дирижабли для чего использовались
Что такое дирижабли и почему их хотят снова использовать?
Цеппелин, более известный как дирижабль — это управляемый аэростат, движимый силовой установкой, которая работает на основе легковесного водорода или гелия. Всплеск эксплуатации этого транспортного средства пришелся на начало XX века, когда он считался не просто средством передвижения, но и роскошным способом показать свое благосостояние зажиточному слою населения. Спустя почти 80 лет после последней массовой эксплуатации дирижаблей, огромные летающие гиганты могут вернуться в небо и стать частью нашей повседневной жизни. Однако в этот раз дирижабли будут использоваться не для перевозки пассажиров, а в качестве экологически чистого транспортного средства для доставки грузов по всему миру.
На данный момент, количество дирижаблей в мире довольно ограничено. Чаще всего, они используются в качестве оригинальных рекламных средств, при необходимости сбора информации о дорожных ситуациях, а также при организации туристических полетов.
Что такое цеппелины и как они работают?
Цеппелины представляют собой дирижабли жесткой системы, особенность которых значится в распределении несущего газа по отдельным отсекам, находящимся в обтянутом тканью металлическом каркасе. Эти весьма оригинальные устройства названы в честь своего создателя — немецкого графа Фердинанда Цеппелина. Реализация проекта по строительству воздушного аэростата началась в 1899 году, а первый полет дирижабля “Цеппелин — LZ 1” состоялся уже в 1900 году. После удачных испытаний нового летательного аппарата, дирижабли Цеппелина стали использоваться как в военных, так и в гражданских целях. Несмотря на свой невероятный успех, эра дирижаблей закончилась так же быстро, как и началась. Главной причиной отказа от этого воздушного средства передвижения стало крушение цеппелина “Гинденбург” в 1936 году, обернувшееся настоящей катастрофой.
Катастрофа цеппелина LZ 129 Hindenburg унесла с собой жизни 36 человек
Так, 3 мая цеппелин “Гинденбург” отправился из Франкфурта в Лейкхерст. На его борту в общей сложности находилось 97 человек. 6 мая 1936 года, прибыв к посадочной площадке, дирижабль неожиданно загорелся и рухнул на землю с высоты 180 метров. Несмотря на то, что причину возгорания вскоре выяснит специальная комиссия, для людей эта катастрофа становится главным поводом для прекращения эксплуатации цеппелинов. Согласно экспертному мнению, возгорание произошло из-за утечки водорода, которое было вызвано разрывом водородного баллона в момент приземления воздушного транспортного средства.
Цеппелины могут вернуться в небо уже в ближайшее время
Несмотря на неожиданный закат технологии аэростатов, который произошел в начале XX века, спустя почти 80 лет гигантские дирижабли готовы к возвращению. Новейшие цеппелины будут в 10 раз больше, чем 800-фунтовый Гинденбург и в 5 раз больше, чем Эмпайр-Стейт-Билдинг. Согласно мнению разработчиков новых аэростатов, они выполняли бы традиционную работу грузовых судов, но значительно быстрее и при минимальном загрязнении окружающей среды.
Возможно, уже в ближайшем будущем мы сможем увидеть вернувшиеся к жизни дирижабли
Ученые утверждают, что на таком дирижабле облететь земной шар можно будет за 16 дней, перевозя одновременно около 20 000 тонн полезного груза и затрачивая при этом минимум энергии. Новейшее поколение летательных аппаратов будет передвигаться на реактивном потоке, который представляет из себя мощный пояс ветров, окружающий Землю. Как и 80 лет назад, цеппелины будут плавучими благодаря водороду, который в 14 раз легче воздуха. Из-за легковоспламеняемого газа новейшие дирижабли будут полностью автономными, а процессом загрузки будут руководить роботизированные системы.
Если вам нравится данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему каналу на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из мира популярной науки и техники.
Ученые считают, что развитие новейших технологий позволит усовершенствовать строительство надежных дирижаблей и снизить риски утечек водорода, а также связанных с ними возгораний в несколько раз по сравнению с их предшественниками. Если так, то уже совсем скоро нас ожидает эра новых транспортных средств и бум грузоперевозок по всему миру. Здесь остается только в очередной раз отметить, что “все новое — это хорошо забытое старое”.
Зачем они возвращаются: нужны ли сегодня дирижабли
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.
Плюсы и минусы
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.
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.
Конкурент вертолета
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.
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.
Как они летают?
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.
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.
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.
Тяжелее и выше
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.
Дирижабли: динозавры прошлого, ожившие сегодня
Россия и Соединенные Штаты решают вспомнить былое и запустить в широкий обиход позабытые всеми дирижабли. Многие люди видят в этом смысл и потому готовы вкладывать огромные средства (счет переходит на сотни миллионов долларов) на развитие дирижаблестроения. В нашем воспаленном современностью мозгу дирижабли представляют собой часть антуража какого-нибудь фильма, книги или игры в жанре стимпанк. В такой фантастической реальности, где они до сих пор пригодны для воздушных перевозок, все обязано работать на пару, и, думаем, на магии — никак иначе. Все потому, что в настоящей истории у дирижабля сложилась незавидная репутация — этакий неповоротливый монстр, который давно проиграл своим самолетным собратьям. Его главное поражение наглядно демонстрирует крушение самого большого, на тот момент, дирижабля «Гиндербург». Это была катастрофа, которая окунула целый вид воздухоплавательных кораблей на рыночное дно.
Раз дирижабли такие ненадежные, то, может быть, их и не стоит восстанавливать в своих правах? Пусть продолжают разносить благие рекламные вести по всему миру, а перевозки доверим нормальным самолетам или, на худой конец, поездам? Аргумент так себе, ведь немало было катастроф и на рельсах. О самолетах мы и говорить не будем — падают они также часто, как и курс рубля. Возможно ли, что ярлык «ненадежные» прикрепился к дирижаблям несправедливо? Это близко к правде, по крайней мере, с точки зрения ряда академиков РАН, совета безопасности, американского и российского правительства и, в частности, нас самих. Но прежде чем говорить о дирижаблях современных, мы бы хотели раскрыть тайну дирижаблей прошлого, рассказать какое место они занимали в XIX и начале XX веков.
Краткая история
Некоторые ошибочно приписывают создание первого дирижабля немецкому графу Фердинанду фон Цеппелину, ссылаясь на то, что именно он создал Luftschiffbau (дирижабль жесткой конструкции, название которого стало нарицательным, так как переводится как воздушный корабль). Цеппелин действительно сделал многое для воздухоплавания, он его популяризировал, одарил романтикой и авантюризмом, но началась история дирижабля во Франции эпохи XVIII века. Жили в то время братья, одного из которого звали Жак-Этьенн, а второго — Жозеф-Мишель. Оба они носили фамилию Монгольфье и именно они совершили первый полет на воздушном шаре.
Жак Сезар Шарль, изобретатель и хороший малый, вскоре после полета расписал проект аэростата, который двигался за счет гелия и водорода.
Потом еще один француз, Жан-Батист Мёнье, решил создать новый проект аэростата, который должны были использовать в военной разведке. К сожалению, Мёнье не смог увидеть результата своих трудов — он погиб, так и не увидев своего творения, который очередной француз, Анри Жиффар, сконструировал по его планам. Собственно, именно Анри Жиффар и совершил первый полет на дирижабле.
Первоначально, никто не проникся французской темой, разве что фантасты воодушевленно предсказывали, как будет развиваться воздухоплавание, как небо будет заполнено летающими кораблями, которые действительно, если посмотреть на рисунки, были похожи на каравеллы с огромным воздушным шаром, вместо паруса. До XX века полеты совершались неохотно, так как их риски превышали допустимые нормы. Были, конечно, безумцы, которые развивали эту сферу, но таких было единицы, вроде Альберто Сантос-Дюмона, который облетел на дирижабле в 1901 году Эйфелеву башню.
Главная проблема дирижаблей тех лет заключалась в несовершенстве двигателя — тогда он был паровой. В принципе, именно паровым двигателем и можно объяснить запоздалое начало «эры дирижаблей», которая началось с создания двигателя внутреннего сгорания и, уже упомянутого нами, изобретателя фон Цеппелина.
Пассажирские перевозки также были популярны, первая линия заработала уже в 1910 году (рейс из Фридрихсхафена в Дюссельдорф), чуть позже аналогичные рейсы появились во Франции и Англии. В России небо также подвергалось нападкам «воздушных кораблей», но этот промысел первоначально был на совести любительских сборищ, а не государства. Аэростаты проектировали такие известные и модные изобретатели, как Константин Циолковский и Игорь Сикорский. Имперское правительство не сразу оценило военный потенциал этих устройств, но к началу Первой мировой ему удалось поставить на вооружение российской армии 18 боевых дирижаблей.
В целом, ясное дело, что без графа фон Цеппелина никакого будущего у дирижаблей не было бы, как без него не было бы и упадка. Объясним этот парадокс. Он тратил безумные деньги из своего кармана, чтобы конструировать этот вид транспорта, который сейчас кажется крайне экзотичным. А ведь, в начале ХХ века, он уже был достаточно массовым. Благодаря его упорству и, в некотором смысле, смелости, мы и наблюдаем сейчас новый виток развития дирижаблестроения. Судьба, конечно же, решила поиздеваться над знаменитым изобретателем. Его главное достижение — дирижабль «Гиндербург», который называли воздушным Титаником (245 метров против корабельных 269 метров), потерпел крушение. Другими словами, граф Цеппелин возродил и похоронил интерес к такому транспорту. Но сегодня этот интерес возрождается и, в частности, у России.
Россия и современность
Современность — не лучшее время для дирижаблей. Их чаще всего используют в качестве воздушных рекламных площадей, что, несомненно, заставляет графа фон Цеппелина переворачиваться в своем гробу. Пассажирские перевозки редки до безобразия. Иногда дирижабли используют для аэросъемки, но, думаем, современные квадрокоптеры для этих целей куда практичнее и дешевле.
Впрочем, совсем недавно появились новости по проекту «Единой Евразии», который представляет собой систему транспортных коридоров, которые могли бы соединить между собой Транссибирскую магистраль, БАМ и Северный морской путь. Выглядит как очередная растрата бюджетных средств, ведь в рамках проекта собираются потратить порядка 220-240 миллиарда долларов, что в условиях экономического кризиса, звучит печально. С другой стороны, такая система должна была быть построена еще десятилетия назад и, во много из-за ее отсутствия, у нас до сих пор беда с северными регионами. А ведь там также может развиваться туризм и производство. В общем, на бумаге все выглядит приятно и хорошо, а как будет на деле — посмотрим. Наша задача — рассказать о дирижаблях в рамках этого проекта. Собственно, именно они и расписаны наиболее подробно.
Сам проект был выдвинут академиком РАН Александром Никипеловым и советом безопасности РФ. В качестве транспорта, среди прочих, в проекте указаны дирижабли системы АТЛАНТ, использование которых хотят коммерциализировать. «Единая Евразия» выглядит как очередной крупнейший футуристический проект властей, который не особо чувствует почву под ногами, но он, хотя бы, выглядит приятно и ставит перед собой весьма благородные цели.
Дирижабли АТЛАНТ выгодно отличаются от вертолетов МИ-8, которые сегодня применяются на Крайнем Севере в области грузоперевозок. Во-первых, его стоимость в серийном производстве не превышает 30 миллионов долларов. Во-вторых, даже самый небольшой дирижабль АТЛАНТ (грузоподъемность 16 тонн) может заменить пять вертолетов Ми-8, что делает окупаемость возможность менее чем за четыре года. А ведь производитель хочет запустить модельный ряд с грузоподъемностью в 60 и 170 тонн. В-третьих, летный час дирижабля в разы дешевле, чем летный час у вертолета. Официальные данные говорят о 24-35 рублей за тонно-километр против 115 рублей за тонно-километр у вертолетов. В-четвертых, дирижабль можно посадить на воду и даже на неподготовленную площадку (с самолетом такое сделать проблематично). В-пятых, если речь идет о пассажирских перевозках, то, без сомнения, дирижабли откроют новые границы комфорта — места ведь больше, можно хоть столовую отдельную вывести.
Надеемся, что этот масштабный проект не останется лишь на бумаге, но его авторам следует поторопиться, ведь этим летом «американские коллеги» выпускают на волю Airlander 10 — самый большой дирижабль в мире на сегодняшний день. Считается, что этот дирижабль отлично подойдет для перевозок сложных грузов.
Но, прежде чем использовать эту громадину в коммерческих целях, производитель должен более двухсот часов тестировать летательный аппарат в воздухе. График довольно плотный, задача весьма непростая, но и выигрыш от нее ощутимый — дирижабли длиной в 120 метров могут перевозить до пятидесяти тонн груза. И даже невысокая скорость не отменяет низкой себестоимости перевозки. Так что, наши «АТЛАНТЫ» это не сумасбродство власть предержащих, а общемировая тенденция.