Однако ныне все чаще приходится слышать о том, будто дирижабли снова возвращаются в небо. Однако сказать, что они становятся столь же массовым видом воздушного транспорта, как, скажем, самолеты или вертолеты, до сих пор нельзя. Почему так происходит? Какую работу дирижабли ныне выполняют лучше всего? Давайте попробуем разобраться.
Для бросков через океан
Свое возрождение дирижабли опять-таки отметили новыми рекордами. Так воздушное судно AS-261 фирмы «Тандер энд Колт», построенное в 1989 году, — это самый большой в мире дирижабль-монгольфьер. Его длина 47,8 м.
Самый продолжительный полет (без дозаправки) мягкого дирижабля длился 95 часов 30 минут. Этот рекорд был установлен 25–29 марта 1960 года экипажем воздушного судна ZPG-2 ВМС США под командой лейтенанта Лэнди А. Мура.
А теперь, похоже, готовится новый рекорд. Огромнейший воздушный корабль, готовый перебросить в любую точку мира 2-тысячную армию с военной техникой за считанные дни, стал уже почти реальностью.
Агентство перспективных исследований DARPA работающее под эгидой Пентагона, заключило контракт с двумя авиафирмами на создание дирижабля-гиганта под названием «Морж» (Walrus). Военные нуждаются в воздушном судне, способном за приемлемую цену перенести 500 тонн полезного груза (в том числе — 1,8 тысячи бойцов) на расстояние 22 000 км менее чем за неделю.
Бойцы должны иметь возможность участвовать в бою уже через 6 часов после высадки с судна. Сам корабль задумывается как «трифибия» («triphibian»). Это означает, что судно должно одинаково комфортно чувствовать себя в воздухе, на суше и на воде.
На разработку конструкции концерну Lockheed Martin выделено около 3 млн долларов и еще примерно столько же — мало известной корпорации Aeros Aeronautical Systems.
Конкурировать с ними собралась и небольшая фирма Millenium Airship, которая продемонстрировала прототип Sky Freighter, который, по мнению авторов разработки, сможет транспортировать негабаритные грузы со скоростью 160 км/ч на расстояние до 9500 км без дозаправки.
Ищите свою нишу
Впрочем, когда из дирижаблей пытаются сделать воздушные грузовики, способные увезти сразу целый состав разных грузов или огромную гидротурбину в полном сборе, то дело, как правило, далее штучных проектов не продвигается. Однако недавно для дирижаблей, похоже, открылась новая экологическая ниша, которая, возможно, наконец-таки позволит этим воздушным кораблям перестать быть своего рода экзотикой.
Для этого им придется подняться на высоту порядка 20–22 км, в стратосферу. Почему именно туда, а не, скажем, на 10–12 км? Дело в том, что сила ветра, достигая своего максимума на высотах порядка 10 км (более 30 м/с), к высотам 20 км спадает и составляет около 10 м/с.
Кроме того, там воздух имеет меньшую плотность и нагрузки, действующие на конструкцию, в 30–40 раз меньше. Важно и то, что пассажирские самолеты летают на высотах до 12 км и, следовательно, дирижабли не будут мешать воздушному движению.
Но за все приходится платить. И платой станут размеры аэростатов, достигающие объема в сотни тысяч кубометров гелия или водорода и длины порядка сотни метров, а то и нескольких сотен метров.
На главный вопрос «зачем» есть простой ответ — есть необходимость в передаче громадных потоков информации. Но существуют же спутниковые и кабельные системы, которые вроде бы справляются со своими задачами? Справляются сегодня, но в последние годы происходит взрывной рост мобильной телефонии и Интернета и существующие технологии подходят к пределу своих возможностей.
Есть и еще один важный фактор — цена. Так, запуск одного спутника обходится в миллионы долларов, а после завершения срока службы спутник остается на орбите бесполезным хламом. Стратосферные дирижабли позволят выполнять ту же работу за меньшие деньги.
Ныне в ряде стран существуют проекты стратосферных дирижаблей. Опишем хотя бы некоторые из них.
«Небесная станция»
Американская фирма Sky Station исследует возможность создания стратосферных аэростатов, предназначенных для широкополосной связи, мониторинга местности и разведки.
Аэростаты будут базироваться на высоте 21 км, обеспечивая высокую пропускную способность и плотность передачи данных при низком потреблении энергии. В качестве несущего газа используется гелий, который, в отличие от водорода, не взрывоопасен, хотя и имеет несколько меньшую подъемную силу.
Планируется, что срок службы аэростатов будет составлять 5–10 лет. Каждый дирижабль выполнен в виде гигантской капли длиной 160 м и диаметром 62 м и несет на себе топливные баки, солнечные батареи и аппаратуру весом до 1000 кг.
Система состоит из 250 стратосферных платформ, каждая сможет предоставлять услуги связи на территории площадью около 19 тыс. кв. км (приблизительно размеры Московской области). Абоненты передают данные при помощи маломощных передатчиков прямо на аэростат, а бортовой ретранслятор аэростата посылает сигналы другим пользователям.
Ретранслятор сможет принимать данные со скоростью 2 Мб/с и передавать их абонентам со скоростью 10 Мб/с. Это позволяет предоставлять пользователям широкий спектр услуг, таких, как высокоскоростной доступ в Интернет, web-телевидение, проведение видеоконференций, мобильная телефония и т. д.
Солнечный дирижабль
Схожую со Sky Station систему разрабатывает группа профессора Б.-Х. Креплина из Аэрокосмического института в Штутгарте (Германия). Одна воздушная платформа позволит Одновременно поддерживать до 100 тысяч телефонных переговоров. Аэростаты используют солнечную энергию и крейсируют на высоте 20 км. Диаметр охвата составит 400 км, что соответствует площади 20 тыс. кв. км. В настоящее время создан прототип аэростата Lotte длиной 16 м, функционирующий на солнечных батареях.
Испытания прототипа показали необходимость иметь легкие солнечные батареи с высоким КПД и эффективные системы аккумулирования энергии. В течение дня фотоэлементы снабжают энергией двигатели, которые удерживают аппарат в заданной точке, а также обеспечивают работу электронной аппаратуры. Однако ночью солнечные батареи бесполезны и приходится запасать энергию впрок. При этом использовать традиционные аккумуляторы не выгодно, поскольку они имеют большую массу. Более перспективным считается использование топливных элементов.
Днем солнечные батареи напрямую питают двигательную установку и аппаратуру, а часть энергии идет на расщепление воды из бортового бака в электролизере на водород и кислород.
Ночью водород и кислород в топливных ячейках снова превращаются в воду. При этом вырабатывается электрическая энергия. На следующие сутки процесс повторяется.
Другой возможностью энергообеспечения беспилотных летательных аппаратов или свободных аэростатов является использование СВЧ-излучения, передаваемого на борт аппарата с земли. Были проведены испытания этой технологии с передачей энергии на расстояние с мощностью 30 кВт. Эффективность передачи — 54 %.
Однако против такой системы протестуют экологи. «Только подумайте, что случится с птицей при попадании в зону излучения!» — говорят они.
Связь в Британии
Специалисты Йоркского университета в Великобритании создали проект относительно небольшого дирижабля, который должен обеспечить хорошую связь в сельской местности, не прибегая к прокладке дорогих оптоволоконных линий связи. На дирижабле размещают передатчики, которые и ретранслируют всю необходимую информацию с высоты в несколько километров на всю округу.
Проект финансируется Евросоюзом. И если первый опыт окажется удачным, то лет через десять по всей Европе появляются такие летающие ретрансляторы.
Правда, пока в осуществлении этого проекта есть и одна техническая трудность. Для того, чтобы перекрыть единой сетью всю Европу, необходимо также наладить бесперебойный обмен информацией и между отдельными дирижаблями — ретрансляторами. А это оказалось не таким уж простым делом. Во всяком случае, по мнению инженеров Немецкого центра аэрокосмических исследований, такая связь может быть обеспечена посредством лазерных трансмиттеров, которые способны довести скорость передачи до 1000 мегабит в секунду для каждого из тысяч компьютеров, включенных в данную систему.
Правда, как говорит руководитель проекта Иоахим Хорват, при такой передаче необходимо учитывать малейшие отклонения летательного аппарата — до 0,005 градуса. Кроме того, воздух в атмосфере очень часто колеблется — это мы замечаем, например, ночью, когда нам кажется, что звезды мерцают. И такая неоднородность вызывает преломление лазерного луча, вносит помехи в передачу.
Тем не менее ученые уже придумали, как компенсировать эти помехи. Одна и та же информация передается синхронно сразу двумя лазерами и на разной частоте. И в конечном пункте производят некоторое усреднение принятого сигнала, сводя помехи к минимуму. В экспериментах уже удавалось транслировать таким способом видеофильмы с достаточно высокой четкостью изображения, подтвердив тем самым практическую реализуемость проекта.
Так что в 2008 году, возможно, мы уже увидим в небе первые дирижабли-ретрансляторы.
Космическая станция-аэростат
Еще один примечательный проект разрабатывает калифорнийская компания JP Aerospace. Ее сотрудники уверены, что наполненные гелием воздушные шары и дирижабли, которые способны достигать высоты 40–60 км и находиться там месяцами, смогут выполнять функции орбитальных космических станций, принимая сменные экипажи с Земли.
Причем дело тут не ограничивается просто разговорами. В период с 7 по 21 июня 2004 года в пустынной местности западного Техаса JP Aerospace уже испытала гигантский беспилотный V-образный воздушный корабль-прототип Ascender. Заполненный гелием аппарат с дистанционным управлением, оснащенный воздушными винтами, достиг расчетной высоты 30,5 км.
Он также продемонстрировал способность реагировать на команды с земли, зависать над заданной точкой, компенсируя моторами действие ветра, а также проходить путь между произвольно заданными пунктами на поверхности.
Испытание проводилось в первую очередь для американских ВВС, которые с интересом смотрят на высотные аэростаты как на перспективные средства разведки и ретрансляционные станции связи.
Кстати, стоимость постройки Ascender составила $500 тысяч. Это намного дешевле беспилотных самолетов-разведчиков, таких как широко известный Global Hawk. (Он, между прочим, вместе с наземным оборудованием стоит 30 млн. долларов.)
Сейчас компания разрабатывает также долговременную, парящую почти на границе космоса станцию под названием Dark Sky Station с поперечником 3,2 км. Она должна висеть или медленно дрейфовать на высотах до 42 километров и нести на борту обитаемую исследовательскую станцию, экипажи на которую доставляли бы маленькие пилотируемые аналоги Ascender.
Еще один проект компании — Orbital Ascender. Это пилотируемый V-образный аэростат длиной 1,8 км, также способный швартоваться к Dark Sky Station, а еще — двигаться вокруг планеты по орбите. Один оборот вокруг Земли занимал бы у гигантского корабля от 3 до 9 дней.
Для разгона и подъема на высоты, недоступные обычным аэростатам (60 км и более), аппарат будет использовать ионные реактивные двигатели, питаемые топливными элементами и солнечными батареями.
Истребитель ракет
Вооруженные силы США уже несколько лет проявляют интерес к летательным аппаратам легче воздуха. Все это время изучалась возможность применения дирижаблей для транспортировки крупнотоннажных грузов на значительные расстояния и для противоракетной обороны, сообщает Aviation Week.
Выглядеть это будет примерно так. Наполненный гелием дирижабль способен подняться на высоту порядка 30 км, сообщают эксперты. Этого вполне достаточно, чтобы контролировать воздушную обстановку в радиусе 560 км, в том числе и следить за запусками, продвижением как баллистических, так и низколетящих крылатых ракет. Причем данные об их продвижении могут использоваться как для наведения на цель противоракет наземной системы ПРО, так и (в некоторых экстренных случаях) для атаки бортовым оружием самого дирижабля.
В сентябре 2003 года корпорация Lockheed Martin выиграла конкурс и заключила с Пентагоном контракт на 40 миллионнов долларов. Согласно договоренности фирма должна к лету 2004 года создать прототип боевого дирижабля под названием «Высотное воздушное судно» (High Altitude Airship — НАА). Другое название корабля — «Стратосферная платформенная система» (Stratospheric Platform System — SPS).
Габариты «малыша», который будет наполняться гелием, впечатляют: 152,4 мв длину, диаметр 48,7 м, а объем 1,5 млн куб. м. Максимальная скорость дирижабля составит 128,7 км/ч, а высота полета — до 21 км.
Причем управляться «малыш» будет полностью автоматически; на его борту не будет ни единой живой души. Поэтому по экипажу никто не будет скучать на земле, даже если дежурство в небе будет продолжаться, как запланировано, по 6 месяцев.
Конечно, отсутствие на борту экипажа избавляет создателей дирижабля от необходимости запасаться провиантом и водой. Однако аппаратуре все же требуется свое питание — прежде всего электричество.
Эту проблему специалисты Lockheed Martin решили следующим образом. Вся оболочка воздушного корабля будет покрыта тонкой пленкой из фотогальванических элементов. В результате преобразования солнечной энергии в электрическую конструкторы рассчитывают получить источник питания мощностью 10 киловатт. Этого, по расчетам специалистов Lockheed Martin, вполне достаточно, чтобы привести в действие четыре двигателя дирижабля, приводящие в движение двухлопастные пропеллеры, а также запитать всю электронную и прочую аппаратуру на борту.
На ночь первый опытный образец «солнечного» дирижабля будет запасать энергию в аккумуляторах. Но в дальнейшем Тяжелые батареи предполагается заменить легкими топливными элементами.
Согласно сообщениям разработчиков им удалось решить и проблему утечки легкого газа из оболочки аппарата, разбив внутреннюю полость оболочки на множество герметичных отсеков. Так что опасность сдувания оболочки в результате случайного или намеренного прокола сведена к минимуму.
Уверяют, что новому дирижаблю даже не страшен обстрел ракетами «воздух — воздух». «Такие ракеты, рассчитанные на поражение металлических самолетов, нанесут лишь незначительный ущерб оболочке, и дирижабль после обстрела сможет продержаться в воздухе еще несколько недель», — уверяют создатели проекта.
Вокруг света быстрее звука?
В начале 2004 года на мысе Канаверал состоялись первые испытания и еще одной действующей модели дирижабля. Инженеры NASA утверждают, что поскольку для него был разработан «двигатель принципиально новой конструкции, который изменит представление людей о возможностях перемещения в воздухе», то дирижабль способен летать со сверхзвуковой скоростью 1,4 М (М — скорость звука в воздухе, приблизительно равная 1000 км/ч). Причем при полной загрузке новое воздушное судно может без дозаправки пролететь 5000 км.
Использовать его собираются не только в военных, но и в мирных целях. «Одна из основных особенностей нашего дирижабля, как, впрочем, всех дирижаблей в целом, — невероятная плавность полета. Разгон займет около двух недель, поэтому пассажиры не ощущают никаких перегрузок. Это действительно будет самый комфортный из существующих сегодня видов воздушного транспорта», — заявил на пресс-конференции главный разработчик проекта Питер Уивер.
Ожидается, что сверхзвуковой дирижабль станут использовать в первую очередь для длительных туристских круизов, например вокруг Земли. Не исключено, впрочем, и его военное применение.
Проект ЦАГИ
Так обстоят дела за рубежом. «Ну а что же наши конструкторы? Как всегда отстают?» — возможно, подумали вы. А вот и не скажите. Оказывается, и в этом направлении тоже кое-что делается.
Вот какой оригинальный проект был продемонстрирован на Московском авиасалоне МАКС-2007 сотрудниками ЦАГИ. По словам директора этого научного центра Владимира Каргопольцева, наш дирижабль будет отличаться от зарубежных аналогов прежде всего своей формой. Это будет не сигара и не капля, а диск, несколько смахивающий на «летающую тарелку».
Такая форма, по мнению наших специалистов, позволяет лучше противостоять капризам погоды при подъеме и спуске дирижабля в зоне сильных ветров. «Уже проведены испытания системы в термопрочностной вакуумной камере, которые показали надежность конструкции, — сказал Каргопольцев. — В настоящее время ведется разработка экспериментального образца для проверки полученных данных непосредственно в режиме летного эксперимента»…
Разработаны также наиболее эффективные конструкции винтов, системы управления и стабилизации дирижабля в заданной точке.
Аппарат будет работать в автоматическом режиме, используя энергию от фотоэлементов. Лишь для взлета и посадки понадобится расходовать топливо.
Дирижабль выходит на орбиту?
Воздушные шары, как известно, бывают двух типов. Одни надуваются теплым воздухом, другие легким газом — водородом или гелием. Каждый имеет свои достоинства и недостатки. А слышали ли вы о летательном аппарате, объединившем в себе достоинства обоих типов аэростатов?.. Тогда знакомьтесь — термоплан «Россия».
На первый взгляд он очень похож на НЛО. Но, присмотревшись, понимаешь: нет, на такой «тарелке» инопланетяне не летают. По словам Юрия Ишкова — главного конструктора проекта, разрабатываемого сотрудниками ЗАО «КБ Термоплан» при Московском авиационном институте, вовсе не «сигара», а «чечевица», или, если хотите, «летающая тарелка» диаметром от 180 до 300 м и есть оптимальная форма современного дирижабля.
При такой конфигурации сила воздействия бокового ветра уменьшается в несколько раз, а кроме того, создается дополнительная подъемная сила. Основную же подъемную силу создает легкий газ гелий, заключенный в нескольких герметичных отсеках, распределенных по объему «чечевицы».
Другие отсеки негерметичны, в них обычный воздух, который нагревают до температуры 150–200 градусов газовыми горелками — примерно такими же, что используют в современных монгольфьерах.
Комбинированная схема позволяет обходиться и без балласта. В термоплане он ни к чему. Надо взлететь — включают горелки. Суммарная подъемная сила термоплана увеличивается, он плавно поднимается вверх. А потребовалось совершить посадку, горелки гасят, воздух постепенно остывает, подъемная сила уменьшается, и аппарат плавно идет на снижение.
Если экипаж видит, что условий для мягкой посадки нет — скажем, кругом тайга, — термоплан может зависнуть на высоте, а вниз на тросах уйдут лишь грузовые платформы, выполняя роль своеобразных лифтов.
Наметили специалисты и несколько конкретных дел, за которые дирижабли смогли бы взяться в первую очередь. Например, ежегодно на север и восток страны доставлять турбины для ГЭС, химические реакторы, оборудование для разведки, добычи и переработки нефти…
Создатели термоплана придумали еще и вот какую интересную штуку. Как показали продувки в аэродинамической трубе, «летающая тарелка» имеет свойства крыла-диска. То есть, как уже говорилось, при движении с достаточно высокой скоростью к аэростатической подъемной силе добавляется еще и аэродинамическая. При этом удельная нагрузка на крыло в 15–20 раз меньше, чем, например, у всем известного «шаттла».
О «челноке» тут мы вспомнили совсем не случайно. Какая у него главная обязанность? Правильно, выводить в космос коммерческие нагрузки. Так вот маевцы подсчитали, что термоплан может быть использован и в качестве первой ступени системы, которая будет осуществлять подобные транспортные операции в 2–3 раза дешевле, чем «шаттл».
Выглядеть все это будет примерно так. Термоплан берет прямо со двора завода, КБ или иного предприятия полезную нагрузку, представляющую собой ракету-носитель вместе со спутником связи, модулем строящейся международной орбитальной станции и т. д. Все это на внешней подвеске буксируется дирижаблем в экваториальную зону, где запускать ракеты, как известно, выгоднее всего. Здесь он поднимается на высоту в 15–20 км, а то и выше, откуда и производит пуск ракеты.
Таким образом, как минимум мы экономим одну ступень ракеты-носителя. А можно в принципе и вообще обойтись без нее. Термоплан ведь вовсе не случайно напоминает «летающую тарелку». И если сделать оболочку достаточно жесткой, рассчитали Ю. Ишков и его коллеги, прикрепить к нему реактивные двигатели и ракетные ускорители, то можно добиться, что, разогнавшись, наш термоплан сам выйдет на околоземную орбиту.
«Фантастика», — скажете вы. Верно. Нет еще такого летательного аппарата в натуре. Однако фантастика, уже выполненная в чертежах, имеющая четкое физико-математическое обоснование и запатентованная. При соответствующих условиях специалисты берутся превратить мечту в действительность всего за 3–4 года.
А идея в нее заложена богатая — полезная нагрузка «летающей тарелки» может составить порядка 800 т. Такого мировая практика еще не знала.
…Комментарии, как говорится, излишни. Разве что резонен вопрос: где он, термоплан? Почему до сих пор его не видно в небе России? Объяснение простое. Все упирается в финансы. Отсутствие их ставит на грань срыва программу, согласно которой в Ульяновске должны быть завершены сооружение и испытание масштабного образца аэростатического летательного аппарата грузоподъемностью до 3,5 т.
По его результатам планируется создать один-два головных образца полномасштабного дирижабля грузоподъемностью в 600 тонн. Всего же парк термопланов мог бы насчитывать до 20–40 единиц самой различной грузоподъемности.