за счет чего летает дирижабль
Пара слов про дирижабли
За дирижаблями, возможно, снова будущее. Они как дроны, только могут быть огромными и висеть в воздухе неделями.
Я как-то обещал рассказать про советскую стратегическую концепцию о заправке дизельных подлодок с помощью дирижаблей. Дирижабль должен был стать мобильной базой и сразу разведпунктом. Но про это позже.
Чтобы разобраться, как вообще такая клюква возможна, давайте сначала разберёмся, что такое дирижабль.
Wikimedia Commons, Hindenburg disaster, 1937
Сначала посмотрите на картинку. Это катастрофа Гинденбурга в 1937 году. Можно сказать, что именно из-за неё кончилась эра пассажирских дирижаблей. Она ужасна и прекрасна одновременно.
Что такое дирижабль?
Это летательный аппарат легче воздуха, то есть летающий за счёт силы Архимеда.
Его просто вытесняет наверх до тех пор, пока вес, заключённый в его объёме, не будет равняться такому же весу воздуха, способного занять данный объём.
Упрощая, вы можете на земле наполнить шар гелием (менее плотным, чем окружающий воздух). Он поднимет вас до определённой высоты. Там, стравливая гелий, вы можете начать опускаться. Если ветер в нужную сторону (либо вы знаете высоту, где он в нужную сторону) — вы можете оказаться там, где нужно.
Естественно, в этом методе куча недостатков, и конструкцию можно докрутить.
Авария (1916). Здесь видно этот каркас.
Чтобы вы понимали перспективу дирижаблей в перевозках, уже в 30-е годы их крейсерская скорость была 120 километров в час. То есть весь трафик, который сейчас лежит на автодорогах и железных дорогах, можно было бы пустить воздухом. И именно таково было светлое будущее.
Подбираемся к связи с подлодками
В начале двадцатого века дирижабли активно использовали для военных действий. В Германии было 11 боевых дирижаблей. Радиус действия как у самолетов, высота 2400 метров, цели — бомбометание и разведка.
Однако оказалось, что всю эту конструкцию очень легко сбить. Попасть по дирижаблю просто, и даже десять камер не сильно помогут, если попадётся настойчивый пилот вражеского истребителя. Да и практика полётов Z-7 показала, что враги быстро это поняли.
А ещё дирижабль проще бомбить, чем расстреливать. Просто зашёл повыше — и под тобой объект размером с городскую площадь.
Но бои показали, что дирижабли тоже вполне могут преподнести пару сюрпризов. Например, сбросить балласт и резко «подпрыгнуть» выше доступной тогдашним истребителям высоты — это было ключевым фактором выживания. А ещё дирижабль мог спрятаться в облако и не высовываться. Ну и хорошее защитное вооружение позволяло более-менее внятно отбиваться от нескольких самолётов.
Наземные станции старались захватить ночью дирижабль прожектором, чтобы его было хорошо видно — и тогда ему крышка, потому что попасть могли почти все.
С другой стороны, напомню, дирижабли всё же обладают совершенно чудовищной грузоподъёмностью. А вот самолёты (и подлодки) тогда были очень и очень ограничены в плане радиуса действия. Начали пробовать прикручивать самолёты к дирижаблям. Сначала по три штуки:
Чёртовы протоссы
Теперь про подлодки. Тогда, в эпоху дирижаблей, у подлодок не было зенитного перископа. То есть никто не думал, что нужно будет смотреть наверх. Это был явный баг, и эксплоит очень быстро нашёлся — дирижабль мог часами и днями наблюдать за акваторией сверху, откуда было отлично видно всё то, что шастает под водой, на десятки метров.
Подлодки были тупо медленнее, чем дирижабли даже против умеренного ветра.
Но тоже не срослось, следующее поколение лодок уже было отлично оборудовано всем нужным.
В результате дирижабли вытеснили в оборону — они могли хорошо отражать атаки вражеских самолётов некоторое время, плюс обладали прекрасными возможностями для разведки, конкретно — прямого наблюдения. Последняя прекрасная доктрина — это использовать их как морские базы снабжения. Дизельные подлодки были не очень автономными, и во многом зависели от запаса топлива. Дирижабль мог висеть где нужно, издалека видеть корабли противника, давать наводку своим лодкам, дожидаться их возвращения с задания, заправлять с воздуха и снабжать — и уходить. Предполагалось даже, что будет специальная спускаемая корзина для этих действий — сам дирижабль мог оставаться очень высоко.
Но если в качестве разведки для наведения лодок их использовали, то вот в качестве дозаправщика — уже нет, насколько я понимаю.
Инфраструктура
Для хранения дирижабля нужен эллинг или причальная башня.
Вывод дирижабля «Московский химик-резинщик» из эллинга 1920-е
Немцы быстро поняли, что просто так дирижабль из эллинга вывести для решения боевых задач довольно сложно, поэтому использовали поворотные эллинги, позволяющие решить проблему бокового ветра.
На причальных башнях всё было хорошо — если не считать того, что те же немцы знатно обломались с русской зимой. Дело в том, что снег просто берёт и сажает дирижабль, если его чем-то не накрыть. Если снега чуть больше пары сантиметров — то заодно ещё и эпически калечит каркас.
С другой стороны, описан случай с R-101, который на причале выдержал ветер 153 км/ч. Это такой, который обычно уносит плохо закреплённые дома.
Для полноценной посадки крупного дирижабля и установки его в стационарную позицию нужна была команда в 300-700 человек.
Мобильная причальная башня
Теперь про то, почему они больше длинные, чем широкие на ретрофото. Тут тоже интересная история — поначалу в конструкции ориентировались на глубоководных рыб, и делали примерно 10 к 1 по длине. Потом начали проводить испытания в аэродинамических трубах и пришли к тому, что меньшее лобовое сопротивление достигается при соотношении 5 к 1.
Поздние дирижабли стали настолько большими, что их начали снабжать интеркомом — сначала акустическим, потом и электрическим.
Гинденбург
36 членов экипажа, 61 пассажир. 15 баллонов с инертным гелием, дирижабль (предположительно) мог удерживать позицию в воздухе при 6-7 пробитых баллонах. Скорость 135 км/ч. Это идеальный пассажирский лайнер люкс-класса. Он был «мостиком» через атлантический океан, использовался для регулярного пассажирского сообщения и был почти «Конкордом» тех лет. По шику. Вот тут в Вики заботливо наковыряны из разных пруфов и перечислены его полёты.
Проблема с Гинденбургом была только в том, что гелий никак не получалось достать, и вместо него решили использовать водород. Водород отличается от гелия тем, что радостно и очень громко жахает. Огромная ёмкость со взрывоопасным газом? Ну, тогда многим это казалось хорошей идеей. Надо было лишь слегка доделать конструкцию и правила, чтобы избежать проблем. Вот как описывает решение похожей проблемы Петр Павлович Ионов в книге «Дирижабли и их военное применение» (Государственное военное издательство, 1937, кстати, очень рекомендую как источник пруфов):
«Для предупреждения воспламенения горючего (газолин) кабины, в которых оно помещается, имеют специальное оборудование. Весь дирижабль вентилируется во избежание скапливания паров газолина, а электрическая проводка специально обеспечена от возможности коротких замыканий. Уменьшена также опасность электрических разрядов во время грозы тем, что все металлические части соединены между собою и могут реагировать, как клетка Фарадея, сильно рассеивая электрический разряд.»
То есть да, на Гинденбурге смонтировали хорошее пожаротушение, всем дали специальную форму, каблуки на обуви экипажа поменяли, чтобы не накапливалась статика от трения об пол, у пассажиров отбирали всё то, что могло стать причиной возгорания. Кроме сигар — их разрешалось курить в специальной изолированной по типу батискафа зоне. Не лишать же сигар благородных донов, правильно?
А тут результат расследования:
Группа ученых из Юго-Западного исследовательского института в городе Сан-Антонио в штате Техас сделала вывод, что возгорание на борту дирижабля, который вскоре после трагедии стали называть «Нацистским Титаником», произошло из-за статического электричества, которое возникло между наружной оболочкой дирижабля и каркасом в результате грозы. В это же время по неизвестной причине произошла утечка газа (вероятно, был поврежден один из баллонов с водородом) и газ проник в вентиляционные шахты.
Во время заземления посадочных канатов из-за разницы потенциалов между частями наружной оболочки и каркасом возникла искра, и воздухо-водородная смесь на борту дирижабля воспламенилась. Ранее немецкими и американскими учеными уже выдвигались версии об утечке газа, однако существовали разногласия в отношении того, что привело к его воспламенению.
Источник.
В результате погибли 13 пассажиров и 22 члена экипажа. Ещё сгорел один из наземных рабочих.
За посадкой наблюдали очень многие, поэтому есть видео. Это стабилизированная версия пары плёнок, сам момент горения примерно на 26-й секунде:
Надо сказать, что тогда на такие фото и видео реагировали совершенно иначе, чем сегодня. Публика не была приучена к таким зрелищам, и это вызывало неподдельный ужас. Естественно, получилась очень пугающая история, особенно с точки зрения продаж билетов в самый безопасный вид трансатлантического транспорта. И вот примерно так кончилась эра пассажирских дирижаблей.
Сейчас огромные воздушные шары никто не строит, но применение у этих аппаратов всё же есть. Как я говорил, это отличные «долгоиграющие» дроны. Например, с них можно раздавать интернет.
Что такое дирижабли и почему их хотят снова использовать?
Цеппелин, более известный как дирижабль — это управляемый аэростат, движимый силовой установкой, которая работает на основе легковесного водорода или гелия. Всплеск эксплуатации этого транспортного средства пришелся на начало XX века, когда он считался не просто средством передвижения, но и роскошным способом показать свое благосостояние зажиточному слою населения. Спустя почти 80 лет после последней массовой эксплуатации дирижаблей, огромные летающие гиганты могут вернуться в небо и стать частью нашей повседневной жизни. Однако в этот раз дирижабли будут использоваться не для перевозки пассажиров, а в качестве экологически чистого транспортного средства для доставки грузов по всему миру.
На данный момент, количество дирижаблей в мире довольно ограничено. Чаще всего, они используются в качестве оригинальных рекламных средств, при необходимости сбора информации о дорожных ситуациях, а также при организации туристических полетов.
Что такое цеппелины и как они работают?
Цеппелины представляют собой дирижабли жесткой системы, особенность которых значится в распределении несущего газа по отдельным отсекам, находящимся в обтянутом тканью металлическом каркасе. Эти весьма оригинальные устройства названы в честь своего создателя — немецкого графа Фердинанда Цеппелина. Реализация проекта по строительству воздушного аэростата началась в 1899 году, а первый полет дирижабля “Цеппелин — LZ 1” состоялся уже в 1900 году. После удачных испытаний нового летательного аппарата, дирижабли Цеппелина стали использоваться как в военных, так и в гражданских целях. Несмотря на свой невероятный успех, эра дирижаблей закончилась так же быстро, как и началась. Главной причиной отказа от этого воздушного средства передвижения стало крушение цеппелина “Гинденбург” в 1936 году, обернувшееся настоящей катастрофой.
Катастрофа цеппелина LZ 129 Hindenburg унесла с собой жизни 36 человек
Так, 3 мая цеппелин “Гинденбург” отправился из Франкфурта в Лейкхерст. На его борту в общей сложности находилось 97 человек. 6 мая 1936 года, прибыв к посадочной площадке, дирижабль неожиданно загорелся и рухнул на землю с высоты 180 метров. Несмотря на то, что причину возгорания вскоре выяснит специальная комиссия, для людей эта катастрофа становится главным поводом для прекращения эксплуатации цеппелинов. Согласно экспертному мнению, возгорание произошло из-за утечки водорода, которое было вызвано разрывом водородного баллона в момент приземления воздушного транспортного средства.
Цеппелины могут вернуться в небо уже в ближайшее время
Несмотря на неожиданный закат технологии аэростатов, который произошел в начале XX века, спустя почти 80 лет гигантские дирижабли готовы к возвращению. Новейшие цеппелины будут в 10 раз больше, чем 800-фунтовый Гинденбург и в 5 раз больше, чем Эмпайр-Стейт-Билдинг. Согласно мнению разработчиков новых аэростатов, они выполняли бы традиционную работу грузовых судов, но значительно быстрее и при минимальном загрязнении окружающей среды.
Возможно, уже в ближайшем будущем мы сможем увидеть вернувшиеся к жизни дирижабли
Ученые утверждают, что на таком дирижабле облететь земной шар можно будет за 16 дней, перевозя одновременно около 20 000 тонн полезного груза и затрачивая при этом минимум энергии. Новейшее поколение летательных аппаратов будет передвигаться на реактивном потоке, который представляет из себя мощный пояс ветров, окружающий Землю. Как и 80 лет назад, цеппелины будут плавучими благодаря водороду, который в 14 раз легче воздуха. Из-за легковоспламеняемого газа новейшие дирижабли будут полностью автономными, а процессом загрузки будут руководить роботизированные системы.
Если вам нравится данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему каналу на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из мира популярной науки и техники.
Ученые считают, что развитие новейших технологий позволит усовершенствовать строительство надежных дирижаблей и снизить риски утечек водорода, а также связанных с ними возгораний в несколько раз по сравнению с их предшественниками. Если так, то уже совсем скоро нас ожидает эра новых транспортных средств и бум грузоперевозок по всему миру. Здесь остается только в очередной раз отметить, что “все новое — это хорошо забытое старое”.
Смогут ли дирижабли вновь завоевать небо
В прошлом веке дирижабли перевозили тяжелые грузы, выполняли трансатлантические рейсы, летали над Северным полюсом. В военное время их использовали для разведки и уничтожения объектов противника, заграждения и корректировки огня артиллерии, подготовки десантников. Увлечение человека скоростями, сложности в использовании водорода в качестве подъемного газа при высокой стоимости более безопасного гелия, свело на нет использование медленных и неповоротливых «цеппелинов».
Катастрофа дирижабля «Гинденбург» не была первой или самой крупной по количеству человеческих жертв. Но именно падение немецкого «цеппелина» было снято на кинопленку и облетело весь мир. Образ роскошного и безопасного воздушного судна сгорел за 32 секунды вместе с обшивкой гондолы дирижабля, внутри которой находилось 200 тыс. кубометров водорода. После более чем 30 лет пассажирских путешествий на коммерческих дирижаблях, в которых десятки тысяч человек пролетели более 1 млн км, совершив более 2 000 рейсов без единой травмы, эра пассажирских дирижаблей на водородном топливе подошла к концу.
Сегодня этот вид транспорта получает второе рождение. Малый углеродный след, низкая стоимость перевозки груза, в том числе негабаритного, и способность проникать в труднодоступные районы — преимущества, которые позволят дирижаблям снова занять свое место на небосводе. А современные технологии сделают их надежнее и безопаснее.
Пока единственный действующий нерекламный дирижабль — пассажирский Zeppelin NT. Судно длиной 75 м предлагает обзорные экскурсии по Германии и Швейцарии. Цена билета на 30-минутный тур — около €260.
Но энтузиасты дирижаблестроения уверяют, что если все сложится удачно, уже через три-пять лет полеты небесных гигантов, как пассажирских так и грузовых, вполне могут стать обычным делом.
Семь преимуществ современного дирижабля
Кто создает дирижабли сегодня
Flying Whales
Французская компания Flying Whales планирует начать доставку грузов в отдаленные районы дирижаблями LCA60T уже в 2024 году. На финансирование всей программы до ввода в эксплуатацию первого судна Flying Whales необходимо €400–500 млн. Компания планирует построить 150 дирижаблей за десять лет.
LCA60T — гибридный дирижабль с жесткой конструкцией для перевозки тяжелых грузов на расстояния в 300–500 км. Первоначально аппараты будут иметь запасы обычного авиационного керосина на выработку электроэнергии для полета. По словам директора по продажам, маркетингу и операциям Flying Whales Мишеля Рено, сейчас компания разрабатывает водородный топливный элемент для полностью электрической силовой установки. Производители надеются сократить углеродный след со вторым поколением LCA60T, запланированным на 2025 год.
Индонезия, Гайана и канадская провинция Квебек намерены испытать дирижабли Flying Whales как дополнительное решение для районов, где географические и климатические ограничения затрудняют строительство транспортной инфраструктуры. Заинтересованность в этом виде воздушных судов выразило Национальное управление лесного хозяйства Франции.
Компания Flying Whales планирует использовать дирижабли в гуманитарных и спасательных миссиях для транспортировки аварийного оборудования в районы, пострадавшие от стихийных бедствий, или для эвакуации людей. Она ведет переговоры с крупными международными игроками, в том числе ООН.
Hybrid Air Vehicles
В мае 2021 года британский производитель дирижаблей Hybrid Air Vehicles (HAV) назвал ряд маршрутов, которые он намерен обслуживать с 2025 года. Один из них — Барселона–Пальма-де-Майорка. Его 100-местный гибридный дирижабль Airlander 10 преодолеет 200 км между этими городами за 4,5 часа. Другие запланированные маршруты включают Ливерпуль–Белфаст — 5 часов 20 минут, Осло–Стокгольм — 6,5 часов и Сиэтл–Ванкувер — четыре часа.
Первоначальная конфигурация дирижабля в 2025 году будет состоять из четырех двигателей внутреннего сгорания. Комбинация этих двигателей с технологией Airlander может снизить выбросы до 75% по сравнению с самолетами с неподвижным крылом. Выброс CO2 на одного пассажира на дирижабле составит около 4,5 кг против примерно 53 кг на реактивном самолете. Со временем все четыре двигателя Airlander 10 будут электрическими, что сократит уровень выбросов к 2030 году до 95%.
Гибридный дирижабль сочетает аэродинамическую подъемную силу самолета, подъемные газы дирижабля и векторную тягу вертолета.
По словам HAV, дирижабль выдержит высокие и низкие температуры, сильный ветер и даже удары молнии в соответствии с теми же нормативными стандартами, что и другие пассажирские самолеты.
Интерьер кабины, рассчитанной на 90–100 человек, выглядит не хуже, а возможно и лучше, чем бизнес-класс в обычном самолете. Первоначальный дизайн салона гибридного дирижабля включает плюшевые сиденья и окна от пола до потолка, предлагающие много места, естественного света и видов на мир внизу.
«Пандемия заставляет людей думать о полетах по-другому, уделяя меньше внимания скорости и больше — влиянию на окружающую среду, комфорту и личному пространству», — уверен генеральный директор HAV Том Гранди.
Характеристики Airlander 10:
Hybrid Air Vehicles не ограничивается пассажирскими перевозками. Следующим аппаратом в линейке Airlander станет грузовой Airlander 50. Полностью электрический дирижабль будет доступен к 2033 году. Его углеродный след составит 1,15 кг на 1 т груза на 1 км пути.
Технология Airlander рассчитана на масштабирование. В будущем появится модель, способная перевозить 200 т грузов на большие расстояния.
Характеристики Airlander 50:
По следам Умберто Нобиле
Компания Hybrid Air Vehicles подписала сделку на поставку дирижабля Airlander 10 шведской туристической фирме OceanSky Cruises, которая намерена пролететь на судне над Северным полюсом с исследователем Арктики Робертом Своном в качестве руководителя экспедиции.
Организаторы хотят показать, что путешествия и воздушные перевозки могут быть экологически устойчивыми, а технологии LTA (lighter than air) способны предоставить человечеству эффективные средства передвижения и работать в районах, где нет инфраструктуры и цивилизации.
За один рейс дирижабль сможет принять на борт 16 гостей и семь членов экипажа. Предположительно, 100 пионеров уже получили приглашение на участие.
Lighter Than Air (LTA) Research
LTA — амбициозный проект сооснователя Google Сергея Брина. Компания занимается аэрокосмическими исследованиями и разработками, создает экспериментальные и сертифицированные пилотируемые и дистанционно пилотируемые дирижабли.
Известно, что 200-метровый дирижабль будет доставлять гуманитарную помощь, включая продукты питания и припасы, в отдаленные районы мира, к которым нелегко добраться из-за ограниченной или разрушенной инфраструктуры.
LTA намерена создать семейство летательных аппаратов с нулевыми выбросами углекислого газа.
Компания будет тесно сотрудничать с некоммерческой организацией Брина по оказанию помощи при стихийных бедствиях Global Support and Development (GSD).
В 2019 году LTA зарегистрировала дирижабль Pathfinder 1, оснащенный 12 электродвигателями и способный перевозить 14 человек.
Atlas LTA
Израильская компания Atlas LTA имеет российские корни. Основатель и руководитель Atlas LTA Геннадий Верба до этого занимал пост председателя Совета директоров группы компаний «РосАэроСистемы», которая вела разработку и строительство дирижаблей.
Электрические дирижабли Atlas, по мнению создателей, — идеальные инструменты для путешествий по небу. Каждая модель оснащена бортовым баром, камбузом и задней смотровой площадкой со стеклянным полом и окнами от пола до потолка. Дирижабли Atlas рассчитаны на высоту полета от 300 до 1 500 м и крейсерскую скорость около 60–80 км/ч. Такие характеристики обеспечат пассажирам лучшие впечатления от осмотра достопримечательностей.
Дирижабли оснащены полностью электрическими силовыми установками и смогут проводить в воздухе до 2,5 часов в автономном режиме. Гибридная электрическая силовая установкой позволит увеличить время в полете до 6–10 часов.
Ожидается, что помимо туристического направления, аппараты можно будет использовать для мониторинга и авиационных работ, как в пилотируемом, так и в беспилотном режиме.
Дирижабль Atlant НПО «РосАэроСистемы» разработало еще в 2017 году. Но из-за проблем с финансированием в России проект так и не увидел свет.
Atlant — комбинированное судно, которое сочетает качества самолета, вертолета и судна на воздушной подушке. Система якорей-анкеров позволит использовать дирижабль там, где нет никакой инфраструктуры. Atlant, имея грузоподъемность свыше 100 т, сможет перевозить тяжелые негабаритные грузы.
Кроме грузоперевозок и доставки гуманитарной помощи в пострадавшие районы, такой дирижабль подойдет для борьбы с лесными или любыми другими пожарами, распространяющимися на большой территории. Из-за своей низкой скорости Atlant может сбрасывать воду медленнее и точнее, чем самолет, не повреждая деревья внизу. А способность вертикально приземляться на воду и быстро наполнять большие резервуары делает его очень эффективным.
В будущем Atlant будет использоваться и для элитного туризма.
По словам Геннадия Вербы, из такого дирижабля можно сделать летающую яхту с высоким уровнем комфорта, недостижимым ни на каком другом летательном аппарате, за счет больших палубных площадей и сплошного остекления, посадки на воду.
Компания уже подписала протоколы о намерении продать 35 дирижаблей. Среди клиентов — Всемирная продовольственная программа ООН и поставщики компонентов для ветрогенераторов Siemens Gamesa Renewable Energy и Vestas Wind Systems.
Исследование Джулиана Ханта
Исследование, проведенное в 2019 году под руководством ученого из Международного института прикладного системного анализа Джулиана Ханта, показало что можно развивать отрасль, основанную на дирижаблях, используя реактивный поток как энергетическую среду для перевозки грузов по всему миру.
Реактивное течение — это сильные ветра, которые дуют с запада на восток на высоте от 8 до 12 км над поверхностью Земли со средней скоростью 165 км/ч. Дирижабли, летающие в струйном потоке, могут снизить выбросы CO2 и потребление топлива, так как ветер будет вносить большую часть энергии, необходимой для перемещения дирижабля между пунктами назначения.
По подсчетам ученых, кругосветный перелет в северном полушарии займет 16 дней, в южном полушарии — 14 дней вместо 60 дней на морском судне и потребует всего 4% топлива, затраченного кораблем. Энергия необходима лишь для того, чтобы войти в реактивный поток и выйти из него.