За рахунок чого дирижаблі тримаються в повітрі
Найголовніше в дирижаблі - оболонка, заповнена газом легше повітря, за рахунок якої створюється гідростатична сила. виштовхує дирижабль вгору. Цим вони схожі на повітряні кулі, але на відміну від них дирижаблі можуть не тільки переміщатися вгору-вниз в океанах повітря, але і вільно рухатися по горизонталі, уздовж поверхні землі - навіть без попутного вітру.
Залежно від того, чим наповнена їхня оболонка, дирижаблі бувають двох видів: теплові - їх оболонку наповнюють нагрітим повітрям (його щільність менше щільності навколишнього атмосферного повітря) - і газові. Раніше газові дирижаблі заповнювали воднем - найлегшим з газів, але через вибухонебезпечності воднево-повітряних сумішей інженери перейшли на сусіда водню по таблиці Менделєєва - інертний газ гелій.
Ще дирижаблі класифікують за типом конструкції. Вони можуть бути м'які - їх оболонка нагадує величезна куля, форма якого підтримується виключно тиском газу. Можуть бути полужесткими, коли нижня частина оболонки укладена в металевий каркас, що надає жорсткість всієї конструкції. І нарешті, дирижаблі бувають просто жорсткі - тоді у них є фіксована форма, підтримувана каркасом.
До речі, класична сигарообразная форма властива далеко не всім дирижаблям: вони бувають еліпсоїдними, тороїдальними, лінзоподібними, а іноді нагадують літаючі тарілки.
Як управляти дирижаблем
По вертикалі дирижабль переміщається, змінюючи свою підйомну гідростатичну силу. У теплових дирижаблях можна змінювати температуру закачаного повітря, через що змінюється його щільність і, відповідно, підйомна гідростатична сила. У газових же дирижаблях всередині однієї великої оболонки є ємності поменше - баллонети. в які можна закачувати або відкачувати з них атмосферне повітря, керуючи таким чином загальної щільністю газу всередині дирижабля.
Для руху уздовж поверхні землі дирижаблі постачають двигунами внутрішнього згоряння, що створюють горизонтальну тягу. Крім цього, дирижаблів надають обтічну аеродинамічну форму, і тому під час польоту на них починає діяти аеродинамічна підйомна сила - майже така сама, що діє на крило літака.
Ще у дирижаблів зазвичай є кілька баллонет в кормовій і носовій частині судна. Це дає додатковий простір для маневру: команда дирижабля може, накачуючи баллонети, нахиляти повітряне судно або «вперед», або «назад».
Важливо розуміти, що добре навантажений дирижабль вже далеко не завжди легше повітря, і тоді крім виштовхує аеростатичних сили триматися в повітрі йому допомагають додаткові мотори з вертикальною тягою, а також підйомна аеродинамічна сила. Так що управління дирижаблем - справа непроста. Команді потрібно стежити за наповненням оболонки і баллонет, роботою різноманітних двигунів і управлятися з численними снастями повітряного судна, що регулюють аеродинамічну силу.
Що таке цепеліни
Цепеліни - це в якомусь сенсі «ксерокси». В англійській мові слово zeppelin означає «дирижабль», але в реальності це тільки одна марка дирижаблів жорсткої конструкції, які проводилися німецькою фірмою Zeppelin GmbH з 1899-го по 1938 рік і названих на честь свого творця графа Фердинанда Цепеліна. Всього німці зробили 130 цепелінів: частина поставили в армію, а частина - для цивільних перевезень людей і вантажів.
Найбільше годин серед усіх цепелінів налітав LZ 127 «Граф Цепелін». Це був величезний дирижабль об'ємом 105 тисяч кубічних метрів, довжиною близько 236 метрів і з максимальним діаметром 30 метрів (для порівняння: висота типової п'ятиповерхівки-хрущовки становить 15-20 метрів). Під кілем його оболонки було підвішено кілька гондол для двигунів, а також велика гондола для пасажирів і екіпажу, в якій серед іншого містилася капітанська рубка, технічні приміщення, десять двомісних кают, простора кают-компанія і окреме приміщення з умивальниками.
Перельоти на дирижаблях взагалі і Цепелін зокрема були набагато комфортніше, ніж на тодішніх літаках (та й більшості сучасних теж). Звичайно, конструктори намагалися знизити завантаження повітряного судна, але все-таки можливостей через колосальну вантажопідйомності дирижаблів у них було куди більше, ніж у конструкторів літаків. Іноді це призводило до дивних казусів компромісів: наприклад, на послідовника LZ 127 - LZ 129 «Гінденбург» в кают-компанії було встановлено «полегшене» фортепіано, зроблене з авіаційного сплаву дюралюмінію.
Всього LZ 127 налітав 1,7 млн кілометрів або 17 200 годин. Сумарно він перевіз 13 000 пасажирів, здійснив 590 польотів в різні країни світу і 143 рази перетнув Атлантику.
Обідня зал дирижабля «Гінденбург». Зображення: Bundesarchiv
Дирижаблі - це небезпечно?
«Граф Цепелін» був наповнений воднем і відлітав без серйозних аварій всі дев'ять років своєї служби, поки його не розібрали на метал. Але вже тоді німці розуміли, що це дуже небезпечно, і тому «Гінденбург» був закладений як газовий дирижабль, наповнений гелієм. В реальності все вийшло по-іншому. Потрібну кількість газу тоді можна було купити тільки в США, а американці ввели ембарго на експорт гелію. Після німецька сторона домовилася про особливі умови покупки газу, але за цей час до влади в Німеччині прийшов НСДАП, і в результаті нацисти заборонили імпорт з Америки дорогого гелію, який цілком можна було замінити, на їхню думку, власним воднем.
В результаті величезний «Гінденбург» (він був ще більше «Графа Цепеліна» - 200 тисяч кубометрів обсягу, трохи більше був тільки останній цепелін LZ 130) трохи переробили і заповнили воднем. Щоб уникнути небезпеки німці навіть ввели на дирижаблі деякі строгі правила: у всіх пасажирів і команди перед посадкою вилучалися запальнички, сірники та інші джерела вогню, а курити на судні можна було тільки в курилці, відокремленої від інших приміщень газовими клапанами. Але нічого з цього не допомогло увечері 6 травня 1937 року.
Через кілька секунд пролунав вибух, і, захопившись, дирижабль в кілька хвилин осів на землю. На борту було 97 осіб, 36 з них загинуло. Кого-то роздавала палаюча конструкція, хтось отримав несумісні з життям опіки, а деякі розбилися, коли в паніці стрибали з дирижабля на землю. Пізніше комісія постановила, що аварія була викликана, з одного боку, розгерметизацією одного з балонів з воднем, змішати з повітрям, а з іншого - іскрою, що проскочила в цій вибухонебезпечній атмосфері через наелектризовані у вологому повітрі негоди оболонки.
В історії дирижаблебудування були і страшніші катастрофи. Наприклад, в 1933 році в Атлантику через помилки пілотування впав наповнений гелієм американський військовий дирижабль USS Akron (тоді загинуло 73 з 76 людей, більшість - через обмороження). Але саме крах «Гінденбурга» стало початком кінця дирижаблів. Катастрофа болісно вдарила по іміджу фашистської Німеччини. Німці спочатку заборонили своїм дирижаблям перевозити пасажирів і здійснювати будь-які міжнародні польоти, а потім і зовсім згорнули виробництво цепелінів і пустили останні з них на металобрухт.
Під час Другої світової американці ще використовували дирижаблі в військових цілях, але це був уже захід колишньої слави.
Катастрофа дирижабля «Гінденбург». Nationaal Archief / Spaarnestad Photo
Дирижаблі на війні
Так, свого часу ці неповороткі конструкції, що нагадують величезних китів, були вельми небезпечною зброєю. У 1908 році Герберт Уеллс у книзі «Війна в повітрі» описав бомбардування з дирижаблів, що знищують цілі міста, і скоро його передбачення стали збуватися.
На початку Першої світової війни дирижаблі були майже невразливі. Вони літали на такій великій висоті, що їх було складно підбити і з землі, і з повітря - винищувачам того часу забиратися на таку висоту було важко. В результаті ті ж цепеліни могли майже безкарно атакувати противника.
Пізніше війська все-таки змогли протистояти дирижаблям. Зенітні гармати стали далекобійні, розрахунки ППО працювали точніше і акуратніше, а літаки навчилися підніматися над дирижаблями і скидати на них бомби. До кінця Першої світової дирижаблі вже не були таким грізним зброєю і їх військові функції стали змінюватися. У Другій світовій війні ВМФ США використовували м'які дирижаблі об'ємом 12-18 тисяч кубічних метрів вже не для бомбардування кораблів, міст і різноманітних наземних об'єктів, а для боротьби з підводними човнами. Дирижаблі вистежували їх і атакували глибинними бомбами, а самі при цьому зі зрозумілих причин залишалися у відносній безпеці.
Продовжували використовувати дирижаблі і після Другої світової - найчастіше для радіолокаційної розвідки.
Аеропорти для дирижаблів
На зорі дирижаблебудування з посадкою дирижаблів все було дуже складно. З судна викидалося кілька 200-метрових канатів, а на землі причальна команда, що складалася з десятків або іноді сотень людей, повинна була пов'язати їх з канатами на швартовочного щоглі, за допомогою лебідки підтягти до неї величезний дирижабль і зафіксувати його ніс в стикувальному гнізді. Після цього дирижабль міг як флюгер обертатися навколо своєї щогли.
Відповідно, для всього цього потрібні були і спеціальні щогли, і вміла команда, яка могла акуратно впоратися з цією фізично складним завданням. Але поступово техніка розвивалася, причалювання стало напівавтоматичним і набагато простішим.
Інша справа - ангари для наземної стоянки дирижаблів. Через величезних розмірів самих повітряних суден вони повинні бути настільки великими, що ангари дирижаблів вантажопідйомністю кілька сотень тонн в тисячі разів перевищують розміри ангарів для літаків, і ніякі складські або підсобні приміщення їх «при нагоді», звичайно, замінити не можуть.
Дирижабль «Гінденбург» на авіабазі Лейкхёрст після першого трансатлантичного польоту. Фото: Wikimedia Commons
Дирижаблі проти літаків: мінуси і плюси
З іншого боку, у дирижаблів є свої плюси: їх перебування в повітрі майже безкоштовно (оскільки вони тримаються за рахунок гідростатичної сили) і мало обмежена за часом (радянський B-6 поставив рекорд безперервного польоту - 130 годин); вантажопідйомність дирижаблів набагато менше обмежена конструкційними властивостями матеріалів корпусу, ніж у літаків (більше оболонка з газом - більше вантажу можна підняти); дирижаблі не вимагають злітно-посадкової смуги; використовують значно менш потужні двигуни і, відповідно, менше забруднюють повітря; хід дирижаблів набагато стабільніше, ніж хід вертольотів (тому їх можна використовувати як «повітряні таксі»).
Де зараз використовують дирижаблі і де ще вони можуть знайти застосування
Найкраще дирижаблі підходять для віддаленого моніторингу. Наприклад, зараз для обльоту протяжних ліній електропередач або трубопроводів використовують вертольоти, але в перспективі дирижаблі з їх тривалими безперервними польотами підходять для цих цілей набагато краще, особливо в умовах колосальних територій Росії.
Що стосується майбутнього, то тут мріють про стратосферних дирижаблях, які можна буде запускати на висоту 25-30 кілометрів. Їх можна перетворити на своєрідні геостаціонарні супутники з тими ж самими функціями, що у звичайних супутників, але однією істотною відмінністю: дирижабль можна порівняно легко опустити на землю, обслужити (поміняти, наприклад, обладнання) і знову запустити в стратосферу, де його робота буде підтримуватися енергією сонячних батарей. Такі проекти є у деяких американських, японських і навіть російських компаній - наприклад, «Росаеросістема» проектує стратосферний дирижабль «Беркут».
Інший приклад: російське повітроплавне суспільство і група компаній «Метрополь» планує використовувати теплові дирижаблі (тобто працюють на теплому повітрі, а не на газі) для запуску легких космічних апаратів. Їх задум такий: дирижабль з космічним апаратом на борту злітає на висоту близько 10 км, звідки апарат запускається на орбіту. В рамках цього проекту дирижабль «Полярний гусак» вже побив рекорд висоти для теплових дирижаблів і піднявся на висоту 9818 метрів.
Дирижабль «Полярний гусак». Фото: ІТАР-ТАСС
Також нещодавно стало відомо, що один із засновників компанії Google Сергій Брін будує разом з колишнім директором програм NASA Алау Уестоном гігантський дирижабль. Проектом займається компанія Planetary Ventures, дирижабль розташовується в одному з ангарів, куплених у NASA, але його призначення поки зовсім невідомо. Хто знає, може бути, це один із провісників швидкого повернення величних повітряних китів на наше небо. Ну або просто ностальгічне хобі.