Дирижабль — це гібридний літальний апарат, який використовує для підйому вгору один фізичний закон, а для просування вперед — інший. З певної точки зору, він є одним із найефективніших літальних апаратів, створених людиною, але водночас вже кілька десятиліть вважається тупиковою гілкою розвитку авіації.
Політ дирижабля
125 років тому, 19 жовтня 1901 року, бразильський винахідник Альберто Сантус-Дюмон облетів на дирижаблі навколо Ейфелевої вежі. Це був літальний апарат завдовжки 33 метри з бензиновим двигуном. Таким чином Сантус-Дюмон продемонстрував, що концепція керованого апарата, легшого за повітря, цілком робоча.
Так в історії авіації розпочалася нова сторінка, яка, однак, закінчилася нічим. Сучасне небо належить літакам і гелікоптерам, а все, що вище — ракетам. Але наскільки далеко в космос міг би залетіти дирижабль? Для того, аби відповісти на це запитання, треба розібратися, як взагалі може відбуватися такий політ.
Політ в атмосфері Землі може бути аеростатичним чи аеродинамічним. Перший відбувається завдяки закону Архімеда. Щільніше середовище виштовхує вгору об’єкт, наповнений чимось більш розрідженим. Прикладом може бути повітряна кулька.
Аеродинамічний політ відбувається завдяки тому, що апарат рухається вперед із певною швидкістю й при цьому має поверхню з таким профілем, щоб повітря над нею проходило відстань більшу, ніж унизу. Завдяки цьому відбувається розрідження повітря вгорі й виникає підіймальна сила.
Прикладом тут може бути паперовий літачок, особливо якщо він достатньо великий, щоб ззаду його штовхав мініатюрний пропелер, приєднаний до електродвигуна. Хоча і реактивний винищувач, і квадрокоптер літають за тим самим принципом. Єдине, в останнього сам гвинт є аеродинамічною поверхнею, рух якої тримає його в повітрі.
Аеростат і дирижабль
На перший погляд, аеростатичний політ видається значно простішим за аеродинамічний, бо все, що вам треба — це щось легке і герметичне, куди можна закачати газ, легший за повітря. Можна і саме повітря, тільки розігріте, адже за збільшення температури його щільність знижується.
Саме так працюють аеростати. Перший політ повітряної кулі з людьми на борту відбувся 21 листопада 1789 року в Парижі. Люди зрозуміли, що літати не так вже й важко, але водночас стала зрозумілою й основна проблема польоту виключно за рахунок архімедової сили. Повітроплавець може керувати висотою польоту повітряної кулі, підвищуючи температуру повітря всередині неї чи скидаючи зайвий вантаж. Але напрямок польоту йому не підвладний — вітер несе його куди заманеться.
Робочий апарат, що здійснює аеродинамічний політ, тоді неможливо було збудувати через відсутність легкого і потужного двигуна. Однак уже на межі XVIII–XIX ст. було зрозуміло, що проблеми у нього прямо протилежні. Літак постійно витрачає енергію на те, щоб підтримувати себе у повітрі. Зате і керувати ним можна як заманеться.
Уся перша половина XIX ст. стала добою освоєння неба за допомогою аеростатів. У 1839 році повітроплавці досягли висоти 7900 м. А у 1862-му встановили рекорд, який протримався більше, ніж пів століття — 11 887 м.
Однак ідея поєднати переваги аеростатичного та аеродинамічного польотів не полишала винахідників. Першість тут належить французькому генералу Жану Батисту Мьоньє. Саме він запропонував концепцію повітряного судна, в якому горизонтальний рух створюється обертанням пропелерів, які вручну крутять люди. Сама ідея так і не була реалізована, але ми й досі називаємо такі апарати французьким словом «дирижабль», тобто «керований».
Як тільки з’явився достатньо легкий і потужний паровий двигун, його спробували встановити на аеростат витягнутої форми, отримавши дирижабль. Уже тоді інженери розуміли, що за формою він має наближатися до товстої сигари, щоб у напрямку польоту мати найменший опір повітря.
Перший політ на дирижаблі з паровим двигуном здійснив 1852 року Анрі Жіффар. Проте м’яка оболонка аеростата зминалася під час поворотів і не давала нормально маневрувати. Та й парова машина була важкуватою для подібного літального апарата.
Справжній розвиток аеростатів розпочався у 1880-х, коли з’явилися більш жорсткі їхні конструкції й почалося застосування електричних двигунів. Наприклад, La France завдовжки 50,4 та діаметром 8,4 м здійснив 1884 року політ на відстань 7,6 км, яку подолав за 23 хв. І все ж тривалий час ці машини так і залишалися експериментальними.
Альберто Сантус-Дюмон
За усім цим спостерігав Альберто Сантос-Дюмон, який в ті часи був ще підлітком і жив у сільській місцевості в Бразилії. Проте з дитинства він цікавився усілякою технікою, особливо паровими тракторами й локомотивами, зачитувався Жюлем Верном.
У 1891 році, у віці 18 років, він переїхав до Франції, де жив його батько. Невдовзі юнак придбав автомобіль — на той час серійне виробництво таких машин тривало лише кілька років. Також він зацікавився авіацією, зокрема можливістю встановити на літальний апарат двигун внутрішнього згоряння.
Маючи гроші, Сантус-Дюмон міг дозволити собі експерименти. Спочатку він просто навчався літати на аеростатах, а з 1898 року почав конструювати дирижаблі. Загалом за сім років він побудував 11 таких апаратів.
Однак найвидатнішим із них все ж став апарат номер 5, на якому він у жовтні 1901 року виграв приз Дойча де ла Мерта, пролетівши від парку Сен-Клу в Парижі до Ейфелевої вежі, обігнувши її та повернувшись назад. Тим самим він нарешті остаточно довів можливість використання цих апаратів як транспорту.
Проте за кілька років Сантус-Дюмон переключився на аероплани й став одним із піонерів цієї галузі. Досі тривають суперечки про те, хто першим у світі здійснив політ на апараті, важчому за повітря: він чи брати Райт. Водночас достеменно відомо, що 1906 року Сантус-Дюмон установив перший офіційно зафіксований в авіації рекорд, пролетівши 220 м за 22 секунди.
Деякий час Сантус-Дюмон був надзвичайно популярною особистістю. Зокрема, саме йому ми завдячуємо модою на чоловічі наручні годинники. До того їх використовували як аксесуар тільки жінки, а чоловіки носили свої в кишені.
На початку 1910 року здоров’я Сантуса-Дюмона почало погіршуватися. Він залишив авіацію та переїхав до села, але невдовзі у Франції його звинуватили у шпигунстві. Коли винахідника звільнили з-під варти, йому довелося повернутися до Бразилії. Сантус-Дюмон страждав від депресії, зокрема через те, що літальні апарати стрімко перетворювалися на знаряддя війни. Зрештою він наклав на себе руки.
Доба дирижаблів
Однак у світі в цей час, зокрема і зусиллями Сантоса-Дюмона, настала доба дирижаблів. Літаки теж стрімко еволюціонували, але переваги «повітряних суден» довго переважали. Винахідники створили три основні їхні конструкції: м’які, які, по суті, були повітряними кулями видовженої форми; напівжорсткі, у яких кіль, що забезпечував керування, був зроблений на жорсткому каркасі; й жорсткі, вся оболонка яких кріпилася до легкого дерев’яного каркаса.
Хоча залежно від умов можуть застосовуватися всі три типи, найбільше розповсюдження у першій половині ХХ століття отримали саме жорсткі дирижаблі, які стрімко зросли у розмірах до океанічних суден і зрівнялися з ними у дальності мандрівки.
На відміну від літаків, великий дирижабль можна зробити справді просторим і містким, а політ на ньому — дуже комфортним. Він не потребує спеціальної посадкової смуги. Він взагалі може не сідати, а тільки зависати біля якоїсь високої щогли. Мало хто знає, але верхні поверхи знаменитої Емпайр Стейт Білдінг, яку збудували саме у 1930-ті, спочатку могли стати повітряним вокзалом. Дирижаблі з пасажирами з Європи мали причалювати саме там.
Однак все ж у 1940–50 роках доба аеростатів завершилася. Причин на те було кілька. Пасажирські літаки стали більшими й швидшими, а головне — безпечнішими. Дирижаблі, які вже тоді складалися з великої кількості окремих мішків із газом, теоретично могли б повільно опускатися на землю, але замість того вибухали, бо їх наповнювали воднем. Та й приземлення й причалювання виявилися не такими вже простими.
Дирижаблі у ХХI столітті
Однак у XXI столітті інтерес до дирижаблів та аеростатичного способу польоту поступово відроджується. Одна з головних причин — зміна пріоритетів в авіації: замість принципу «вище, швидше, сильніше» дедалі більше уваги приділяють енергоефективності та екологічній безпеці.
За десятиліття, що минули, вдалося подолати багато старих проблем. З’явилися легші й міцніші матеріали, а замість вибухонебезпечного водню почали використовувати гелій. Тим часом метеорологи навчилися дедалі точніше прогнозувати погоду.
Потенційно гігантські дирижаблі знову можуть повернутися у глобальну транспортну логістику. Перевозити ними вантажі дешевше, ніж літаками, й швидше, ніж кораблями, тож саме нішу між ними вони й могли б зайняти.
Також надзвичайно цікавою залишається їхня здатність на багато годин зависати на одному місці без витрат пального і причалювати до веж. Крім того, їх можна використовувати як транспорт для важкодоступних поселень.
Правда, експерименти з новими моделями поки що до створення нових транспортних компаній так і не привели. Головна причина — висока вартість розроблення масивної техніки з нуля. Такі витрати можуть дозволити собі великі корпорації, які у такі проєкти не дуже вірять, а малим стартапам на розроблення можуть знадобитися роки.
До того ж дирижабль так і лишається гірше керованим, тихохідним і надзвичайно чутливим до вітру в порівнянні з літаком. У принципі, з цими проблемами можна було б змиритися, з урахуванням перелічених вище переваг. Але поки що єдиним сучасним типом дирижаблів, які використовуються сьогодні, є німецькі Zeppelin NT. Але вони не стільки міжміський транспорт, скільки «літаючі екскурсійні автобуси».
Але й проєкти вантажних дирижаблів Airlander 10, Flying Whales LCA60T та Aeroscraft перебувають на пізніх стадіях випробування. Тож цілком можливо, що вони таки почнуть перевозити вантажі на великі відстані.
Також варто згадати й можливе повернення дирижаблів у військову авіацію. Військові вже повернулися до використання аеростатів як розвідувальних зондів та ретрансляторів. Цілком можливо, що за сучасного тренду на легкі та дешеві засоби повітряного ураження місце знайдеться і для дирижаблів.
Дирижаблі та космос
Окреме велике питання стосується того, наскільки реально полетіти на дирижаблі в космос. Використовувати їх для дослідження верхніх шарів Землі пропонував ще Дмитро Менделєєв у 1875 році. Але насправді питання це досить непросте.
Попри розвиток авіації, аеростати утримували першість у висоті польоту аж до початку 1960-х років, тобто до польотів ракетопланів X-15. Та й зараз, якщо не рахувати ракет та ракетопланів, рекорд висоти польоту людини належить саме повітряній кулі, а не літаку з крилами.
У 2014 році Алан Юстас стрибнув з висоти 41 424 м, а максимальна висота, якої у 1977 році досяг МіГ-25 під керуванням Александра Федотова, склала 37 650 м. На таких висотах небо вже здається чорним і можна побачити, що Земля справді кругла. Але це — далеко не космос. Лінія Кармана проходить на висоті 100 км від Землі, а орбіти супутників починаються приблизно від 200 км.
Дирижабль важчий за аеростат, він за означенням не може підійматися настільки ж високо. Практичне досягнення польоту таких апаратів наразі становить близько 7500 м. Однак це значною мірою пояснюється тим, що дирижаблі передусім розглядали як повітряні вантажівки, а спеціалізованих висотних аеростатів із силовою установкою та системою керування, подібною до дирижаблевої, ніхто не будував. Водночас розрахунки показують, що за сприятливих умов такі апарати цілком могли б досягати стратосфери й підійматися на висоту 20–22 км.
Результат не вражає, та й ефективність гвинтів на такій висоті залишає бажати кращого. Проте головна перевага дирижабля — не швидкість чи висота польоту, а здатність тривалий час утримуватися на одному місці. Тому виникла ідея використовувати його як повітряний стартовий майданчик для запуску космічних апаратів. Адже значну частину палива ракети витрачають на подолання сили тяжіння та опору щільних нижніх шарів атмосфери. Якщо запускати ракету зі стратосфери, її можна зробити меншою та легшою.
Єдине, йдеться все ж про невеликі апарати, і є величезна проблема зі стійкістю платформи. Аеростати й без того розгойдуються під дією вітру, а реактивний струмінь ракети може додатково порушити їхню рівновагу й навіть зруйнувати конструкцію. Проте сама ідея залишається цікавою. Щоправда, ракету, найімовірніше, доведеться підвішувати під аеростатом. У такий спосіб можна було б запускати навіть пілотовані апарати, подібні до SpaceShipTwo компанії Virgin Galactic.
А ось для чого висотний дирижабль точно може стати в пригоді, так це для створення висотної обсерваторії, подібної до SOFIA, яку кілька років тому використовували в NASA. Суть подібного проєкту полягає в тому, щоб підняти телескоп вище найщільніших шарів атмосфери та водяної пари в них. Цілком можливо, що космічна історія дирижаблів тільки розпочинається.
