Легче легкого

К 225-летию запуска первого воздушного шара

Извечная мечта человечества преодолеть земное притяжение стала реальностью только в конце XVIII века, когда люди начали подниматься в воздух на шарах, наполненных дымом от костров. Уже тогда естествоиспытатели поняли, что внутри шара может быть любой газ, лишь бы он был легче атмосферного воздуха. По их мнению, за счет разности плотностей и возникала подъемная сила, возносящая шар в небо. Как же человечество распорядилось этим изобретением?

Со временем воздушные шары приспособили для путешествий, перевозки грузов, научных исследований. Как водится, не обошлось и без курьезов. Одному французу пришло в голову подняться в воздух на любимом коне. Двое других пошли дальше, использовав шар как место для дуэли. Повредив оболочку шара, дуэлянты вместе с секундантами рухнули с высоты 700 метров и погибли.

Когда и где был поднят в небо первый воздушный шар, науке не известно. Так, в 1973 году мир облетело сенсационное сообщение: в древней стране инков, на территории современного Перу, на наскальных рисунках обнаружено изображение воздушного шара с оболочкой в виде тетраэдра с подвешенной к нему снизу двухместной гондолой. Более того, были показаны этапы его подготовки к полету, включавшие разведение костра, наполнение оболочки горячим воздухом и сам полет. Указывались даже сравнительные размеры оболочки воздушного шара. Современные испытатели решили проверить работоспособность этой системы, и собранный по древним рисункам воздушный шар поднялся на высоту более ста метров!

Потолкуем?

Воздухоплавание — это полеты на летательных аппаратах легче воздуха. Согласно закону Архимеда  аэростаты поднимаются ввысь, когда горячий воздух загоняется в шар с помощью жаровен. Такие летательные аппараты называют монгольфьерами по фамилии французских изобретателей братьев Монгольфье. Современный облик тепловые аэростаты приобрели после усовершенствований американского инженера Пола Эдварда Йоста, который в 1960 году спроектировал компактную, но мощную горелку, работающую на пропане. В современном воздухоплавании используются и газовые аэростаты. Их часто именуют шарльерами в честь их изобретателя — профессора Жака Александра Шарля. Раньше в качестве газа использовался аммиак, водород и даже каменноугольный газ, теперь шары заправляют в основном гелием. Этим же газом частично заправляют и комбинированные аэростаты, или розьеры (по имени первого пилота Пилатра де Розье). Они представляют собой связку нескольких шаров, наполненных различными газами.

Предтечи. Исторический экскурс

Еще в XIV столетии монах Альберт Саксонский исследовал горение костра и выяснил, что дым костра гораздо легче воздуха, поэтому под влиянием огня поднимается в небо. Применить на практике это открытие он не сумел. Но уже в XVI веке английский ученый Скалигер предложил сделать из тончайшего золота оболочку и наполнить ее горячим воздухом, что явилось неким прообразом воздушного шара. Еще через сто лет появился роман Сирано де Бержерака «Иной свет, или Государства и империи Луны», в котором наряду с другими интересными проектами летательных аппаратов для воздушных путешествий описано устройство, напоминающее воздушный шар. Герой романа с помощью двух наполненных дымом герметических оболочек добрался до  Луны, выпустил дым и, пользуясь оболочками как парашютом, спокойно опустился на ее поверхность.

В первой половине XVIII века рязанский подьячий Крякутный сделал большой шар, наполнил его дымом, прикрепил петлю и сел в нее. Затем, как сообщает летопись, «нечистая сила» подняла его выше березы.

Трое в гондоле

Собственно, эпоха воздухоплавания началась 225 лет назад, в сентябре 1783 года, когда в пригороде Парижа впервые побывали в воздухе утка, петух и овца. Спустя полгода первое путешествие на воздушном шаре совершили люди — французы Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз д’Арланд, а парижский изобретатель Андре-Жак Гарнерен в 1797 году первым  совершил прыжок с парашютом с аэростата.

Сначала полеты на аэростатах были, скорее, развлекательными прогулками, но вскоре их  стали применять в научных  и военных целях. В феврале 1805 года адмирал Иван Крузенштерн с соратниками во время русской кругосветной экспедиции впервые использовал воздушный шар для наблюдения воздушных течений. В 1849 году во время борьбы Италии за независимость австрийские войска сбрасывали на Венецию с аэростатов бомбы. Во время франко-прусской войны 1871 года из окруженного немцами Парижа на аэростатах переправили 3 млн писем и депеш общим весом почти 17 тонн, а также 150 пассажиров.

В сентябре 1852 года француз Анри Жиффар совершил первый управляемый полет со скоростью 11 км/час на шаре с паровым двигателем. Так появился дирижабль. Первый дирижабль Ф. Цеппелина (1900 год, Германия) был жесткой системы, такая конструкция  стала основной для подобных аппаратов, строившихся в Германии, Англии и США.  12 мая 1926 года дирижабль «Норвегия» достиг Северного полюса. В 1929 году немецкий дирижабль «Граф Цеппелин» совершил кругосветный перелет протяженностью 35 тыс. километров. В 1931 году швейцарцы Огюст Пикар и Пауль Кипфер поднялись на высоту 15780 м, пробыв в воздухе 16 часов. А вообще, в 30-х годах ХХ века рекорды в продолжительности, дальности и высоте полетов устанавливались в СССР. К 1941 году из 24 официально зарегистрированных Международной авиационной федерацией мировых рекордов 17 принадлежали советским воздухоплавателям!

Возрождение дирижаблей в 1970-х годах было связано с изобретением англичанина Дональда Камерона. Изготовление его теплового дирижабля  стоило намного дешевле, чем производство летательных аппаратов на гелии и других газах. В августе 1988 года в Люксембурге состоялся первый чемпионат мира в дисциплине «Тепловые дирижабли». Сегодня тепловые шары и дирижабли используются в основном для прогулок.

Даешь газу!

С момента зарождения воздухоплавания определяющим фактором его летно-технических характеристик был вопрос правильного подбора топлива. Для горения в горелках необходим был дешевый и доступный газ, способный быстро и эффективно прогреть воздух. Помогли химики, предложившие использовать в качестве горючего смесь  пропана и бутана в равных долях. Газовые баллоны стали изготавливать из алюминиевых сплавов, которые выдерживали давление 10—20 атмосфер. Конструктивно это выглядело так. Над жидким пропаном находился газообразный, который, поступая к фитилю, горел от начала до конца полета. Силу горения фитиля настраивали регулятором. После прогрева воздуха в оболочке до необходимой температуры основную горелку в целях экономии газа выключали. Когда воздушный шар начинал спускаться, что вызывалось охлаждением воздуха в его оболочке, пилот вновь включал основную горелку, воздух подогревался, и шар поднимался вверх.

В современных воздушных шарах высоту полета позволяет изменять воздушный клапан, находящийся в верхней части оболочки и управляемый небольшим двигателем, питаемым от бортового источника энергии. Когда клапан открыт, теплый воздух в оболочке замещается холодным, поступающим через нижнее отверстие, диаметр которого больше диаметра клапана. Объем оболочки шара при этом не изменяется.    

О чем мечтают современные воздухоплаватели?

О перелете через оба полюса Земли? Или как устроить гонки на шарах вокруг планеты? Для жаждущих острых ощущений специалисты НАСА построили гигантский аэростат, похожий на тыкву. Его диаметр — около 128 метров, высота — 78. Гигант, начиненный разнообразной научной аппаратурой, поднимется на высоту 35 километров, оставаясь в воздухе до ста дней. За это время, при наличии благоприятных ветров, он сможет пять раз облететь вокруг земного шара. Управление будет осуществляться по радио и с помощью автопилота. Аппаратуру, спускаемую на парашюте, можно использовать несколько раз. Для питания бортовых систем предусматривается использование солнечных батарей. Запуск такого воздушного шара, как минимум, втрое дешевле, чем спутника. 

Другой оригинальный проект предложили американские студенты-дизайнеры Эрик Рейтер и Дэвид Гудвин: это будет 180-метровый воздушный корабль. Нижняя часть его вертикальной структуры служит килем-стабилизатором, а наполненные гелием понтоны — центральный и два боковых — будут работать как паруса. Такой аэростат можно  использовать в качестве научной базы или туристического воздушного судна.

Учитывая сравнительно несложную систему управления современными воздушными шарами, недорогую подготовку и эксплуатацию, специалисты прогнозируют их дальнейшее развитие и все более активное использование во всех сферах науки и экономики, и особенно в туристическом бизнесе.

Аэрофакты

• Современный рекорд высоты полета принадлежит американцам Малкольму Россу и Виктору Протеру, которые 4 мая 1961 года поднялись над Мексиканским заливом на высоту 34668 метров.
• В августе 1978 года американцы Бен Абруццо, Макси Андерсон и Ларри Ньюмен впервые перелетели на аэростате через Тихий океан.
• В новогоднюю ночь 1998 года американец Стив Фоссетт обвешал гондолу баллонами с пропаном, чтобы подольше подогревать воздух в оболочке, и отправился в полет… Настоящий успех пришел к нему в июле 2002-го, когда он установил мировой рекорд, облетев вокруг света за 13 дней 8 часов 33 минуты на шаре «Дух свободы».
• В 1999 году разгорелась борьба за первенство по совершению беспосадочного облета нашей планеты. Один за другим стартовали экипажи из разных стран. Англичане Энди Элсон и Колин Прескот стартовали в Испании 17 февраля 1999 года и провели в воздухе более двенадцати суток, побив мировой рекорд продолжительности и дальности полета. За ними последовал воздушный шар «Орбитер-3», стартовавший 1 марта из швейцарского городка Шато д’Э. Лишь через 20 дней аэронавты покинули тесную кабину, приземлившись в 800 километрах от Каира. Они смогли преодолеть более 40 тысяч километров.
• До сих пор не побит рекорд самого длительного космического полета воздушных шаров, установленный  в Советском Союзе. Космический аппарат «Вега-1» достиг Венеры в июне 1985 года. На воздушном шаре в атмосферу Венеры  был выпущен модуль, который вел передачу данных об  атмосфере Венеры на Землю в течение 56 минут.