Аэростат

АЭРОСТАТ (от аэро... и греческий στατ?ς - стоячий, неподвижный), летательный аппарат, использующий аэростатическую подъёмную силу, которая создаётся заключённым в газонепроницаемую оболочку газом (водород, гелий, нагретый воздух), с меньшей, чем у атмосферного воздуха, плотностью. Аэростаты подразделяют на свободные, привязные и управляемые - дирижабли.

Свободные аэростаты (СА) применяют для изучения атмосферы, астрономических исследований, испытаний аппаратуры и снаряжения, переноса и сброса боевых грузов, в спортивных, рекламных, разведывательных и иных целях. В зависимости от назначения СА могут быть с экипажем и без него, совершать длительные или кратковременные полёты. СА с экипажем имеют устройства, позволяющие регулировать высоту полёта, скорость подъёма и спуска и прекращать полёт по желанию пилота. Аналогичные устройства имеют некоторые виды беспилотных СА, называемые автоматическими аэростатами; шары-зонды, радиозонды и некоторые беспилотные СА, предназначенные для пиковых (рекордных) высотных полётов, таких устройств не имеют. Пилотируемые СА с открытой гондолой для подъёма на высоту до 7-12 км называют субстратостатами, пилотируемые СА с герметичной гондолой и автоматические аэростаты для подъёма в стратосферу - стратостатами.

СА состоят из мягкой оболочки, обычно шарообразной формы, к которой на сетке или стропах подвешивают гондолу, где размещаются воздухоплаватели, аппаратура и балласт в виде мешков с песком или дробью (пилотируемые СА) либо контейнеры с аппаратурой, балластом и парашют (беспилотные СА).

Свободный аэростат.

Оболочки пилотируемых СА, как правило, делают открытыми снизу, а беспилотных - как открытыми, так и замкнутыми. В открытых оболочках, полностью наполненных, подъёмный газ при расширении частично выходит через отверстие внизу оболочки. Это уменьшает массу СА. В замкнутых резиновых оболочках шаров-зондов и радиозондов подъёмный газ создаёт внутреннее давление, под действием которого оболочки растягиваются; при этом аэростат увеличивается в объёме в 60-300 раз, что позволяет ему подниматься на высоту до 45-48 км. Оболочки большей части беспилотных и пилотируемых СА, предназначенных для полётов в стратосферу, изготовляются из полимерных плёночных и тканеплёночных материалов и рассчитаны на одноразовое применение. Их объём 15-100 тысяч м³. Оболочки спортивных СА, наполняемые тёплым воздухом, делаются из прочных термостойких тканей, рассчитанных на многоразовое применение. Объём таких аэростатов от 400 до 20 тысяч м³ и более. Многократно используются также парашютирующие оболочки автоматических аэростатов.

В качестве подъёмного газа в большинстве автоматических и беспилотных СА, предназначенных для пиковых полётов, применяют водород. Автоматические аэростаты, поднимающие дорогостоящую исследовательскую аппаратуру, а также пилотируемые исследовательские и рекордные СА наполняют преимущественно гелием или смесью гелия с водородом. В спортивных СА используют водород либо тёплый воздух. Для нагревания воздуха обычно применяют газовую горелку, которую укрепляют на специальной раме в устье отверстия в нижней части оболочки, такие аэростаты называют тепловыми, или «монгольфьерами» (по имени изобретателей аэростата братьев Ж. и Э. Монгольфье).

Подъём СА достигается увеличением подъёмной силы посредством сбрасывания части балласта или повышения температуры подъёмного газа, а снижение - уменьшением подъёмной силы вследствие естественного охлаждения газа или выпуска его через специальный (газовый) клапан в верхней части оболочки. Изменяя высоту полёта с учётом направления и скорости ветра, можно в некоторых пределах регулировать направление и дальность полёта СА. Спуск гондолы с экипажем или перевозимого груза возможен также путём отцепления их от оболочки на высоте и последующего снижения на парашюте. Снижение СА с оболочкой парашютирующего типа начинается с выпуском подъёмного газа, одновременно оболочка наполняется воздухом через открытое нижнее отверстие, превращаясь в своеобразный парашют.

Привязные аэростаты (ПА) применяют для подъёма исследовательской аппаратуры, радиолокаторов, ретрансляторов, в качестве средств связи, для зондирования атмосферы, защиты от налётов авиации (аэростатные заграждения) и в других целях. В отличие от СА, привязные аэростаты при подъёме, стоянке на высоте и спуске удерживаются привязным тросом, нижний конец которого закрепляется на лебёдке на специально оборудованной площадке. Изменяя при помощи лебёдки длину привязного троса, можно регулировать высоту подъёма ПА, а также перемещать его в горизонтальной плоскости. В зависимости от назначения ПА могут быть с экипажем или без него.

ПА имеют слегка вытянутую обтекаемую оболочку (корпус) с кормовым оперением, которое обеспечивает ей устойчивость и создаёт дополнительную аэродинамическую подъёмную силу; к корпусу крепится гондола для экипажа или контейнер с аппаратурой и привязной трос. Для изготовления оболочек применяют специальные ткани, такие, как для спортивных или автоматических СА. В качестве подъёмного газа используют водород или гелий.

Объём оболочки ПА - от нескольких м³ до 10-12 тысячм³. Неизменность формы и жёсткость оболочки ПА достигается путём наполнения воздухом специальной камеры (баллонета), расположенной в нижней части оболочки, либо посредством резиновых стяжек. Баллонет и пневматическое оперение наполняются встречным воздушным потоком (через улавливатели) или при помощи вентиляторов, работающих от бортовой энергосистемы. Привязной трос делают из стальных проволок или синтетических нитей. При использовании ПА в качестве антенны трос снабжают наружной медной оплёткой. Для телефонной связи и электропитания бортовых систем от внешних источников применяют привязные кабель-тросы с токопроводящей центральной жилой.

ПА обычно поднимаются на высоту до 2-5 км при скорости ветра до 35-40 м/с. При подъёме выше 5 км используют системы из 2 или 3 последовательно соединённых аэростатов (системы тандем и триплет), что позволяет достигать высоты 8-10 км при скорости ветра 21-23 м/с. Для подъёма на высоту 13 км и более применяют стратосферные ПА с оболочкой так называемой оптимальной формы из плёночных армированных материалов, из которых обычно делают оболочки автоматических СА. Подъёмный трос для таких ПА изготовляют из стеклонитей со специальным защитным покрытием из нейлона и других материалов. Подъём стратосферных ПА допускается только при особо благоприятных атмосферных условиях.

Историческую справку смотри в статье Воздухоплавание.

Р. В. Пятышев.