В наше время воздушные шары используются лишь в спортивных целях (на одном из них даже облетели без посадки вокруг земного шара) да для изучения состояния верхних слоев атмосферы синоптиками. Не лучше делай у дирижаблей – лишь некоторые из них используются4 рекламных целях и возят туристов. Но бывали времена, когда специалисты предлагали проекты один заманчивее другого. О некоторых из них, некогда значившихся под грифом "Совершенно секретно", мы и хотим вспомнить сегодня.
Наблюдатели в небе
Пожалуй, первое военное применение воздушного шара было придумано во времена французской революции. С помощью воздушных шаров революционеры из осажденного Парижа пытались наладить сообщение со своими сторонниками за пределами французской столицы. Но попытка провалилась: ветры несли шары куда попало.
Об использовании воздушных шаров в военном деле вспомнили лишь в начале Первой мировой войны. Чтобы снаряды батарей падали точно в цель, огонь должны были корректировать артиллерийские наблюдатели. Обычно они располагались где–нибудь на холме (как говорят военные, на высоте), иной раз даже слезали на деревья. Но что делать, если местность ровная, как стол? Вот тогда изобретатели и предложили поднимать в воздух привязные аэростаты. Так они назывались потому, что были действительно привязаны тросом к лебедке, чтобы не улетели на сторону противника.
К шару, наполненному водородом, привязывали корзину. В нее залезал наблюдатель. Его помощники на земле отпускали тормоз лебедки, и шар взмывал ввысь на длину троса. Наблюдатель видел вражеские позиции и корректировал огонь своих батарей по телефону.
Противник, впрочем, тоже не дремал: завидев в воздухе шар, тут же открывал по нему ружейный и артиллерийский огонь. Тогда шар спешно спускали, перевозили вместе с лебедкой на новое место, и все повторялось сначала. Во Вторую мировую войну аэростатам придумали еще одну работу – "перегораживать небо" стальными тросами в надежде, что ночью в них врежутся вражеские бомбардировщики. Случаев такого улова в мировой истории единицы, но работу летчиков аэростаты все–таки осложняли. Они не давали бомбить с малых высот.
Как перепрыгнуть через реку?
Нашлось военным аэростатам применение и в мирное время. Вы что–нибудь о шарах–прыгунах слышали? Вряд ли... Поскольку ныне о них основательно подзабыли, и в свое время такие конструкции старались не афишировать...
Суть же дела такова...
Как известно, воздушный шар плавает в атмосфере согласно закону Архимеда – как только его удельный вес за счет подогрева воздуха в оболочке или наполнения ее легким газом становится легче воздуха, шар взлетает. Высоту полета и в какой–то мере грузоподъемность шара можно регулировать с помощью балласта – мешков с песком или дробью, баков с водой, загружаемых на борт. По мере необходимости экипаж сбрасывает часть балласта за борт, шар становится легче и поднимается выше.
Схема применения шара–прыгуна
А теперь представьте себе вариант: сравнительно небольшой воздушный шар наполняется гелием или водородом с таким расчетом, чтобы уменьшить вес человека, скажем, на 90%. Что произойдет, если человек, сохранив свою мускульную силу, захочет подпрыгнуть? Правильно, он взмоет "выше дерева стоячего, ниже облака висячего"... Или, потренировавшись, сможет совершать прыжки в длину на несколько десятков, а то и сотен метров...
Вот этим и стали пользоваться в самых различных целях. Прежде всего, конечно, в шпионско–диверсионных. Во всяком случае, в 50–е годы XX века авторы некоторых детективов взахлеб описывали, как хитрые шпионы с помощью шаров–прыгунов преодолевали проволочные заграждения на границах, высокие заборы секретных заводов и даже широкие реки... Но все равно, конечно, попадались нашим бдительным стражам...
Так было на страницах детективов. А на самом деле? В действительности же шпионское снаряжение так и не вышло за пределы лабораторий и испытательных полигонов. Дело в том, что шар получался довольно громоздким – 5–6 м н диаметре. Прыжки совершались медленно, словно бы во сне. И пели вдруг в Момент прыжка подует ветер, то вообще неизвестно, куда прыгуна может занести...
Сбор кедровых шишек на семена
Зато в мирных целях небольшие аэростаты, компенсирующие большую часть веса человека, могут быть применены, скажем, для сбора семян кедра с верхних ветвей дерева (а то иногда доходит до того, что ради шишек кедровые деревья попросту срубают), а также для ремонта и обслуживания различных высоких сооружений – небоскребов, телебашен, космических ракет на старте... Ведь ныне помыть окна снаружи в том же небоскребе – проблема, требующая участия квалифицированных верхолазов или альпинистов.
Обслуживание высоких сооружений
Шары–шпионы
Если шары для шпионов так и не получили широкого применения, то вот шары–разведчики и диверсанты в 40–60–е годы прошлого века выпускались сотнями. По своей конструкции такой аэростат представлял собой военный вариант метеорологического шара–зонда, который и по сей день используют ежедневно, чтобы узнать, какая погода в верхних слоях атмосферы.
Первыми догадались применить такие шары в военных целях японцы. Во время Второй мировой войны они запускали их с кораблей, как только ветер дул в сторону побережья США. Шары несли множество пластинок, состоящих из самовозгорающейся смеси. В полете такие пластинки сбрасывались по нескольку штук на землю с помощью специального автомата. Упав на землю, через некоторое время они загорались и могли послужить источником пожара в лесном массиве или в каком–нибудь населенном пункте.
Позднее подобные шары–шпионы, но уже вооруженные аэрофотоаппаратурой, запускались американскими спецслужбами с территории ФРГ и других сопредельных стран с таким расчетом, чтобы они пролетали через территорию СССР, фотографируя все на своем пути.
Причем если жизнь метеозонда довольно коротка – всего несколько часов, после чего "го оболочка лопается, измерительная аппаратура спускается на парашюте и затем используется повторно, то шары–шпионы могли находиться в верхних слоях атмосферы неделями, а то и месяцами, пролетая за это время тысячи километров.
Технология их использования была следующей. К оболочке из полиэтиленовой пленки, заполненной водородом, прикреплялся контейнер с аппаратурой управления, балластом, а главное – фотоаппаратурой для аэрофотосъемки наземных объектов. Специалисты выжидали, когда ветер подует в нужном направлении и шар, стартовав у одной из границ СССР, на большой высоте сможет пересечь всю территорию, например с юга на север или с востока на запад.
Шар–рекордсмен, "Орбитер–3". Именно на нем был совершен облет вокруг Земли
Поскольку шар летел на большой высоте (12–15 км) и имел в своем оборудовании небольшое количество металлических частей, его было весьма трудно засечь радаром. Не так просто его и сбить, поскольку на такую высоту многие истребители того времени просто не могли подняться. А если и поднимались, то, даже прошитая пулеметной очередью или снарядом, оболочка аэростата держала водород некоторое время, и шар успевал улететь за многие десятки, а то и сотни километров.
В общем, шары–фоторазведчики исправно несли свою службу более четверти века и были сняты с вооружения лишь с появлением спутников–шпионов, которые выполняли ту же задачу еще более квалифицированно.
Схема "шар в шаре", которую использовали рекордсмены. Внутренний баллонет наполняется гелием или пропаном, а нижняя часть шара – воздухом, подогреваемым газовой горелкой. Необходимость в балласте отпадает: 1 – внешняя оболочка; 2 – малый гелиевый отсек; 3 – большой гелиевый отсек; 4 – отсек, наполняемый горячим воздухом; 5 – кабина
Так что сейчас подобные аэростаты время от времени используют лишь в научных целях. Например, с их помощью были составлены карты господствующих ветров на больших высотах. Такими картами пользовались, например, рекордсмены–аэронавты, совершившие недавно облет земного шара без посадки.
Идея подвешивать аппаратуру на высотных аэростатах – стратостатах – оказалась весьма плодотворной и для астрономов. Как известно, им весьма "мешает" наша земная атмосфера. В ней столько пыли, разного рода возмущений, что даже при безоблачной погоде снимки звездного неба и планет Солнечной системы получаются не лучшего качества. Поэтому в 50–60–е годы XX века было сделано несколько попыток запуска стратостатов с научной аппаратурой для исследования космоса.
Так что, как видите, и от шаров–шпионов иной раз бывает прок в обыденной жизни...
Возвращение дирижаблей
Дирижабли, то есть аэростаты обтекаемой формы с моторами, позволявшими двигаться даже против ветра, с самого начала предназначались для военного применения. Во всяком случае, в начале XX века немецкий изобретатель и промышленник граф Ф. Цеппелин предполагал, что создаваемые им воздушные монстры смогут вести не только разведку, но и бомбометание, неся на борту сотни килограммов взрывчатки.
Модель одного из проектов дирижаблей
Однако этим мечтам не суждено было сбыться. Летали дирижабли медленно, размеры имели громадные – порой в сотни метров. Так что сбить такую махину не составляло особого труда. Да и без вражеского огня дирижабли горели довольно часто. Их оболочки заполняли горючим водородом, и достаточно было малейшей искры, чтобы оболочка загоралась. Ведь не случайно смесь водорода с кислородом воздуха называют "гремучим газом".
Кроме того, как выяснилось уже в наши дни, конструкторы неправильно рассчитывали прочность дирижабельной конструкции, поэтому зачастую при первом же сильном ветре дирижабль терпел аварию. Во всяком случае, пожар на германском "Гинденбурге", в результате которого погибли десятки людей, крушение крупнейших американских дирижаблей "Акрон" и "Мейкон", авария советского дирижабля В–6, многочисленные летные происшествия с другими летательными аппаратами этого класса, произошедшие в 20–30–е годы XX века, привели к тому, что их постепенно перестали строить.
Однако в самом конце прошлого, XX века и начале нынешнего во всем мире наблюдается волна нового интереса к "левиафанам неба". Многие военные специалисты сейчас связывают с ними большие надежды на выполнение обширного круга боевых задач в небе над сушей и океаном.
Дело в том, что за прошедшие десятилетия появились новые материалы, которые не использовались на "Графе Цеппелине" и других дирижаблях первой половины XX века. Пластмассы, синтетические пленки и другие полимеры, легкие и прочные сплавы, невоспламеняющийся гелий вместо опасного водорода, использование компьютеров для расчета конструкции – все это позволило конструировать и строить дирижабли нового поколения, более совершенные и безопасные.
Например, американская фирма "Боинг", известная своими пассажирскими самолетами, планирует создание комбинированного аппарата, в котором подъемную силу примерно на 80% будет создавать наполненная гелием конструкция и на 20% – винты.
Военно–морские силы США выразили желание заполучить дирижабль для доставки грузов на корабли в море и с кораблей на берег. С этой целью в США создан и прошел испытания (пока с дистанционным управлением) дирижабль, названный аэрокраном.
Среди других американских проектов можно назвать дирижабль "Стар", работающий на подогретом воздухе. Большой интерес специалистов вызвал проект дирижабля "Дайнаэрошип". Он имеет форму выпуклого треугольника, заполнен газом и снабжен несущими винтами с наклоном оси вращения. В этом дирижабле аэростатическая плавучесть сочетается с подъемной силой винтов и аэродинамической силой.
Разрабатываются проекты и таких летательных аппаратов, которые могли бы успешно вести боевые действия самостоятельно или принимать в них участие в составе флотов на океанских театрах военных действий. По одному из предложенных проектов воздухоплавательный аппарат может иметь атомную силовую установку, длину корпуса примерно 300 м, диаметр 75 м. Несмотря на то что его объем составит свыше 700 000 м3, он сможет летать со скоростью 100 узлов (185,2 км/ч) при мощности двигателей не более 25 000 л.с. (18 400 кВт).
В движение этот дирижабль будут приводить большие, медленно вращающиеся хвостовые соосные воздушные винты противоположного вращения.
Специалисты НАСА отобрали для реализации проект пилотируемого дирижабля "Аэро–крафт" – этакий "гидродирижабль", способный при необходимости держаться на поверхности воды. Ведь и летать "Аэрокрафт" будет в основном над океанскими просторами, перевозя грузы и пассажиров быстрее, чем морские суда, и дешевле, чем авиалайнеры. Причем на борту дирижабля пассажирам будут предоставляться такие же удобства, как и на комфортабельном океанском лайнере.
Схема вертостата – гибридного летательного аппарата, совмещающего преимущества дирижабля и вертолета. Таким представляют его себе российские ученые и инженеры
Новым проектом заинтересовались и военные. Им очень нужен летательный аппарат, который смог бы подолгу висеть над тем или иным участком акватории Мирового океана, выслеживая с воздуха подводные лодки с помощью опускаемых в воду на тросе гидросонаров. Дирижабль можно также использовать для подвески к нему всевозможных антенн для сверхдальней радиосвязи, загоризонтной радиолокации или координации действий военно–воздушных сил.
Во всех этих случаях дирижабли обладают несомненными преимуществами перед авиацией. Во–первых, дирижабль может замедлить скорость вплоть до нулевой, если есть необходимость просмотреть и прозондировать ту или иную часть акватории. Во–вторых, он способен находиться в воздухе неделями, барражируя в заданном районе, в то время как самолет, даже с дозаправками, вряд ли способен продержаться в воздухе больше суток. Наконец, в–третьих, дирижабль может иметь значительную грузоподъемность, что позволяет разместить на его борту больше оборудования.
Правда, говорят, что дирижабли становятся в случае военного конфликта легкой добычей средств военно–воздушной обороны. Однако это не совсем верно. Во–первых, дирижабль не так–то легко заметить – малая масса металла на нем делает его практически незаметным на экране радара. Во–вторых, дирижабль не так–то легко сбить. Прямые попадания в оболочку пуль, снарядов и даже ракет класса "воздух – воздух" оставляют сравнительно небольшие пробоины в оболочке, и она способна сохранять аэродинамическую силу. Как правило, гелий в оболочке дирижабля размещается в отдельных герметических мешках, поэтому и повреждение одного или нескольких из них не приводит к выходу в атмосферу всего газа.
Более того, некоторые из дирижаблей–гигантов предполагается располагать на высоте 20–25 км, в стратосфере, куда далеко не всякий самолет–истребитель может подняться. Имея на борту антенну для передачи и ретрансляции цифровых радиосигналов, подобные дирижабли могут использоваться как в военных, так и в гражданских целях – скажем, для организации сотовой мобильной связи в районе Нью–Йорка или иного крупного города, занимающего вместе с пригородами территорию радиусом в 150–200 км. Такая система, как показывают расчеты, обходится намного дешевле запусков традиционных спутников.
Мечта циолковского
Кроме США, интерес к постройке новых дирижаблей замечен и в других странах, в частности в России. Наши специалисты, например, хотели бы осуществить мечту К.Э. Циолковского и построить когда–то спроектированный им огромный даже по сегодняшним меркам – объемом до 500.000 м3 – дирижабль жесткой конструкции с металлической обшивкой.
Правда, современные инженеры вовсе не намерены слепо копировать все особенности конструкции Циолковского (в частности, стальную гофрированную обшивку), но основные новаторские принципы будут использованы. Дирижабль ДЦ–Н1, разрабатываемый инженерами Российского воздухоплавательного общества, будет иметь длину 270 м, высоту оболочки 55 м и объем около 400 м3. Грузоподъемность летательного аппарата составит 200 т, скорость – до 170 км/ч, дальность полета – 15 000 км.
Аппарат оснащается девятью двигателями, четыре из которых будут помещены по бокам дирижабля симметрично относительно грузового отсека. Их можно поворачивать с таким расчетом, чтобы осуществить быстрое управление аппаратом на малой высоте и скорости. В хвостовой части разместят еще четыре двигателя, обдувающие Х–образное оперение, что позволит также увеличить маневренность. И наконец, в кормовой части размещается девятый двигатель, который можно использовать и как маршевый, и как подруливающий.
В условиях нашей страны применение дирижаблей может дать гораздо больший эффект, чем за рубежом. В отличие от стран Западной Европы и Северной Америки, где дирижабли предполагается использовать на территориях, уже имеющих развитую сеть транспортных путей, у нас "левиафаны неба" станут желанными гостями как раз в тех местах, где дорог еще нет, а грузы перевозить нужно.
Именно сюда дирижабли станут доставлять прямо с заводов, чтобы они помогали в качестве летающих кранов монтировать турбины, генераторы и трансформаторы электростанций, опоры линий электропередачи, оборудование для химических заводов, буровые вышки, насосные станции и трубы для нефте– и газопроводов. Такие апцараты можно использовать и для вывозки леса прямо с делянки, доставки питания и горючего на отдаленные зимовки и т.д.
Использовать такие дирижабли не прочь и военные моряки для поиска подлодок, охраны с воздуха морских рубежей нашей страны.
Говорят, если финансирование проекта будет достаточным, то реализованную мечту Циолковского мы сможем увидеть в небе уже в 2010 году.
Европейская экзотика
Наряду с американцами и россиянами, подобными проектами занимаются и европейцы. Немцы, голландцы, испанцы, британцы, даже швейцарцы словно бы наперегонки хотят отметить наступление XXI века новыми проектами и моделями.
Проект грузового дирижабля, предложенный немецкими инженерами
Скажем, известный в мире воздухоплавателей британский инженер и изобретатель Роджер Манк предлагает мировому сообществу сразу несколько интересных проектов. В их числе, например, проект "Скай Кэт" ("Небесный кот"), представленный сразу в трех модификациях – грузоподъемностью 15, 200 и 1000 т! В последнем случае за один рейс можно доставить на место высадки десанта сразу целый полк со всей приписанной к нему техникой...
А швейцарцы по заказам немецкого промышленного гиганта "Феста" работают над новыми технологиями применения пневматики в промышленности. Одной из последних ее разработок стал гибрид самолета с дирижаблем "Стингрей". Летательный аппарат представляет собой самолет типа "летающее крыло". Причем крыло это наполнено легким газом и обеспечивает таким образом дополнительную подъемную силу. В результате "Стингрей" взлетает и садится с небольшим разбегом и пробегом. А в будущем, при использовании пневматической катапульты, и вообще будет стартовать практически с места.
"Летающая тарелка" вместо дирижабля и "челнока"
Эллинг для грузового дирижабля будет столь велик, что современный аэробус будет выглядеть в нем почти игрушечным
И наконец, давайте поговорим еще об одной революционной разработке наших соотечественников – дирижабле, который, возможно, полетит даже в космос.
По виду термоплан "Россия" весьма похож на "летающую тарелку". И это неслучайно.
Как уже говорилось, слабое знание аэродинамики конструкторами прошлого нередко приводило к тому, что первые дирижабли–гиганты под действием ветра переламывались пополам. Их конструкцию рассчитывали, исходя из равномерного распределения нагрузки по длине корпуса, тогда как она прилагалась больше к корме и носу. Поэтому создатели термоплана и отказались от традиционной формы: не "сигара", а "чечевица", или, если хотите, "летающая тарелка" диаметром от 180 до 300 м и более, – вот наилучшая форма современного дирижабля. При такой конфигурации сила воздействия бокового ветра уменьшается в несколько раз, а кроме того, создается дополнительная аэродинамическая сила.
Основную 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°С газовыми горелками – примерно такими же, что используют в современных монгольфьерах.
Та;с выглядит первый образец термоплана
Такой термоплан, возможно, поднимется и на орбиту
Комбинированная схема позволяет обойтись и без балласта. Термоплану 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 условий для посадки нет, термоплан может зависнуть на высоте, а вниз на тросах уйдут лишь грузовые платформы, выполняющие роль лифтов. А приземлившись, аппарат будет надежно "притерт" к земле с помощью вакуумного "якоря". Под платформой у земли возникает эффект присоски, и аппарат как бы прилипает к поверхности.
Конечно термопланы могли бы использоваться в различных отраслях народного хозяйства. Еще в 1978 году специальная экспертная комиссия, например, заключила, что аппараты подобного класса могут взять на себя до 12% грузоперевозок России. По подсчетам специалистов, такие перевозки обойдутся в 6 раз дешевле, чем эксплуатация автомобиля–вездехода в условиях Заполярья. К тому же автомобильный транспорт в тех районах используется, как правило, лишь зимой. Весной и летом он безнадежно вязнет в болотах...
Наметили специалисты и несколько конкретных дел, которые дирижабли могли бы выполнить в первую очередь. Например, ежегодно на север и восток страны доставлять турбины для ГЭС, химические реакторы, оборудование для разведки, добычи и переработки нефти... Термоплан может доставить этот груз всего за 48 ч.
Пригодится такой аппарат и военным. С его помощью можно десантировать сразу целые полки, месяцами нести дозор на дальних подступах к границам нашей Родины, вести эффективную охоту за подлодками противника...
В Ульяновске был испытан масштабный образец аэростатического летательного аппарата грузоподъемностью до 3,5 т и планируется создать один–два полномасштабных дирижабля грузоподъемностью 600 т.
Создатели нового дирижабля между тем придумали вот какую интересную штуку. Как показали продувки в аэродинамической трубе, "летающая тарелка" имеет свойства крыла–диска, то есть при движении с достаточно высокой скоростью к аэростатической подъемной силе добавляется аэродинамическая. При этом удельная нагрузка на крыло в 15–20 раз меньше, чем, например, у всем известного "Шаттла".
О "челноке" мы тут вспомнили совсем не случайно. Какая у него главная обязанность? Правильно, выводить в космос коммерческие грузы. Так вот, специалисты подсчитали, что термоплан может быть использован и в качестве первой ступени системы, и подобные транспортные операции обойдутся в 2–3 раза дешевле, чем "Шаттл".
Это будет примерно так. Термоплан берет прямо со двора завода, КБ или иного предприятия полезную нагрузку – ракету–носитель со спутником связи, модулем строящейся международной орбитальной станции и т.д. Все это на внешней подвеске буксируется дирижаблем в экваториальную зону (где, как известно, запускать ракеты проще), поднимается на высоту нескольких десятков километров, где и производится пуск ракеты–носителя из контейнера. Таким образом, экономится как минимум одна ступень ракеты–носителя.
Если сделать оболочку достаточно жесткой, прикрепить к ней реактивные двигатели и ракетные ускорители, можно разогнать термоплан так, что он сам выйдет на околоземную орбиту.