
Такие попытки в наше время — уже реальность. В один из визитов на Венеру послали и аэростатический аппарат (французского производства). Эксперимент оказался удачным. А ведь атмосфера есть не только на Венере, но и на других планетах Солнечной системы и некоторых их спутниках. Так что, воздухотехника вполне может покорить и космическое пространство. Для этого, естественно, применяются технологии несколько иного качества, чем на Земле. Например, вместо гелия используют особую смесь, основным компонентом которой является метан.
Кстати, проблема газа, которым наполняют оболочку дирижабля, стоит давно, и попытки ее решения многочисленны. Проблема состоит в том, что основными газами, использовавшимися в этом случае, традиционно являлись водород и гелий. Но водород опасен, а гелий дорог и редок.
Технологии производства, естественно, тоже совершенствуются. Водород и прорезиненные ткани для оболочки стали достоянием истории. Среди новых применяющихся разработок — углеродные композитные конструкции, тедларовые идакроновые оболочки (помимо популярных нейлоновых), двигатели с поворотом оси, технология сжатия гелия для изменения подъемной силы, навигационные системы со стекло-волоконными линиями связи.
Наконец, к услугам разработчиков теперь — совершенные цифровые технологии.
Следует сказать и о новом источнике энергии для самих дирижаблей. Он существует пока только в проекте, потому что является более дорогим. Речь идет о солнечной энергии и о солнечных батареях. Дело в том, что полет дирижабля проходит на большой высоте и аппарат почти все время освещен солнцем. Было бы заманчиво, учитывая огромную незанятую площадь оболочки, разместить на ней батареи, которые принимали бы втуне пропадающую солнечную энергию и преобразовывали бы ее в электрическую.
Проблема в том, что такие батареи, которые применяются, к примеру, на космических кораблях, то есть поликристаллические, очень дорогие. Выход может быть найден в использовании намного более дешевых аморфных кремниевых пленок. Они очень тонкие и наносятся практически на любую поверхность — гладкую или шероховатую. То есть пленкой вполне можно было бы покрыть и оболочку дирижабля. Единственный их недостаток — маленький коэффициент полезного действия, всего около 5%.
Но все же при помощи простых вычислений оказывается, что такие солнечные батареи выгодны: при объеме дирижабля 50 000 м3 и площади оболочки 7000 м2 они дают около 100 кВт электроэнергии, то есть шестую часть общей, которая затрачивается. Не так уж много, но и немало. Интегрированный двигатель, то есть использующий сразу несколько видов энергии, является наиболее экономичным.
Эта идея уже реализуется в Японии. В настоящее время разрабатывается проект стратосферного дирижабля объемом 400 000 м3 и площадью солнечных батарей 4400 м2. Мощность электродвигателей составляет 513 кВт. А небольшие аппараты такого типа уже строятся.
Другой проект предусматривает в качестве энергии для движения дирижабля атомную. С одной стороны, дирижабли в состоянии поднимать в воздух огромные грузы, в том числе реактор с биологической защитой и газовые турбины, и использование атомной энергии позволило бы двигателю достигать фантастической мощности. С другой стороны, существует вероятность аварии такого аппарата (последствия, очевидно, легко себе представить, если вспомнить об известных событиях в Чернобыле и в двух японских городах) несмотря на большую безопасность аэростатической техники по сравнению с авиационной; кроме того, еще нужно выяснить, оправдает ли себя такой аппарат с экономической точки зрения.
Но все же проект создания дирижабля на атомном ходу очень заманчив и уже разрабатывается в Австрии и в других странах. По одному из проектов масса силовой установки самого атомодирижабля составит 54 т, а перевозить он сможет 200 т груза либо (пассажирский вариант) 800 человек плюс 60 т груза, что, согласитесь, немало. Объем дирижабля — 360 000 м3, а длина — 324 м. Таким образом, реактор, и так снабженный биозащитой, будет удален от пассажирских кают на 150—200 м. А вариант термоплана, грузоподъемность которого составит 9000 т, разрабатывается С. М. Егером. Перспективы заманчивые.
8.Заключение
Популярность аэростатов и дирижаблей в последнее время стала расти. Летательные аппараты легче воздуха начали обретать новую жизнь. Эра воздухоплавания начиналась с фантастических идей, в которые никто не верил, и продолжается по сей день, но уже с осознанием перспективности этого направления науки.
К своему первому полету
человечество шло по двум основным направлениям. Одно связано с созданием
аэродинамической подъемной силы для поддержания самого летающего объекта в
воздухе, в другом - используется аэростатический принцип, физический смысл
которого заключен в разности плотностей воздуха, окружающего тело, и газа,
которым наполнена его оболочка. Другими словами, в основе этого принципа лежит
закон Архимеда, открытый еще в
Прототип военного беспилотного дирижабля HighAltitudeAirship
Дирежаблестроение прошло путь от вычурных идей энтузиастов, через золотой век бурного роста и почти фанатичного увлечения этими удивительными машинами, до полного забвения и почти через столетие вернулось к новым горизонтам своего применения, которые эти исполинские машины обязательно завоюют благодаря улучшенным материалам, перспективным задачам и новым областям применения этих летающих крепостей. Недаром футуристы начала века не представляли будущее без дирижаблей. Эти огромные и в тоже время невесомые гиганты всегда привлекали человеческое внимание не только своими размерами, но и потрясали воображение грацией и торжеством инженерной мысли.
9. Список литературы
1.
2.
3.
4. )
5.
6.
7.
8. )
9.
10.
11.
12.
13."Космический лифт" от 03.07.06
14.
Отзыв на реферат «История дирижаблестроения и становление аэростатики как науки» аспиранта Лукьянычева Д.А
Реферат состоит из введения, шести разделов, заключения и списка литературы, насчитывающего 14 источников.
С информативной точки зрения в реферате представлен довольно интересный материал, затрагивающий, как исторические моменты развития воздухоплавания и аэростатики, связанные со всеми трудностями в развитии данного направления науки, так и перспективы использования накопленных за длительное время исследований, в условиях современной действительности.
Проблема дирижаблестроения рассмотрена и как отдельная ветвь воздухоплавания. А также, в разделе «Аэростаты на службе науки», машины легче воздуха представлены и как вспомогательные, прогрессивные средства в решении научных проблем того времени. Тем самым автором проведена параллель в последовательности и взаимосвязи естествознания и научного знания.
В реферате уделено много внимания историческим персоналиям, раскрыты основные этапы становления и развития инженерной мысли в аэростатике, рассмотрены реалии того времени и пути приложения научной мысли.
В качестве замечания можно привести некоторую непоследовательность в описании современных тенденций развития дирижаблестроения и недостаток реальных примеров современных действующих аппаратов.
Работа построена грамотно, структурирована и отражает глубокое понимание вопроса.
Основываясь на выше сказанном, следует отметить, что представленный реферат отвечает предъявляемым к нему требованиям и оценивается мной оценкой «отлично».
Научный руководитель к.т.н. Казакевич А. В.