Воздухоплавание

ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ, передвижение и пребывание в воздушной среде летательных аппаратов легче воздуха, среди которых различают свободные и привязные аэростаты, стратостаты, радиозонды, дирижабли, гибридные ЛА.

Первые попытки подняться на ЛА легче воздуха были предприняты в 1670 году итальянским учёным Франческо де Лана Торци, который создал «летающую лодку». В 1783 году французские изобретатели братья Э. и Ж. Монгольфье изготовили воздушный шар, который в дальнейшем стал называться монгольфьером. Аппарат, сделанный из льняной ткани, обклеенной с двух сторон бумагой, поднялся на высоту 2000 м. В 1784 году французский генерал Ж. Менье предложил проект управляемого аэростата, который уже имел главные признаки современных дирижаблей: продолговатую сигарообразную форму и баллонет, служивший для поддержания избыточного давления в оболочке при изменении температуры газа и при его утечке. В качестве движителя использовались два двухлопастных воздушных винта, размещённых в гондоле и приводимых в действие мускульной силой экипажа. После первых, главным образом развлекательных, полётов аэростаты стали использовать в военных целях. В 1812 году в России были применены боевые аэростаты, изготовленные немецким механиком Ф. Леппихом. В 1875 году Д. И. Менделеев выдвинул идею создания стратостата и обосновал выбор его некоторых конструктивных частей; в 1887 году он совершил полёт на военном аэростате длительностью 3 ч 36 минут для наблюдения солнечного затмения. В 1887 году К. Э. Циолковский предложил конструкцию цельнометаллического бескаркасного дирижабля с изменением его объёма в полёте. В 1893 году немецкий конструктор А. Парзеваль разработал конструкцию привязного аэростата, который был достаточно устойчив и позволял вести наблюдения при сильном ветре.

В развитии дирижаблестроения значительную роль сыграл Ф. Цеппелин, создавший жёсткую схему корпуса из металлических шпангоутов и стрингеров. В 1900 году им был построен первый жёсткий дирижабль LZ-1 объёмом 11,3 тысяч м³, длиной 128 м и диаметром 11,6 м. Высокий технический уровень «цеппелинов» обеспечил их применение в военных действиях для бомбардировок, патрулирования прибрежных районов, эскорта судов, борьбы с подводными лодками, обнаружения минных полей, а также использования для дальних пассажирских круизов. 1-я треть 20 века ознаменовалась развитием дирижаблей полужёсткой схемы. Вершиной достижений среди аппаратов такого типа стал дирижабль итальянского инженера У. Нобиле - «Норге» («N-1», 1923), на базе которого были построены дирижабли «N-2», «М.R», «N-4» в Италии, «N-3» в Японии и др. На «N-1» в 1926 году норвежский полярный исследователь Р. Амундсен совершил перелёт по маршруту остров Шпицберген - Северный полюс - Аляска протяжённостью 5300 км. В 1929 году жёсткий дирижабль LZ-127 «Граф Цеппелин» объёмом 105 тысяч м³ совершил первый кругосветный перелёт протяжённостью 35 тысяч км за 21 день с тремя промежуточными посадками. Дирижабль эксплуатировался 10 лет и за это время имел более 17 тысяч часов налёта, перевёз 13 тысяч пассажиров (совершил два кругосветных перелёта, полёт к Северному полюсу, регулярные рейсы в Южную Америку и США). Комфорт на LZ-127 был сопоставим с комфортом морских лайнеров. В дальнейшем в Германии был построен более быстрый и комфортный дирижабль «Гинденбург» объёмом 217 тысяч м³, длиной 247,8 м, диаметром 41,2 м.

В Советской России в 1918 году под руководством Н. Е. Жуковского был изготовлен аэростат, совершивший полёт в 1919 году. В 1922 году был установлен мировой рекорд продолжительности полёта на свободном аэростате - 22 ч 10 мин (пилоты Н. Д. Анощенко, И. И. Мейснер, Н. Г. Стобровский). В феврале 1933 года построен первый советский полужёсткий дирижабль «СССР В-5», совершивший более 100 удачных полётов. На основе опыта постройки и эксплуатации «В-5» в 1934 году построен дирижабль «СССР В-6», на котором успешно осуществлены длительные полёты и установлен мировой рекорд по продолжительности (более 130 ч), что свидетельствовало о пригодности дирижабля для выполнения регулярных дальних пассажирских перевозок. В 1934-38 годах построены дирижабли: «В-7» («Челюскинец»), «В-7-бис», «В-8», «В-10». В то же время велись работы по проектированию полужёстких дирижаблей объёмом 55 тысяч м³, высотных дирижаблей объёмом 29 и 100 тысяч м³, а также «В-12» (1942), «Победа» (1945), «В-12-бис» («Патриот», 1947). Рекордный по продолжительности и дальности полёт совершили 16.3.1941 С. С. Гайгеров и Б. А. Неверов из Москвы в Новосибирскую область, пролетев за 69 ч 20 мин 2767 км. Большой вклад в развитие дирижаблестроения внесли учёные и специалисты ЦАГИ и ОКБ «Дирижаблестрой» Б. А. Гарф, В. В. Катанский, В. А. Семёнов.

Наивысшего расцвета аэростатические ЛА достигли к середине 20 века, когда были построены пассажирские, транспортные и военные дирижабли-гиганты объёмом до 217 тысяч м³ и грузоподъёмностью до 100 т. Например, в США для ВМФ созданы воздушные авианосцы «Акрон» и «Мэкон» объёмом по 209 тысяч м³. Каждый дирижабль нёс 5 самолётов, которые размещались внутри его корпуса и с помощью специальной штанги могли стартовать и, совершив полёт, возвращаться обратно. Усовершенствованный дирижабль ZPG-2W объёмом 27,6 тысяч м³, оборудованный двумя радарными установками для обнаружения воздушных и морских целей, прошёл ряд испытательных полётов, показавших его высокую эффективность. В одном из полётов была установлена рекордная продолжительность - 264 ч, пройденное расстояние составило 15 тысяч км. Крупнейшие дирижабли того времени ZPG-3W объёмом 42,2 тысяч м³ выполняли роль летающих пунктов радиолокационного дозора.

Интерес к использованию дирижаблей возобновился в начале 1980-х годов в связи с проблемами энергетического кризиса и необходимостью решения военно-политических и социально-экономических задач. Кроме того, развитие науки и техники (технология материалов, двигателестроение, электроника и системы управления, вычислительная техника и др.) послужило толчком к возобновлению интереса к дирижаблестроению, что определило нишу их эффективного технико-экономического использования. Были разработаны многочисленные проекты гибридных ЛА для решения проблем балансировки в полёте и в процессе освобождения от полезной нагрузки в конце полёта. В таких проектах масса конструкции (без полезного груза) уравновешивается подъёмной силой лёгкого рабочего газа (водород, гелий), а для подъёма полезного груза используется источник дополнительной подъёмной силы (например, тяга вертикальных воздушных винтов, нагрев подъёмного газа внутри оболочки или аэродинамической силы).

Некоторые из проектов были доведены до летающих моделей. Так, в США была разработана и испытана летающая модель дирижабля «Аэрокран». Аппарат состоял из наполненной гелием сферической оболочки диаметром 55 м с четырьмя несущими лопастями длиной по 36 м, на концах которых установлены турбовинтовые двигатели. При работе двигателей лопасти вращались, в результате чего создавалась подъёмная сила.

В России в середины 1970-х годов профессор МАИ С. Н. Егер разработал проект дирижабля «Термоплан» грузоподъёмностью 150 тонн, в котором предложил использовать высокие аэродинамические свойства дискообразного корпуса аэростата во время крейсерского полёта и создавать дополнительную подъёмную силу подогревом воздуха выхлопными газами турбовинтовых двигателей. Предложенная схема обеспечивала вертикальный взлёт и посадку с грузом и решала проблему его безбалластовой эксплуатации. В 1991 году был изготовлен 40-метровый прототип «Термоплана», который прошёл наземные испытания.

В начале 21 века большой интерес проявился к стратосферным беспилотным дирижаблям (стратосферная платформа), которые могут длительное время функционировать на больших высотах (17-22 км), обеспечивать коммуникационную связь, мониторинг для метеорологических служб и др. Их стоимость может быть в несколько раз меньше существующих спутниковых систем. Аэростатические ЛА нового поколения имеют широкую перспективу эффективного использования в научных исследованиях, военных целях, могут быть успешно применены для дистанционного зондирования, площадных и галсовых измерений с помощью бортовых высокоточных приборов для различных отраслей, прежде всего МЧС; при инспекции, мониторинге, патрулировании и сопровождении объектов для топливно-энергетического комплекса, МО, МВД, ФСБ, администраций регионов крупных городов; для проведения НИОКР; в качестве летающих лабораторий. Развивается спортивное воздухоплавание. Российским спортсменам принадлежат мировые рекорды, утверждённые ФАИ: по продолжительности полёта на тепловом дирижабле категории ВХ-4 (20.2.2004); по продолжительности полёта женщин на тепловом дирижабле категории ВХ-4 (7 и 24.2.2005); по скорости на газовом дирижабле категории ВА-02 (10.2.2005); на дирижабле категории ВХ-02 по продолжительности (2.4.2005) и скорости (1.3.2006) полёта.

Смотри также Воздухоплавательный спорт.

Лит.: Грэм И. Авиация. Смоленск, 2002; Таланов А. В. Все о воздушных шарах. М., 2002; 100 великих авиакатастроф / Авт.-сост. И. А. Муромов. М., 2003.