Могли выдержать лишь нескольких человек и летели туда, куда их нес ветер. Но людям нужен был летательный аппарат с большей грузоподъемностью, которым они могли бы управлять. Продолжая работать над усовершенствованием воздушного шара, конструкторы создали дирижабль.
Во время своего первого полета дирижабль Анри Жиффара в 1852 г. пролетел 27 км. Но паровой двигатель аппарата был недостаточно мощным, чтобы поворачивать и лететь против ветра.
Первый полет на воздушном шаре осуществили братья Монгольфье в 1783 г. Через несколько недель после этого в воздух поднялся другой шар французского физика Жака Шарля. Шары назвали в честь их конструкторов - монгольфьер и шарльер.
В отличие от монгольфьера шарльер был наполнен не нагретым воздухом, а водородом, который по мере остывания не теряет подъемную силу (чего нельзя сказать о воздухе). Водородные шары стали более распространенным видом летательных аппаратов, чем монгольфьеры.
В 1852 г. французский инженер Анри Жиф-фар усовершенствовал конструкцию шара: вместо круглой оболочки сделал сигарообразную, корзину заменил на длинную гондолу, добавил руль и паровой двигатель мощностью 3 л. с. Транспортное средство назвали «дирижабль», что в переводе с французского означает «управляемый». Средняя скорость дирижабля составляла 8 км/ч. Однако этот летательный аппарат не мог противостоять даже легкому ветерку. Требовался более мощный двигатель, например электрический. Именно его использовали военные инженеры Шарль Ренар и Артур Кребс для своего дирижабля «Ла Франс» («Франция») в 1884 г. Скорость полета «Франции» была 20 км/ч, а энергии аккумулятора хватало лишь на час работы.
Все это были дирижабли нежесткой конструкции, то есть такие, в которых неизменяемость формы оболочки достигается избыточным давлением находящегося внутри нее газа. Дирижабль жесткой конструкции появился в 1897 г. Он был построен австрийским изобретателем Давидом Шварцем. Оболочка нового типа дирижабля удерживала форму благодаря внутренней металлической раме, сделанной из алюминия. Годом позже был сконструирован полужесткий дирижабль: металлические рамы на носу и корме соединял деревянный киль.
В 1901 г. бразильский авиатор Альберто Сантос-Дюмон получил приз в 100 000 франков за полет на дирижабле вокруг Эйфелевой башни. Примерно в это же время немецкий инженер Фердинанд фон Цеппелин начал экспериментировать над созданием своих знаменитых впоследствии цеппелинов. Лишь четвертая по счету модель (LZ-4) оказалась удачной.
Постепенно дирижабли увеличивались в размерах и стали оснащаться не одним, а двумя, тремя и даже четырьмя моторами. Конструкторы начали использовать двигатели внутреннего сгорания .
На этой карикатуре изображен бразильский авиатор Альберто Сантос-Дюмон. Он решил проблему управлении большим дирижаблем, сконструировав большой руль и огромный пропеллер.
Лучи прожекторов освещают цеппелин, бомбардирующий Лондон в 1916 г., во время Первой мировой войны. Немецкие дирижабли были первыми бомбардировщиками, способными нести достаточно большой запас бомб, чтобы вызвать значительные разрушения.
Первые воздушные пассажирские перевозки стал осуществлять в 1910 г. 148-метровый дирижабль «Дойчланд», а вслед за ним 235-метровый «Граф Цеппелин», переносивший пассажиров через Атлантический океан со скоростью 130 км/ч.
В 30-х гг. произошло две серьезные катастрофы, в результате которых многие пассажиры погибли. Сначала было крушение британского дирижабля R-101. Несколько лет спустя та же участь постигла цеппелин «Гинденбург», когда при подлете к месту посадки наполнявший оболочку «Гинденбурга» водород загорелся и взорвался. Эти события положили конец эпохе водородных дирижаблей.
После Второй мировой войны на короткое время воскрес интерес к дирижаблям, наполненным негорючим гелием. Армия США использовала их для патрулирования прибрежных вод. Существовали планы создания грузовых дирижаблей, но эту роль у них перехватили вертолеты.
Воздушный корабль — именно так дословно переводилось немецкое слово Luftschiffbau, которым немецкий граф Фердинанд фон Цеппелин назвал свой первый дирижабль жёсткой конструкции, открывший настоящую эру воздухоплавания. В английском языке, кстати, дирижабль обозначается словом airship, что дословно по-русски означает всё тот же «воздушный корабль. Впоследствии имя самого конструктора стало нарицательным, и в русском языке «цеппелин» теперь является практически полным синонимом французскому слову «дирижабль», как и «джакузи», например, означает ванну с гидромассажем, уже не ассоциируясь с фамилией человека.
Фердинанд фон Цеппелин. Фото: Public Domain
Граф Цеппелин, правда, в дирижаблестроении отнюдь не был первопроходцем — за три года до него другим немецким пионером воздухоплавания уже был запущен дирижабль с жёсткой конструкцией. А на пару десятилетий раньше дирижаблестроение начали развивать и французы. Правда, конструкция их кораблей в корне отличалась от того, что предлагал Цеппелин.
Впервые идею о возможности путешествовать по воздуху с помощью огромной сферы с жёстким каркасом, разные отсеки которой заполнены газом, отставной генерал немецкой армии Цеппелин высказал ещё в 1874 году, сделав соответствующую запись в дневнике. Тогда, правда, его в первую очередь привлекала возможность использовать дирижабли в военных целях.
На военные надобности он делал упор и позднее, отправляя бесконечные письма первым лицам государства. Те, советуясь с другими военными, каждый раз отвечали энтузиасту отказом. Другой наверняка бы просто опустил руки и сдался. Но Цеппелин был не таков. Он начал работу над своим первым «воздушным кораблём» на собственные деньги.
Не опустил он руки и после первых испытаний, которые показали, что расчёты изобретателя недооценили сопротивление воздуха и помехи, которые обычный ветерок может внести в движение дирижабля. Цеппелин и тут не сдался — он принялся осаждать ведущие конструкторские бюро с заказами на всё более и более мощные двигатели, которые могли бы компенсировать воздействие воздуха.
Постепенно, видя его первые успехи, правительство начало проявлять заинтересованность в разработках графа. Ему выдавали даже мизерные гранты, которые, правда, всё равно не шли ни в какое сравнение с суммами, выделяемыми на конструирование дирижаблей самим изобретателем.
В итоге Цеппелин доказал свою правоту 2 июля 1900 года, продемонстрировав первый успешный полёт дирижабля LZ-1 (Воздушный корабль Цеппелина - 1).
Воздушный корабль Цеппелина - 1. Фото: Public Domain
Первый дирижабль Цеппелина провёл в воздухе порядка 20 минут и с помощью двух двигателей, изготовленных компанией «Даймлер», сумел развить скорость чуть более 21 километра в час. Он пролетел над озером, совершив достаточно жёсткую посадку, которая привела к небольшим повреждениям.
«Травмы» цеппелина удалось быстро отремонтировать, чтобы в скором времени осуществить ещё несколько испытательных полётов. Однако положительного впечатления дирижабль на военных не произвёл, и они отказались продолжать спонсировать проект графа.
Но мечта есть мечта. Цеппелин принимает решение усовершенствовать свою первую модель. Для этого он закладывает своё имение, драгоценности супруги и ещё некоторые дорогостоящие вещи. Посильную помощь оказывают друзья разработчика и основатель компании Даймлер, который видит в этой отрасли перспективу. Также на стороне графа остаётся и кайзер Германии. Денег напрямую он не даёт, но позволяет заработать порядка 120 тысяч марок, одобрив государственную лотерею, проведённую Цеппелином.
Модели Цеппелина начали совершенствоваться и расти не только в техническом, но и в прямом смысле. Длина «брюха» третьего воздушного корабля превышала 130 метров, а его скорость уже достигала 50 километров в час. Всё это заставило военных обратить внимание на разработки графа и посмотреть на них под несколько другим углом.
В итоге дирижабли всё-таки были признаны перспективным проектом. Министерство обороны выделило деньги на дальнейшие разработки, но поставило перед конструктором и жёсткие задачи. Так, его новое судно должно было иметь возможность оставаться в движении на протяжении 24 суток. Дальность полёта при этом не должна быть менее 700 километров, а скорость судна должна была составлять 65 километров в час. В итоге дирижабли переписали все рекорды воздухоплавания. Самый длительный полёт проходил на протяжении 118 с небольшим часов. Самый дальний улетел более чем на 11 тысяч километров, из Франкфурта-на-Майне в Рио-де-Жанейро. А максимальная скорость, которую удалось развить воздушному кораблю, составила 140 километров в час.
Дирижаблестроение в Германии, вышедшей на первые роли в этой индустрии, начало развиваться бурными темпами. Разработки графа Цеппелина нашли своё применение не только в военных целях. Дирижабли использовали для транспортировки грузов, перевозки людей, рекламных акций. Размеры дирижаблей всё увеличивались, а их значимость возрастала.
Фото: Public Domain
О воздействии бума дирижаблестроения можно судить лишь по тому факту, что самое высокое здание мира на тот момент, «Эмпайр Стейт Билдинг», было сконструировано таким образом, чтобы его огромный шпиль мог выступать в качестве причальной мачты для гигантских цеппелинов. Архитекторы планировали, что высадку людей можно будет осуществлять на уровне 102 этажа. Правда, после первых же испытаний стало ясно, что сильный ветер не даст пассажирам спокойно сойти на небоскрёб, и идея была быстро признана утопической. Но она была, и уже это говорит о многом.
Именно дирижаблю принадлежит первое кругосветное путешествие по воздуху. Причём в этом путешествии цеппелин (а в путь отправился именно дирижабль конструкции немецкого графа) совершил всего три посадки для дозаправки. Дирижабли же первыми пролетели над Северным полюсом и многими другими труднодоступными природными объектами, которые до этого с воздуха никто не мог ни увидеть, ни сфотографировать.
Дирижабли активно использовались во время Первой мировой войны и зачастую даже участвовали в сражениях. В некоторых армиях военные дирижабли сохранились вплоть до Второй мировой войны, но в военных действиях уже практически не использовались из-за высокой степени своей уязвимости, связанной с трудностями навигации и гигантскими размерами.
Фото: Public Domain
10 сентября 1930 года один из самых известных и, наверно, самый успешный дирижабль (если судить по количеству пройденных километров и совершённых рейсов), «Граф Цеппелин», названный в честь своего 90-летнего создателя, посетил Москву, что стало значительным событием для советской столицы.
Если бы дирижаблестроение продолжило развиваться такими темпами, как в начале прошлого века, вполне возможно, что мы и сегодня бы повсеместно пользовались цеппелинами. Эти огромные летучие конструкции обладали неоспоримыми преимуществами (в основном по части комфорта) даже по сравнению с современными самолётами. Проигрывая, конечно, в скорости передвижения.
Но 6 мая 1937 года произошло непоправимое — потерпел крушение крупнейший дирижабль в истории человечества, «Гинденбург». Венец творчества графа Цеппелина, который называли «Воздушным Титаником», вылетел из Германии 3 мая и уже через 3 дня, преодолев Атлантический океан, должен был совершить успешную посадку в Нью-Йорке.
Фото: Commons.wikimedia.org / CarolSpears
Всё шло как по маслу, 245-метровый гигант (для сравнения длина «Титаника» составляла не намного больше — 269 метров) вовремя прибыл в экономическую столицу США. Пилот даже дал шикарное представление жителям «Большого яблока», проведя своё судно на минимальном расстоянии от высочайшего здания в мире, «Эмпайр Стейт Билдинг». Пассажиры дирижабля могли видеть тех, кто собрался на смотровой площадке, и даже махали им, получая приветственные знаки в ответ.
После круиза над городом дирижабль с 97 пассажирами на борту направился в один из пригородов Нью-Йорка, чтобы совершить посадку. Однако разрешения на приземление командир судна так и не получил из-за штормового предупреждения. Переждав грозовой фронт в воздухе, цеппелин наконец начал снижение. Как раз в этот момент произошло возгорание в передней части дирижабля. Вскоре летательный аппарат, весь охваченный огнём благодаря легковоспламеняемому водороду, которым были заполнены его секции, рухнул на землю. Либо от огня, либо от травм, полученных при падении, погибли 35 пассажиров из 97, находящихся на борту.
Фото: Public Domain
Это происшествие привело к закату эры воздушных кораблей. Катастрофа была заснята на фото- и видеокамеры. Кадры разлетелись по всему свету. Крушение имело такой резонанс, что вскоре все пассажирские полёты на дирижаблях были отменены. Цеппелины продолжили использоваться для доставки грузов и некоторых военных целей, но недолго.
Пару лет спустя крупнейшие дирижабли были отправлены на слом, хотя существовали технологии, которые могли позволить сделать перелёты безопасными. Так, например, вместо легковоспламеняемого водорода вполне можно было использовать гелий. Правда, США, единственный экспортёр этого газа на планете на тот момент, отказался осуществлять поставки в Германию. Из-за этого «Гинденбург», изначально проектируемый под гелий, и был переоборудован под использование водорода.
Также не ясны и причины, которые привели к возгоранию в передней части «Гинденбурга». Самая популярная версия — практически невероятное совпадение атмосферных условий с недостатками конструкции самого дирижабля, что привело к воспламенению водорода в одной из секций. Но есть и теория заговора, согласно которой в носовую часть цеппелина было помещено взрывное устройство с часовым механизмом. Оно якобы должно было сработать в тот момент, когда дирижабль уже приземлился и все пассажиры покинули палубу. Однако из-за задержки в связи с грозовым фронтом часовой механизм якобы сработал в тот момент, когда люди ещё находились на борту, что и привело к трагедии.
Истинную причину не установили до сих пор и теперь уже вряд ли когда-либо установят. Нам же остаётся лишь сожалеть о том, что такое красивое и удобное средство передвижения по планете осталось в прошлом.
В наши дни дирижабли продолжают использоваться, но в основном в рекламных целях.
Фото: Creative commons/ AngMoKio
ДИРИЖАБЛЬ (от французского dirigeable - управляемый), летательный аппарат легче воздуха, аэростат с движителем, способный двигаться независимо от направления воздушных потоков. Имеет удлинённый обтекаемый корпус, наполненный подъёмным газом (гелий, водород или тёплый воздух), создающим аэростатическую подъёмную силу. Полёт дирижабля осуществляется за счёт силы тяги, создаваемой силовой установкой с воздушными винтами, обеспечивающей его взлёт, посадку и движение. Воздушные винты, приводимые во вращение двигателями, сообщают дирижаблю поступательную скорость 60-150 км/ч.
Различают дирижабли мягкой (нежёсткой), полужёсткой и жёсткой систем. Внешняя оболочка мягкого и полужёсткого дирижабля, являющаяся несущим элементом конструкции (наполняется подъёмным газом), изготавливается из мягких прочных и газонепроницаемых материалов. Устойчивость формы оболочки мягкого и полужёсткого дирижабля остаётся неизменяемой (при изменении температуры и атмосферного давления) благодаря находящемуся внутри неё одному или нескольким баллонетам (камера, наполненная воздухом, изготовляется из газонепроницаемых тканей или плёночных материалов). При уменьшении объёма газа в оболочке баллонеты (располагаются, как правило, в нижней части оболочки) заполняются соответствующим объёмом воздуха. На полужёстких дирижаблях (рис. 1), разделённых поперечными диафрагмами (для повышения надёжности дирижабля), баллонеты имеются во всех отсеках. Наполнение баллонетов воздухом осуществляется от улавливателя, установленного за воздушным винтом, или от специального вентилятора. Полужёсткий дирижабль отличается от мягкого дирижабля наличием снизу оболочки килевой фермы.
Основой конструкции жёсткого дирижабля (рис. 2) является каркас, жёсткость продольных и поперечных связей которого обеспечивается стрингерами и шпангоутами. В жёстком дирижабле подъёмный газ заключён в ряд отдельных мягких баллонов, размещающихся в отсеках каркаса. Благодаря каркасу жёсткие дирижабли могут быть очень большими и с металлической обшивкой.
К оболочке мягкого дирижабля подвешивается, а на полужёстких и жёстких дирижаблях непосредственно на ферме или каркасе (соответственно) крепится гондола, с кабиной управления, помещениями для пассажиров и экипажа, топлива и специального оборудования; в кормовой части корпуса дирижабля помещается оперение, состоящее из неподвижных плоскостей - стабилизаторов, к которым на шарнирах крепятся рули управления полётом. В носовой части - причальное устройство для крепления и удержания дирижабля на причальной мачте. Объём дирижаблей мягкой конструкции от 1 до 7 тысяч м 3 , полужёсткой - от 8 до 35 тысяч м 3 , жёсткой - до 200 тысяч м 3 . Современные дирижабли обычно оснащаются газотурбинными двигателями. Полёты дирижабля проводятся на высоте до 3 км, в отдельных случаях от 6 км и более.
Основные достоинства дирижаблей: большая грузоподъёмность и дальность беспосадочных перелётов; дешевизна перевозок, особенно крупногабаритных или массивных грузов; надёжность и безопасность полётов; не требуется взлётно-посадочная полоса (необходима причальная мачта). Недостатки: относительно малая скорость (по сравнению с самолётами и вертолётами); низкая манёвренность (ввиду высокого аэродинамического сопротивления при полёте); сложность приземления; большие размеры ангаров (эллингов).
Историческая справка. 24.9.1852 совершил первый полёт дирижабль конструкции А. Жиффара объёмом 2,5 тысяч м 3 с воздушным винтом, приводимым во вращение паровой машиной мощностью 2,2 кВт, не позволявшей дирижаблю летать даже при слабом ветре. В 1872 испытан в полёте дирижабль объёмом 3,8 тысяч м 3 , с мускульным приводом винта, французского инженера-судостроителя С. Ш. Дюпюи де Лома. В том же году в Австрии Хейленом был построен и испытан дирижабль с корпусом, наполненным светильным газом (объём 2,4 тысяч м 3 , длина 50,4 м, мощность 4 кВт, скорость до 5 м/с). В 1883 по проекту братьев Г. и А. Тиссандье испытан дирижабль объёмом 1,06 тысяч м 3 , оснащённый электродвигателем с гальваническими элементами, а в 1884 - дирижабль «Франция» Ш. Ренара и А. Кребса объёмом около 2 тысяч м 3 . По существу, это были первые управляемые полёты.
В 1893-94 в России по проекту австрийского изобретателя Д. Шварца построен первый в мире цельнометаллический дирижабль объёмом 3,85 тысяч м 3 , длиной 47,6 м, который был достроен в Германии, где в 1897 совершил полёт.
Первые дирижабли, способные летать против ветра со скоростью до 15 м/с, созданы во Франции и Германии. Большой дирижабль жёсткой конструкции, внешняя обшивка которого сохраняет свою форму неизменной независимо от давления наполняющего его газа благодаря балочному каркасу соответствующей формы, впервые построен в Германии графом Ф. Цеппелином в 1900 году. Потребность более равномерно распределить вес гондолы, силовой установки, топлива и полезного груза по всей длине дирижабля побудило создать килевую конструкцию, которая воплотилась в дирижабли полужёсткой конструкции. Во Франции в 1902 году братья Полем и Пьером Лебоди построен первый полужёсткий дирижабль объёмом 2,3 тысяч м 3 , длиной 53 м. В России в 1908-15 создано 9 дирижаблей, лучшие из которых «Альбатрос II» (объём 9,6 тысяч м 3 , длина 77 м) и «Гигант» (объём около 21 тысяч м 3 , длина 114 м).
В годы 1-й мировой войны дирижабли использовались для проведения бомбардировочных операций, дальних разведок, эскортирования судов, поиска и уничтожения подводных лодок. Применявшиеся в Великобритании, Франции, Италии, Германии и США мягкие и полужёсткие дирижабли объёмом 2-31 тысяч м 3 летали со скоростью 60-100 км/ч. Наиболее известным был немецкий полужёсткий дирижабль РN-27 (объём 31,3 тысяч м 3 , длина 158 м). Однако создатели дирижаблей пренебрегали мерами безопасности, наполняя их дешёвым водородом вместо, например, инертного, но дорогого гелия. Череда катастроф подорвала веру в надёжность и целесообразность использования дирижаблей: потерпел катастрофу (6.5.1937) немецкий дирижабль «Гинденбург», американский «Акрон» и «Мэкон», английский «Р-101», французский «Диксмюде».
Во время 2-й мировой войны дирижабли применялись в США и СССР. Строились дирижабли: учебные (объём 3,5 тысяч м 3), разведчики (объём 5 тысяч м 3), для крейсерских полётов, типа «К» (объём 12 тысяч м 3) и дальних крейсерований (объём 18 тысяч м 3); в основном полужёсткие (типа «К»), которые имели максимальную скорость до 120 км/ч, крейсерскую - 92,5 км/ч, могли летать 50 ч, пролетая 3500-4000 км.
В 21 веке в России и США существуют несколько проектов возрождения дирижаблей: для транспортировки грузов, в том числе нестандартных, необычной формы в районы, куда проблематично осуществлять доставку грузов сухопутным путём или с использованием ЛА; разрабатываются (2005) дешёвые небольшие дирижабли тактического и стратосферного назначения (гражданские и военные), которые будут действовать в верхних слоях атмосферы на высотах 20-25 тысяч м, а также сверхтяжёлые транспортные дирижабли грузоподъёмностью 500-1000 тонн и дальностью полёта около 22 тысяч км.
Лит. смотри при ст. Воздухоплавание.
Однажды отказавшись от дирижаблей, в наши дни человечество находит в этих летательных аппаратов все больше плюсов и выгод. Но вид могучего корабля, проплывающего по небу, настолько притягивает к себе, что уже ради этого величественного зрелища хочется, чтобы они вернулись…
Как правило, статьи о современных дирижаблях начинаются с воспоминаний о том, как почти 70 лет назад на американской авиабазе Лейкхерст погиб в огне гигантский немецкий цеппелин «Гинденбург», а три года спустя Герман Геринг приказал разобрать оставшиеся дирижабли на металлолом и подорвать ангары. Эпоха дирижаблей тогда закончилась, пишут обычно журналисты, но вот теперь интерес к управляемым аэростатам снова активно возрождается. Однако подавляющее большинство наших сограждан если где и видят «возродившиеся» дирижабли, то только на разного рода аэрошоу — там они обычно применяются в качестве оригинальных рекламных носителей. Неужели это все, на что способны эти удивительные воздушные корабли? Чтобы выяснить, кому и зачем нужны сегодня дирижабли, пришлось обратиться к специалистам, строящим дирижабли в России.
Дирижабль — это управляемый самодвижущийся аэростат. В отличие от обычного воздушного «шара, который летит» исключительно по направлению ветра и может маневрировать только по высоте в попытке поймать ветер нужного направления, дирижабль способен двигаться относительно окружающих воздушных масс в направлении, выбранном пилотом. Для этой цели летательный аппарат оснащен одним или несколькими двигателями, стабилизаторами и рулями, а также имеет аэродинамическую («сигарообразную») форму. В свое время дирижабли «убила» не столько череда ужаснувших мир катастроф, сколько авиация, развивавшаяся в первой половине ХХ века сверхбыстрыми темпами. Дирижабль тихоходен — даже самолет с поршневыми двигателями летает быстрее. Что уж говорить о турбовинтовых и реактивных машинах. Разгонять дирижабль до самолетных скоростей мешает большая парусность корпуса — сопротивление воздуха слишком велико. Правда, время от времени говорят о проектах сверхвысотных дирижаблей, которые поднимутся туда, где воздух сильно разрежен, а значит, и сопротивление его значительно меньше. Это якобы позволит развивать скорость в несколько сотен километров в час. Однако пока подобные проекты проработаны только на уровне концепции.
17 августа 2006 года пилот Станислав Федоров достиг на тепловом дирижабле российского производства «АвгурЪ» AU-35 («Полярный гусь») высоты 8180 метров. Так был побит мировой рекорд, продержавшийся 90 лет и принадлежавший немецкому дирижаблю Zeppelin L-55. Рекорд «Полярного гуся» стал первым шагом в выполнении программы «Высокий старт» — проекта Русского Воздухоплавательного Общества и Группы компаний «Метрополь» по запуску лёгких космических аппаратов с высотных дирижаблей. В случае успеха этого проекта, в России будет создан передовой аэростатно-космический комплекс, способный экономично выводить на орбиту частные спутники весом до 10−15 килограммов. Одно из предполагаемых направлений использования комплекса «Высокий старт» — запуск геофизических ракет для исследования приполярных областей Северного Ледовитого океана.
Проигрывая авиации в скорости, управляемые аэростаты при этом имеют ряд важных преимуществ, благодаря которым, собственно, возрождается дирижаблестроение. Во‑первых, сила, которая поднимает аэростат в воздух (известная всем со школьной скамьи сила Архимеда), совершенно бесплатна и не требует затрат энергии, в отличие от подъемной силы крыла, которая напрямую зависит от скорости аппарата, а значит, от мощности двигателя. Дирижаблю же двигатели нужны в основном для перемещения в горизонтальной плоскости и маневрирования. Поэтому летательные аппараты такого типа могут обходиться моторами значительно меньшей мощности, чем потребовались бы самолету при равной величине полезной нагрузки. Отсюда, а это уже во‑вторых, вытекает большая по сравнению с крылатой авиацией экологическая чистота дирижаблей, что в наше время чрезвычайно важно.
Третий плюс дирижаблей — их практически неограниченная грузоподъемность. Создание сверхгрузоподъемных самолетов и вертолетов имеет ограничения по прочностным характеристикам конструкционных материалов. Для дирижаблей же таких ограничений нет, и воздушный корабль с полезной нагрузкой, например, 1000 т — вовсе не фантастика. Добавим сюда возможность длительное время находиться в воздухе, отсутствие необходимости в аэродромах с длинными взлетно-посадочными полосами и большую безопасность полетов — и у нас получится внушительный список достоинств, которые вполне уравновешивают тихоходность. Впрочем, и тихоходность, как выяснилось, можно скорее отнести к достоинствам воздушных кораблей. Но об этом чуть позже.
В дирижаблестроении выделяются три основные типа конструкции: мягкая, жесткая и полужесткая. Практически все современные дирижабли относятся к мягкому типу. В англоязычной литературе их обозначают термином «blimp». Во время Второй мировой войны американская армия активно использовала «блимпы» для наблюдения за прибрежными водами и конвоирования судов. Дирижабли с жестким каркасом часто называют «цеппелинами» в честь изобретателя этой конструкции графа Фридриха фон Цеппелина (1838 — 1917).
Наша страна — один из мировых центров возрождающегося дирижаблестроения. Лидер отрасли — группа компаний «Росаэросистемы». Побеседовав с ее вице-президентом Михаилом Талесниковым, мы выяснили, как устроены современные российские дирижабли, где и как они используются и что нас ждет впереди.
Сегодня в работе находятся два типа дирижаблей, созданных конструкторами «Росаэросистем». Первый тип — это двухместный дирижабль AU-12 (длина оболочки 34 м). Аппараты такой модели существуют в трех экземплярах, и два из них время от времени используются московской милицией для патрулирования МКАД. Третий дирижабль продан в Таиланд и применяется там в качестве рекламного носителя.
Дирижабли полужёсткого типа отличаются наличием в нижней части оболочки, как правило, металлической фермы, препятствующей деформации оболочки, однако, как и в мягкой конструкции, форма оболочки поддерживается давлением подъемного газа. К полужесткому типу относятся современные немецкие дирижабли «Zeppelin NT», имеющие внутри оболочки поддерживающий каркас из углепластика.
Гораздо более интересная работа у дирижаблей системы AU-30. Аппараты этой модели отличаются более крупными габаритами (длина оболочки 54 м) и, соответственно, большей грузоподъемностью. Гондола AU-30 способна вместить десять человек (двух пилотов и восемь пассажиров). Как рассказал нам Михаил Талесников, в настоящее время ведутся переговоры с заинтересованными сторонами о возможности организации элитных воздушных туров. Полет на небольшой высоте и на малой скорости (вот оно — преимущество тихоходности!) над красивыми природными ландшафтами или памятниками архитектуры и в самом деле сможет стать незабываемым приключением. Подобные туры проходят в Германии: дирижабли возрожденной марки Zeppelin NT катают туристов над живописным озером Бодензее, в тех самых краях, где когда-то отправился в полет первый немецкий дирижабль. Однако российские дирижаблестроители уверены, что главное предназначение их аппаратов не реклама и развлечения, а выполнение серьезных задач промышленного характера.
Вот пример. Энергетические компании, имеющие в своем распоряжении линии электропередач, должны регулярно проводить мониторинг и диагностику состояния своих сетей. Удобнее всего это делать с воздуха. В большинстве стран мира для такого мониторинга применяются вертолеты, однако у винтокрылой машины есть серьезные недостатки. Помимо того что вертолет неэкономичен, у него еще и весьма скромный радиус действия — всего 150−200 км. Понятно, что для нашей страны с ее многотысячекилометровыми расстояниями и обширным энергетическим хозяйством это слишком мало. Есть и еще одна проблема: вертолет в полете испытывает сильную вибрацию, в результате чего чувствительное сканирующее оборудование дает сбои. Движущийся медленно и плавно дирижабль, способный преодолевать тысячи километров на одной заправке, напротив, идеально подходит для задач мониторинга. В настоящий момент одна из российских фирм, разработавших основанное на лазерных технологиях сканирующее оборудование, а также программное обеспечение к нему, использует два дирижабля AU-30 для оказания услуг энергетикам. Дирижабль этого типа может применяться и для разнообразных видов мониторинга земной поверхности (в том числе в военных целях), а также для картографирования.
Многоцелевой дирижабль Au-30 (многоцелевой патрульный дирижабль объемом более 3000 куб. метров) предназначен для выполнения полетов в течение продолжительного времени, в том числе на малой высоте и с малой скоростью. Крейсерсакая скорость 0−90 км/ч // Мощность маршевого двигателя 2х170 л.с. // Максимальная дальность полета 3000 км // Максимальная высота полета 2500 м.
Практически все современные дирижабли, в отличие от цеппелинов довоенной эпохи, относятся к мягкому типу, то есть форма их оболочки поддерживается изнутри давлением подъемного газа (гелия). Объясняется это просто — для аппаратов сравнительно небольших размеров жесткая конструкция неэффективна и уменьшает полезную нагрузку из-за веса каркаса.
Несмотря на то что дирижабли и аэростаты относят к классу аппаратов легче воздуха, многие из них, особенно при полной загрузке, имеют так называемый перетяж, то есть превращаются в аппараты тяжелее воздуха. Это относится и к AU-12 и AU-30. Выше мы уже говорили о том, что дирижаблю, в отличие от самолета, двигатели нужны в основном для горизонтального полета и маневрирования. И вот почему «в основном». «Перетяж», то есть разница между силой земного притяжения и архимедовой силой, компенсируется за счет небольшой подъемной силы, которая появляется, когда встречный поток воздуха набегает на имеющую специальную аэродинамическую форму оболочку дирижабля — в данном случае она работает как крыло. Стоит дирижаблю остановиться — и он начнет опускаться к земле, ведь архимедова сила не полностью компенсирует силу притяжения.
Двухместный дирижабль АU-12 предназначен для подготовки пилотов воздухоплавателей, патрулирования и визуального контроля автодорог и городских территорий в интересах экологического мониторинга и ГАИ, контроля за чрезвычайными ситуациями и спасательных операций, охраны и наблюдения, рекламных полетов, качественной фото, кино, теле- и видеосъемки в интересах рекламы, телевидения, картографии. 28 ноября 2006 г. впервые в истории Российского воздухоплавания AU-12 был выдан сертификат типа на двухместный дирижабль. Крейсерская скорость 50 — 90 км/ч // Мощность маршевого двигателя 100 л.с. // Максимальная дальность полета 350 км // Максимальная высота полета 1500 м.
Дирижабли AU-12 и AU-30 имеют два режима взлета: вертикальный и с небольшим пробегом. В первом случае два винтовых двигателя с переменным вектором тяги переходят в вертикальное положение и таким образом отталкивают аппарат от земли. После набора небольшой высоты они переходят в горизонтальное положение и толкают дирижабль вперед, в результате чего возникает подъемная сила. При посадке двигатели вновь переходят в вертикальное положение и включаются на реверсивный режим. Теперь дирижабль, напротив, притягивается к земле. Такая схема позволяет преодолеть одну из главных проблем эксплуатации дирижаблей в прошлом — сложность со своевременной остановкой и точным причаливанием аппарата. Во времена могучих цеппелинов их приходилось буквально отлавливать за спущенные вниз тросы и закреплять у земли. Причаливающие команды насчитывали в те времена десятки и даже сотни человек.
При взлете с пробегом двигатели изначально работают в горизонтальном положении. Они разгоняют аппарат до возникновения достаточной подъемной силы, после чего дирижабль поднимается в воздух.
«Небесная яхта» ML866 Aeroscraft
Интересные проекты дирижаблей нового поколения разрабатываются на североамериканском континенте. Создать «небесную супер-яхту» ML 866 намерена в недалеком корпорация Wordwide Aeros. Этот дирижабль сконструирован по гибридной схеме: в полете около 2/3 веса машины будут компенсироваться архимедовой силы, а подниматься вверх аппарат будет благодаря подъемной силе, возникающей при обтекании набегающим потоком воздуха оболочки корабля. Для этого оболочке будет придана специальная аэродинамическая форма. Официально ML 866 предназначен для VIP-туризма, однако, если учесть, что Wordwide Aeros получает финансирование в частности от государственного агентства DARPA, занимающегося оборонными технологиями, не исключено использование дирижаблей в военных целях, например для наблюдения или связи. А канадская компания Skyhook совместно с Boeing объявила о проекте JHL-40 — грузового дирижабля с полезной нагрузкой 40 т. Это тоже «гибрид», однако здесь архимедова сила будет дополняться тягой четырех роторов, создающих тягу по вертикальной оси.
Маневрирование по высоте и управление подъемной силой пилот осуществляет, в частности, меняя тангаж (угол наклона горизонтальной оси) дирижабля. Этого можно добиться как с помощью закрепленных на стабилизаторах аэродинамических рулей, так и путем изменения центровки аппарата. Внутри оболочки, накачанной находящимся под небольшим давлением гелием, находятся два баллонета. Баллонеты — это мешки из воздухонепроницаемой материи, в которые нагнетается забортный воздух. Управляя объемом баллонета, пилот изменяет давление подъемного газа. Если баллонет раздувается, гелий сжимается и плотность его растет. При этом архимедова сила падает, что приводит к снижению дирижабля. И наоборот. При необходимости можно перекачивать воздух, например, из носового баллонета в кормовой. Тогда при изменении центровки угол тангажа примет положительное значение, а дирижабль перейдет в кабрирующее положение.
Нетрудно заметить, что современный дирижабль имеет довольно сложную систему управления, предусматривающую работу рулями, варьирование режима и вектора тяги двигателей, а также изменение центровки аппарата и величины давления подъемного газа с помощью баллонетов.
Еще одно направление, в котором работают отечественные дирижаблестроители, — это создание тяжелых грузопассажирских дирижаблей. Как уже говорилось, для дирижаблей ограничений по грузоподъемности практически не существует, а потому в перспективе могут быть созданы настоящие «воздушные баржи», которые будут способны перевозить по воздуху почти все что угодно, включая сверхтяжелые негабаритные грузы. Задача упрощается тем, что при изменении линейных габаритов оболочки грузоподъемность дирижабля вырастает в кубической пропорции. К примеру, AU-30, имеющий оболочку длиной 54 м, может брать на борт до 1,5 т полезного груза. Дирижабль нового поколения, разрабатываемый сейчас инженерами «Росаэросистем», при длине оболочки всего на 30 м больше возьмет полезную нагрузку 16 т! В перспективных планах группы компаний — строительство дирижаблей с полезной нагрузкой 60 и 200 т. Причем именно в этом сегменте дирижаблестроения должна произойти маленькая революция. Впервые за многие десятилетия в воздух поднимется дирижабль, выполненный по жесткой схеме. Подъемный газ будет помещаться в мягких баллонах, жестко прикрепленных к каркасу, укрытому сверху аэродинамической оболочкой. Жесткий каркас добавит дирижаблю безопасности, так как даже в случае серьезной утечки гелия аппарат не утратит аэродинамическую форму.
История воздушных катастроф с большим количеством жертв берет свое начало в эпохе дирижаблей. Британский дирижабль R101 отправился в свой первый полет в 5 октября 1930 года. На борту он нес государственную делегацию во главе с министром воздушного сообщения Кристофером Бёрдвеллом Лордом Томпсоном. Через несколько часов после старта R101 снизился до опасной высоты, врезался в холм и сгорел. Причиной катастрофы стали просчеты в проектировании. Из 54 пассажиров и членов экипажа погибли 48, включая министра. 73 американских военных моряка погибли, когда попавший в бурю дирижабль «Акрон» упал в море, неподалеку от побережья штата Нью-Джерси. Случилось это 3 апреля 1933 года. Людей убил не удар при падении, а ледяная вода: на дирижабле не было ни одной спасательной лодки и лишь несколько пробковых жилетов. Оба погибших дирижабля были накачаны взрывоопасным водородом. Гелиевые дирижабли значительно безопаснее.
Другой интересный проект, по которому в группе компаний «Росаэросистемы» уже проведены НИОКР, — это геостационарный стратосферный дирижабль «Беркут». В основе идеи — свойства атмосферы. Дело в том, что на высоте 20−22 км ветровой напор относительно невелик, причем ветер имеет постоянное направление — против вращения Земли. В таких условиях довольно легко с помощью тяги двигателей зафиксировать аппарат в одной точке относительно поверхности планеты. Стратосферный геостационар можно использовать практически во всех областях, в которых сейчас применяются геостационарные спутники (связь, передача теле- и радиопрограмм и т. д.). При этом дирижабль «Беркут» будет, разумеется, существенно дешевле любого космического аппарата. Кроме того, если спутник связи выходит из строя, ремонту он уже не подлежит. «Беркут» же в случае любых неполадок всегда можно будет спустить на землю, чтобы провести необходимую профилактику и ремонт. И наконец, «Беркут» — это абсолютно экологически чистый аппарат. Энергию для двигателей и ретранслирующей аппаратуры дирижабль возьмет от солнечных батарей, размещенных на верхней части оболочки. В ночное время питание будет производиться за счет аккумуляторов, накопивших электричество в течение дня.
Дирижабль «Беркут»
Внутри оболочки «Беркута» — пять тканых емкостей с гелием. У поверхности земли закачанный в оболочку воздух будет сдавливать емкости, повышая плотность подъемного газа. В стратосфере, когда «Беркут» окажется в окружении разреженного воздуха, воздух из оболочки будет откачан, и емкости под давлением гелия раздуются. В результате плотность его упадет и, соответственно, возрастет архимедова сила, которая будет удерживать аппарат на высоте. «Беркут» разработан в трех модификациях — для высоких широт (HL), для средних широт (ML), для экваториальных широт (ET). Геостационарные характеристики дирижабля позволяют осуществлять функции наблюдения, связи и передачи данных над территорией, площадью более 1 млн км 2 .
Все дирижабли, о которых шла речь в этой статье, относятся к газовому типу. Однако существуют еще и тепловые дирижабли — фактически управляемые монгольфьеры, в которых подъемным газом служит нагретый воздух. Они считаются менее функциональными, чем их газовые собратья, в основном из-за более низкой скорости и худшей управляемости. Основная сфера применения тепловых дирижаблей — аэрошоу и спорт. И именно в спорте России принадлежит высшее достижение.
17 августа 2006 года пилот Станислав Федоров достиг на тепловом дирижабле российского производства «Полярный гусь» высоты 8180 м. Однако и спортивным дирижаблям, возможно, будет найдено практическое применение. «Полярный гусь», поднявшись на высоту 10−15 км, сможет стать своего рода первой ступенью системы космических запусков. Известно, что при космических стартах значительное количество энергии тратится именно на начальной стадии подъема. Чем дальше от центра Земли находится стартовая площадка, тем больше экономия топлива и тем большую полезную нагрузку удается вывести на орбиту. Именно поэтому космодромы стараются размещать ближе к экваториальной области, чтобы выиграть (за счет приплюснутой формы Земли) несколько километров.
Благодаря французскому глаголу со значением «управлять» в русском языке появились как минимум два слова. Одним из них - словом дирижер - называют человека, управляющего группой музыкантов. Вторым словом называют управляемый - в отличие от неуправляемого монгольфьера - аэростат. Знакомьтесь: дирижабль.
По определению, дирижаблем называют летательный аппарат легче воздуха, аэростат с двигателем. Двигатель и позволяет дирижаблю двигаться независимо от направления воздушных потоков. Понятно, что дирижабли возникли только после появления двигателей: до этого мечтающее о небе человечество обходилось воздушными шарами-монгольфьерами.
Изобретателем дирижабля считают французского математика Жана Батиста Мари Шарля Менье. Он придумал все: форму эллипсоида, три пропеллера для осуществления управляемости, которые должны были вращать вручную аж 80 человек, две оболочки: чтобы изменять объем газа и, следовательно, высоту полета.
Осуществил идеи Менье совсем другой человек, французский инженер Анри Жиффар. Он сконструировал первый в мире дирижабль с паровым двигателем мощностью в три лошадиные силы. В сентябре 1852 года Жиффар поднялся на нем над Парижским ипподромом и пролетел примерно 30 километров со средней скоростью 10 километров в час. Вот от этого полета и отсчитывают эру моторной авиации и эру дирижаблей.
Еще через двадцать лет на подобный летательный аппарат установили двигатель внутреннего сгорания - это сделал немецкий инженер Пауль Хенлейн.
Дирижабль Жиффара принято называть мягким дирижаблем. В таких системах матерчатый корпус служит также оболочкой для газа. Великий Циолковский отмечал недостатки таких дирижаблей: невозможность держать высоту, высокая вероятность пожаров, плохая горизонтальная управляемость.
Если в нижнюю часть оболочки установить металлическую ферму, то получится полужесткий дирижабль - такой была знаменитая «Италия» Умберто Нобиле.
Циолковский критиковал мягкие дирижабли не голословно: еще в 80-х годах XIX века он рассчитал и предложил проект большого грузового дирижабля жесткой конструкции с металлической обшивкой.
Ранние дирижабли весь объем газа держали в единой оболочке, которая являлась простой промасленной тканью. Потом оболочки стали создавать из прорезиненных материалов. Так увеличился срок эксплуатации дирижабля. Немного позже газ стали разделять на разные баллоны.
Дирижабли различаются между собой по:
Типу оболочки, которая может быть жесткой, мягкой и полужесткой;
По силовой установке (бензиновый или дизельный двигатель, электродвигатель или паровая машина)
По назначению (для пассажирских перевозок, военные или грузовые)
По способу управления архимедовыми силами (термические дирижабли, вытеснительные или комбинированные) и т.п.
Придуманное в России осуществили . На собственные средства граф Цеппелин выстроил жесткий дирижабль и самолично испытал его. К Первой мировой войне дирижабли графа, которые в его честь назвали «цеппелинами», стали средством передвижения.
Ещё во времена, когда первые самолёты были похожи больше на летающие этажерки, дирижабли уже летали и поражали воображение людей своими размерами, элегантными формами и лётными возможностями. А в первой половине ХХ века началось настоящее соревнование между дирижаблями и самолётами в их практическом использовании для гражданских и военных целей.
В войну цеппелины бомбили Лондон, после ее окончания - челноком мотались через Атлантику, а один даже совершил кругосветный перелет. Подвел цеппелины водород, который использовали вместо гелия: после взрыва и пожара дирижабля «Гинденбург», прозванного «небесным "Титаником"», цеппелины ушли в историю.
В первый дирижабль построили в 1923 году. Потом при главном управлении Главвоздухфлота создали Дирижаблестрой и пригласили в конструкторы Нобиле. Нобиле справился, и полужесткий советский дирижабль «СССР В-5» создал. Потом создали «СССР В-6», и он даже установил мировой рекорд продолжительности полета.
Особенно в дирижаблестроении преуспела Германия, чьи комфортабельные аппараты начали перевозки пассажиров и грузов на большие расстояния. И кто знает, какое средство победило бы в этом соревновании, если бы не война, которая отвергла дирижабли из-за их тихоходности и лёгкой поражаемости даже простым оружием. Конечно, в бою самолёты были быстрее, манёвреннее, лучше защищены и т.д., а моторное топливо было тогда относительно дешёвое.
Несмотря на это, интерес к дирижаблям не угасал в течение всего ХХ века, особенно когда начались всякие энергетические кризисы, но их массовое производство не состоялось. Во-первых, трудно преодолеть конкуренцию самолётостроения, превратившегося в гигантскую индустрию, а во-вторых, в техническом отношении дирижаблестроение далеко отстало как в смысле конструкции, так и в отношении инфраструктуры для проектирования, строительства и обслуживания.
В конце ХХ - начале XXI века интерес к дирижаблям вновь усилился вследствие резкого подорожания моторного топлива и их очевидных преимуществ перед авиацией. Чем же так привлекает дирижабль?
При использовании гелия он намного безопаснее самолёта. Ведь гелий не заполняет полностью весь корпус дирижабля, а находится в мешках. Лопнет один мешок - работают остальные. Дирижабль гораздо экологичнее. Для его движения не обязательно использовать углеводородное топливо. Можно применить атомные двигатели, электродвигатели, в том числе на солнечных батареях, и т.д.
В российском «воздухоплавательном флоте» пока имеется 7 транспортных кораблей. Но уже действуют федеральные и региональные программы разработки и строительства дирижаблей различного назначения. Не отстаёт с заказами и Министерство обороны РФ. При этом используются как прежние, ранее не реализованные идеи К.Э. Циолковского, так и новые разработки, которые позволяют контролировать подъёмную силу дирижабля, совершать вертикальные взлёт и посадку, зависать в воздухе почти без затрат энергии, садиться вертикально на воду и твёрдую поверхность и т.д.
В отечественной разработке находятся гибриды дирижабля и самолёта, которые могут быть использованы в любом режиме - самолётном, вертолётном, как морское судно на воздушной подушке и т.д. Разрабатываются также беспилотные варианты дирижаблей, управляемые с Земли, для перевозки грузов, видеонаблюдения, телекоммуникационных целей и др.
Расскажем о некоторых дирижаблях будущего, разрабатываемых в разных странах. Гидродирижабль предназначен для полёта над поверхностью моря, чтобы перевозить грузы и пассажиров быстрее, чем морские суда, и дешевле, чем самолёты. Конечно, скоростные характеристики у него будут ниже, чем у нашего экраноплана, но уровень сервиса пассажиров - не хуже, чем на комфортабельном океанском лайнере. Этим типом дирижабля интересуются и военные, чтобы использовать его для поиска противника и координации действий своих средств.
Планируется также использовать, взамен спутников Земли, стратосферные дирижабли, поднимающиеся на высоту 20-25 км, для приёма и передачи цифровых радиосигналов, организации мобильной связи и т.д. Применение таких аппаратов обойдётся гораздо дешевле запуска спутников. Кроме того, их оборудование легко заменить, их можно безопасно утилизировать, в то время как спутники утилизировать нельзя, и они ещё долго после выхода из строя представляют опасность для космических аппаратов и экологии. Есть много проектов и для частного использования дирижаблей, типа воздушного велосипеда и др.
В общем, не исключено, что в скором времени мы увидим на экранах своих телевизоров назойливую рекламу типа: «Летайте дирижаблями Росдирижаблефлота - надёжно, выгодно, удобно!».
