Братья Монгольфье и воздухоплавание

Жак Монгольфье (1745-1799) и его брат Жозеф Мишель (1740­1810) были не первыми изобретателями и строителями тепловых аэростатов, однако их имена оказались наиболее известны истории.

Первым был португальский священник отец Бартоломеу де Гуж — маун, который поднялся на шаре, наполненном горячим воздухом в закрытом помещении в 1709 г. Подьячий рязанского воеводы Иван Крякутный сделал то же самое на открытом воздухе в 1731 г., что и было официально зафиксировано а летописи.

И только после этого, в июне 1783 г., состоялся первый полет «Монгольфьера» диаметром 11,4 м и объемом 600 м3„ Аэростат под­нялся до высоты 2000 и и за 10 минут преодолел расстояние около 2,5 км. Пассажиров на нем не было. Более крупный аэростат объе­мом 12000 м3 уже имел «пассажиров»: барана, петуха и утку. 19 сен­тября 1783 г. он поднялся на высоту около 500 м и через 10 минут приземлился на расстоянии 4 км от места старта. Затем последовал непродолжительный подъем консультанта братьев Монгольфье фи­зика Ж. Пилатра де Розье на высоту около 24 м. И, наконец, тот же Розье и маркиз д’Арланд 21 ноября 1783 г. поднялись на аэростате высотой 22,7 м и диаметром около 15 м на высоту 100 м и совершили при большом стечении публики 25-минутный полет иа дальность около 9 км. Французская пресса поспешила назвать этот полет пер­вым полетом людей на летательном аппарате. Аэростат был изго­товлен из льняного полотна, обклеен бумагой с красочными узора­ми, имел галерею для экипажа и топку для сжигания соломы для поддержания высокой температуры внутри оболочки. Общая масса оболочки и галереи составляла 675 кг.

В том же 1783 г. француз Ж. Шарль совершил первый в мире полет на аэростате, заполненном водородом.

Первый в истории научный полет на высоту 2600 м совершил в 1804 г. российский академик Я. Д. Захаров.

Первый полет управляемого аэростата объемом 2,5 тыс. м — ди­рижабля — был совершен в 1852 г. Аири Жиффаром в Париже. Французское слово «дирижабль* и означает «управляемый*.

В 1887 г. для наблюдения солнечного затмения совершил полет на воздушном шаре 53-летний Д. И. Менделеев.

В 1910 г. иа вооружение русской армии поступили первые дири­жабли «Кречет* и «Альбатрос*, а к 1914 г. армия имела уже 11 воз­духоплавательных рот и одно отделение, оснащенные 14-ю дири­жаблями и привязными аэростатами. Дирижабли могли летать со скоростью до 70 км/ч и длительностью до 30 ч.

В дальнейшем иа вооружении российской, потом Красной (с 1917 г.), а затем Советской армии находились дирижабли «Норве­гия» (с 1923 г.), «Граф Цеппелин» (с 1928 г.), «Победа* (с 1944 г.), GA-42 (с 1987 г.), а в народном хозяйстве — дирижабли «СССР-В — 1», «СССР-В-5*, «СССР-В-6*. «МС-2». Дирижабль В-1 был построен в 1932 г ЦАГИ и заводом «Каучук» (объем 2,2 тыс. м3, длина 45 м), а В-5 сооружался «Дирижаблестроем* в 1932-1934 гг под руководст­вом У. Нобиле ( объем 2,158 тыс. м3, длина 47,5 м) как и В-6 (рис. 9, а). Дирижабль В-6, установивший в сентябре 1937 г.^рекорд продол­жительности полета 130 ч. 27 мин (объем 19,4 тыс. м, длина 104,5 м, диаметр 18,38 м, аэростатическая подъемная сила на высоте 500 м — до 199,1 кН, масса конструкции 12 т, общая мощность трех двигате­лей 530 кВт).

О возможностях дирижаблей говорит такой факт: немецкий LZ — 127 постройки 1928 г. (рис. 9, б) совершил 590 полетов, прошел 1700 тыс км и перевез 13000 пассажиров. Общий налет аппарата достиг 17177 ч (объем внешний 122000 м3, длина 236,5 м, диаметр 30,5 м, масса конструкции 62,1 т, общая мощность пяти двигателей 2020 кВт, крейсерская скорость 117 м/с). Только в Южную Америку из Германии этот аппарат совершил 136 полетов (расстояние 10000­11000 км)

В России проекты дирижаблей создавали В. Н. Архангельский, О. К. Костович, А. И. Лодыгин, Н. М. Соковнин, И. И. Третесский, К. Э. Циолковский и другие. ’

В частности, К. Э. Циолковскому принадлежит идея о создании цельнометаллического дирижабля с изменяемым объемом. Была по­строена крупномасштабная модель этого дирижабля, но натурная конструкция достроена не была.

К сожалению, дирижабли могут летать лишь иа высотах 3-5 км, в то время как научные задачи требуют подъема на значительно большие высоты. Рекордная высота подъема неуправляемого стра­тостата «Осоавиахим» — 22 км была достигнута в 1934 г, одиако его героический экипаж П. Ф. Федосеенко, И. Д. Усыскин, А. Б. Васенко в результате аварии погибли. Гондола стратостата хранится в Мо — иинском музее авиационной техники ВВС под Москвой.

Одним из важных положительных результатов этого трагическо­го полета было испытание герметичной кабины с людьми на высо­те, где давление воздуха составляет всего 5-Ю3 Па. Не случайно группа инженеров, проектировавшая гондолы, была приглашена С. П. Королевым в ОКБ-1 для участия в создании кабины спускаемо­го аппарата знаменитого гагаринского «Востока», которая повто­ряет геометрию гондол стратостатов.

Рекорд высоты беспилотного стратостата установлен в 1972 г. и составляет 51,8 км (фирма «Уинзен»,США>, а пилотируемого (1966)

37,7 км. Пилот США Николс Пиантаниде погиб при приземлении аппарата.

В настоящее время существуют проекты использования аэроста­тов на Марсе и Венере, то есть аппараты «легче воздуха» стали кос­мическими.

Теория создания аэростатической подъемной силы основана на законе Архимеда. Сила, действующая на 1м3 объема любого тела, равна

RA = pg=g/v=4, Н/м3.

Особенно эффективно эта сила может быть использована на Земле и Венере, что видио из табл. 2.

Охарактеризуем некоторые из аэростатический летательных ап­паратов. В энергетике существуют проекты переиэлучателей, а также солнечных электростанций, представляющих собой огром­ные, весом в десятки тысяч тонн, управляемые аэростаты, распола­гаемые на высоте 25-30 км, где скоростной напор от ветра минима­лен. Аэростат получает энергию в виде лазерного луча от космиче­ской солнечной электростанции (КСЭС) либо снабжается непос­редственно солнечной энергией (концентраторы, солнечные бата­реи и т. д,), котор <я на борту преобразуется и в виде СВЧ-луча пере­дается земным потребителям. Аэростат имеет двойную оболочку, заполнен несущим газом при давлении окружающей среды, что уп­рощает действия экипажа во время аварий, связвииых с разрывом или пробоем оболочки. Форма аэростата и теплофизические режи­мы поддержания параметров в оболочках — главные проблемы со­здания таких конструкций.

Существуют также проекты привязных ветроэлектростанций, когда аэростат располагают на высоте максимальных скоростных напоров ветра (вплоть до 9-12 км) в зоне так называемых струйных течений.

Транспорт — основное назначение дирижаблей. Современные проекты используют новейшие материалы, методы расчетов, навига­ционные приборы и т. д. Дирижабли тикоходиы, зато экономичны и экологически выгодны. Оии нужны в условиях Крайнего Севера, где нет аэродромов и дорог. Их уникальная способность вертикального подъема и посадки, продолжительного зависания над одним местом и глубокого регулирования подъемной силы при помощи балласта и заполняемых воздухом баллонетов позволяет надеяться на осу­ществление погрузочно-разгрузочных и монтажных операций.

В экологии аэростатические средства могут использоваться не только для наблюдения и диагностики, ио и для активного воздей­ствия на очаги пожара. В армии аэростаты и дирижабли использова­лись для корректировки огня артиллерии, поиска подводных лодок и т. д.

Технологическое использование дирижаблей пока весьма огра­ниченно. Существуют проекты «летающих островов* для выращива­ния сельхозпродуктов, для освещения или затенения крупных или важных строек, открытых месторождений, ликвидаций аварий, для организации особо чистых производств и т. д.

В информатике (навигация, связь, наука, реклама, наблюдения за земной поверхностью) дирижабли и аэростаты используются до­вольно широко — практически с самого момента их появления.