21.11.2002, Чт, 17:11, Мск
Дирижабли вновь заинтересовали многие крупные компании, как из числа покупателей, так и производителей. По данным западных экспертов, уже сегодня мировая потребность в этих воздушных судах различной грузоподъемности и назначения составляет около 1300 единиц. Спектр поставленных задач от трансляции сигнала со стратосферной высоты и транспортировки грузов на дальние и сверхдальние расстояния до туризма и патрулирования улиц. Новейшие достижения дирижаблестроения уже позволили реализовать то, что вчера казалось не только спорным, но и несбыточным. «Даже дирижабль из червонного золота даст приличный процент прибыли».Константин Циолковский
На сегодняшний день мировую отрасль дирижаблестроения представляют около 100 компаний. Современные дирижабли лишены многих недостатков своих предшественников. Они заполняются отнюдь не водородом, как раньше, а пожаробезопасным гелием. Кроме этого, существенным усовершенствованиям подвергся сам корпус, то есть баллон, включая «обшивку» и несущую конструкцию. Для создания последней используют металлические фермы из авиационных сплавов. Саму оболочку делают из специальной ткани на основе лавсана. При покрытии применяется двуокись титана, в том числе делающая баллон почти абсолютно радиопрозрачным. Более того, высокотехнологичная сборка оболочки на основе спайки высокочастотными токами делает современный дирижабль судном с огромным ресурсом надежности и безопасности.
Мотоблок дирижабля может состоять из одного или нескольких двигателей как электрических, так и дизельных. За счет маршевых двигателей аэростат движется в заданном направлении, а для управления и маневрирования, в том числе и в режиме зависания, используются рулевые двигатели. Направление вектора тяги свободно изменяется на вертикальное. Бортовые системы позволяют успешно пилотировать корабль как днем, так и ночью. Современному дирижаблю не страшны ни сильные ветры, ни опасность обледенения. Уровень развития средств навигации и пилотирования попросту отменил многие проблемы первой трети прошлого века, когда дирижабли и аэростаты получили впечатляющее, но непродолжительное развитие.
Раньше они строились в единичных экземплярах и носили имена собственные «Кречет», «Гриф», «Альбатрос», «Кондор», «Буревестник» и даже «Гигант». Теперь мало кто их помнит, как и Дирижаблестроительный завод в Долгопрудном (ближнее Подмосковье). Тогда, как, впрочем, и сейчас, дирижабли использовались для коротких и дальних перелетов, визуального наблюдения, фотосъемки, подготовки парашютистов, транспортировки грузов. Змейковые аэростаты стояли на вооружении русской армии и с успехом применялись не только для разведки на суше, но и на море. Например, воздухоплавательный крейсер-разведчик II ранга «Русь», зачисленный в списки II Тихоокеанской эскадры в годы русско-японской войны, имел на борту оборудование для ведения воздушной разведки. Он был оборудован сферическим привязным аэростатом (640 куб. м), четырьмя змейковыми (715 куб. м) и четырьмя сигнальными аэростатами (37 куб. м).
Теперь дирижабли вновь выходят на рынок воздушного транспорта там, где использование авиационной техники неэффективно или дорого. Современные управляемые аэростаты способны поднимать и транспортировать различные негабаритные и неделимые грузы большой массы буровые вышки, ажурные металлические конструкции, передвижные комплексы различного назначения. Среднее время непрерывного полета транспортного дирижабля может составлять несколько суток, при скорости около 100130 км/час, а с дозаправкой 30 и более суток. Таким образом, можно преодолеть расстояние 35 тыс. км. Потом аппарат мягко причаливает к мачте, что не требует специальной инфраструктуры в виде аэродрома или посадочной полосы.
Сегодня аэростатные технологии развиваются в трех направлениях это легкие дирижабли малого и среднего объема, транспортные дирижабли большой и сверхбольшой грузоподъемности, а также стратосферные дистанционно управляемые аппараты легче воздуха. Последние должны работать на высотах 1825 км и служить компонентой телекоммуникационной инфраструктуры. Но у них есть и другие перспективы мониторинг земной поверхности и атмосферных слоев, что поможет предсказывать штормы и другие неблагоприятные погодные явления, отслеживать распространение тумана в ночное время суток, идентифицировать вулканический пепел. Открываются возможности для контроля климатических изменений, что до сегодняшнего дня делается пока только с единичных спутников. Использование современных аэростатных систем позволит перейти на другой уровень кратко- и среднесрочного прогнозирования, в том числе погоды и сейсмической активности. Открывающимся перспективам, развитию рынка воздухоплавательных аппаратов и новым конструкторским решениям посвящены три статьи Сергея Бендина, представляющего Русское воздухоплавательное общество .
Сегодня общественное мнение уже не смотрит столь отчужденно на небесные тихоходы, как это было еще совсем недавно, два десятилетия назад. В последние годы наблюдается значительный всплеск интереса к дирижаблям. Находят своих приверженцев идеи создавать на аэростатной основе «воздушные велосипеды», «летающие отели», развивать стратосферный спорт. Новейшие тенденции дирижаблестроения можно лаконично выразить шестью «Э»: экономичность, эффективность, эргономичность, экологичность, эвристичность, эстетичность.
Перспективный рынок
На сегодняшний день мировую отрасль дирижаблестроения представляют около 100 компаний и, без учета рекламных и военных воздухоплавательных систем, 42 больших дирижабля. В каком же направлении развивается дирижаблестроение? Анализируя основные тенденции в отрасли, специалисты отмечают рост интереса к средним и крупным дирижаблям для использования в ключевых направлениях экономики ТЭК, строительстве, перевозке грузов, лесной промышленности, металлургии и т.д.
Если верить прогнозам, то еще до 2010 г. 14% нефти будет добываться в новых регионах, поскольку действующие скважины истощены более чем на 50%. Большинство точек нефтедобычи будет расположено на значительном удалении от экономических центров, и строительство инфраструктуры потребует огромных капиталовложений. Эффективное решение проблемы транспортных коммуникаций может быть найдено только в связи с развитием экономически целесообразных и надежных систем грузоперевозок. Уже сегодня нужна действенная система транспортировки сырьевых ресурсов на полуострове Ямал, Чукотке, Камчатке, Сахалине, в Республике Саха.
Для использования средств транспортной авиации необходимо создание аэродромов, инфраструктурных объектов и решение целого ряда других капиталоемких задач. Вертолетная техника в современных условиях также оказывается достаточно дорогим решением при низкой массовой отдаче у вертолетов большой расход топлива. Сегодня они широко используются только по причине отсутствия реальных альтернатив.
Проекты грузовых дирижаблей, сравнимых и даже превосходящих транспортную авиацию, постоянно обсуждались и давно, и сейчас. Еще в 19701980 гг. в СССР и за рубежом развернулась бурная дискуссия о целесообразности использования дирижабельно-транспортной коммуникации. Однако споры затихли сами собой, и к ним вернулись только в начале нового столетия. Но теперь конструкторы разных стран предлагают вполне жизненные и обусловленные конъюнктурой рынка проекты.
Дирижабли обладают целым комплексом только им присущих свойств. У них достаточно высокий коэффициент грузоподъемности, дальности и продолжительности полета, плюс возможность вертикального взлета и посадки, работа в режиме длительного зависания и безопасность при эксплуатации даже в случае отказа силовой установки или системы управления. Эти аппараты имеют относительно малые расходы топлива, а их незначительное воздействие на окружающую среду служит весомым аргументом для активной эксплуатации. Дирижабли способны перманентно, то есть без причаливаний от мачты к мачте, без дозаправок и «пауз», работать в небе трое и более суток, тогда как предел вертолета подобного класса составляет только 6 часов. При этом летный час стоит $ 150200 , а для вертолета эти цифры ощутимо больше от $400 до $1000.
Уже сегодня мировая потребность в дирижаблях различной грузоподъемности и назначения, по данным западных экспертов, составляет около 1300 единиц. Они могут использоваться в лесоразработках, при разгрузке судов, монтаже линий электропередач, доставке и сборке оборудования и частей нефтяных платформ, для геологоразведки и многих других целей. А главное, уже определились потенциальные потребители. Это те, кто занимается разработкой новых месторождений в труднодоступных районах Севера на материке и морском шельфе, а также нефтяники и газовики.
Об использовании дирижабля поднимался вопрос в компаниях «Норильский никель», «Сибнефть», «Алроса». В авиакомпании «Волга-Днепр», специализирующейся на воздушных перевозках сверхтяжелых и негабаритных грузов самолетами Ан-124 «Руслан», вопрос о применении дирижаблей рассматривался в связи с перспективами развития. Дирижаблями также заинтересовались такие крупные нефтяные компании, как «Славнефть» и ЮКОС. «Судостроительный банк», например, уже построил один аэростат, который используется военными в Чечне.
Спрос стимулирует разработки и производство дирижаблями наиболее активно занимаются в Германии, Великобритании, США, России. Однако, разработчиков высокотехнологичных дирижабельных систем в мире не так уж и много. Лидерами дирижаблестроения в современном мире можно назвать три компании: Zeppelin Luftschifftechnik (Германия), Advanced Technology Group (ATG, Великобритания) и НПО «РосАэроСистемы» (Россия).
Они летают сейчас
Самым крупным действующим дирижаблем в мире является немецкий 14-местный Zeppelin NT LZ-N07 .
В 1988 г. были сделаны первые оценки и технико-экономические обоснования потенциала приблизительно 80-и воздушных кораблей на рынке туризма, рекламы и специальных задач. В 1991 г. была создана первая 10-метровая модель. Систему Zeppelin NT построила одноименная компания из Фридрихсхафена (Friedrichshafen) прямая наследница легендарного предприятия графа Цеппелина. В конструкции Zeppelin NT LZ-N07 удалось воплотить все лучшее, что есть в современном авиастроении Германии легкие и надежные двигатели 3х200 л.с., углепластиковые элементы конструкции, оптоволоконную систему управления, новейшие приборы навигации и управления, бортовые компьютеры.
Затраты на реализацию проекта и разработку технологии создания подобных систем оцениваются в $30 миллионов. Это намного меньше, чем затраты на авиасредства такого же класса. Как сказал технический директор фирмы Zeppelin во Фридрихсхафене Берндт Штраетер корреспонденту BBC, «если новые цеппелины хорошо себя зарекомендуют, компания намерена увеличить размер кораблей и наладить сообщение с другими европейскими странами». И, хотя характеристики дирижабля пока еще далеки от идеала (по заявлению конструкто ров, «в дни с умеренным ветром от 5,5 м/с Zeppelin уже не летаeт»), компания уже приступила к разработке дирижабля следующего поколения. А сегодня Zeppelin NT LZ-N07 продолжает свои экскурсионные рейсы, добавив к традиционному маршруту 45-минутные прогулки в небе над Штутгартом, где стоимость одного билета составляет 335 евро.
Характеристики дирижабля Zeppelin NT LZ N07
|
Тогда как детище германских воздухоплавательных традиций и новейших технологий потрясает воображение романтиков и бизнесменов, в свой небесный поход то и дело отправляются другие наполненные гелием управляемые аэростаты. Так, до появления Zeppelin NT LZ-N07 о современном дирижаблестроении судили по аппаратам компании American Blimp Corporation (АВС) A-60+, А-150 и детищу компании ATG дирижаблю Skyship 600 B . Дирижабль A-60+ и в наше время остается самым распространенным дирижаблем в мире. Всего было построено и эксплуатируется в США, Южной Америке, Африке, Австралии, Азии, а также во многих странах Европы более 20 дирижаблей этого типа.
Концепция успеха
В 1987 году основатель и владелец ABC (American Blimp Corporation) Джим Тил (James Thiele) выдвинул свою «концепцию современного дирижабля». Предугадав надвигающийся дирижабельный бум, он выпустил на рынок то, что было минимально необходимо для воздушной рекламы, телевизионной съемки и развлекательных полетов максимально простой и дешевый в производстве аппарат. Его мягкий, то есть бескаркасный, дирижабль A-60+ построен по схеме дирижаблей двадцатых годов XX века с учетом всех требований «Расчетных критериев дирижаблей» FAA и достаточно легко получил Сертификат Типа дирижабля, то есть документ, удостоверяющий принадлежность дирижаблей этого типа к воздушным судам, наряду с самолетами и вертолетами. Его аппарат соответствовал всем критериям, применяемым к авиасредствам система безопасности, допустимый ресурс полета, надежность узлов, экологические и иные параметры. A60+ не был результатом инновационных или оригинальных конструкторских решений, а строился по проверенной и отработанной схеме типовых дирижаблей, на основе которой, собственно, и разрабатывались базовые документы FAA по дирижаблям. Поэтому получение Сертификата Типа, то есть причисление A-60+ к разряду воздушных судов было очевидно, в отличие от, например, Zeppelin NT LZ 07, построенных на основе оригинальных конструкторских решений. Так, создатели Zeppelin NT LZ 07 согласовали порядка 1000 документов, чтобы получить Сертификат Типа.
Корпус этого дирижабля стал единственным главным и широко разрекламированным новшеством аппарата. Он состоит из двух оболочек внешней силовой, сшитой из усиленной полиэстеровой ткани, и внутренней газодержащей, сваренной из каркасированной полимерной пленки. Служит такая конструкция около 2 лет. Упрощенная стеклопластиковая гондола со стальным каркасом позволяет «по-автомобильному» разместить кресла пассажиров и пилота. Управление четырьмя планами крестообразного хвостового оперения осуществляется двумя штурвалами при помощи внешней тросовой проводки. В задней части гондолы на кронштейнах установлены два поршневых двигателя мощностью по 68 л.с. каждый.
Попытки заинтересовать дирижаблем A-60+, в качестве патрульного, Министерство обороны США и другие подобные «силовые структуры» привели к необходимости создания аппарата с нормальной, то есть жесткой оболочкой. Такой дирижабль получил название SPECTOR 19. Однако, из-за утяжеления оболочки полезная нагрузка уменьшилась, что вызвало появление новых типов дирижаблей Lightship и SPECTOR больших объемов (A-100, A-130, A-150, A-170). По сути, это те же дирижабли A-60+, но только больших размеров. Цена A-60+ составляет $1250000.
Дирижабли британской компании ATG серии Skyship 600 летают в разных странах мира США, Великобритании, Саудовской Аравии. Их заслуженно считают самыми популярными системами в мире. Последняя модификация этого воздушного судна, известная как Skyship 600 B, «прижилась» в Германии. Она была приобретена германской компанией Cargolifter для коммерческого использования. В течение более чем 5-летней эксплуатации 61-метровый сигарообразный дирижабль демонстрирует чудеса выносливости и надежности. Высокая рентабельность эксплуатации этого туристического «баллона», где цена билета на 1-часовой полет составляет 300 евро, обеспечивает стабильный приток средств. В гондоле Skyship 600 B свободно размещается 12 человек. Благодаря двум двигателям Porsche 930 по 255 л.с. аппарат легко развивает скорость. Кроме профилактических предполетных осмотров, SkyShip 600 В не нуждается ни в капитальном ремонте, ни в перестройке. Такова уж сущность современного дирижабля!
Характеристики дирижаблей A-60+, A-150 и Skyship 600 B
|
Дирижабли в России
Российское дирижаблестроение, хотя и не представило столь впечатляющих образцов воздухоплавательной техники, как в Германии, Англии или США, но уже вполне уверенно заявило о себе как о конкурентоспособном производителе. Освещавшие презентацию совместного российско-французского проекта Voliris-900 СМИ в один голос отмечали, что создаваемые НПО «РосАэроСистемы» образцы соответствуют всем международным стандартам и не уступают западному производителю. Не случайно и то, что от французской стороны поступил заказ на создание еще 10 оболочечных систем. То есть проектные разработки российских конструкто ров представляют интерес, на них растет спрос на мировом рынке.
В стране уже создан и работает целый ряд патрульных дирижаблей, а аванпроект многофункционального модульного дирижабля грузоподъемностью 3,5 тонны (МД-900) уже рассматривается на предмет реализации инвесторами, так же обстоит дело и с рядом других систем, таких, как ДПД-5000. Мало того, уже завершена работа по проектированию дирижабля новейшего поколения транспортных систем. Здесь речь идет о проекте цельнометаллического дирижабля-гиганта грузоподъемностью 180 тонн, образно выражаясь, на три «пульмановских» вагона. В отличие от германского CL-160, продукта компании CargoLifter, ДЦ-Н1 стал результатом научно-экспериментальных работ, начатых еще в СССР.
Сейчас отечественные дирижабли создаются на аэрокосмических и оборонных предприятиях в рамках конверсионных программ, и, даже по самым скромным расчетам, на 3040 % дешевле западных систем такого же класса. Но российские аппараты не уступают зарубежным ни в качестве, ни в надежности, ни в безопасности, ни в долговечности.
Теперь несколько слов о действующих «работниках неба» патрульный дирижабль оснащен самым современным оборудованием и способен достаточно эффективно осуществлять мониторинг обширных территорий. С сентября 2002 года полиция Рио-де-Жанейро стала использовать 2-местный патрульный дирижабль. Никто не хотел удивить мир, исходили из прагматичных доводов в пользу поддержания общественного порядка. Скорость полицейского воздухоплавательного транспорта 6080 км/ч, он маневрен, экономичен и даже приносит прибыль, ведь на его поверхности размещена коммерческая реклама. Теперь полиция может достаточно эффективно контролировать самые криминогенные участки бразильской столицы. Но в Японии власти еще раньше стали применять воздухоплавательные средства для проведения охранных и специальных мероприятий.
Для предупреждения заторов и дорожно-транспортных происшествий московское правительство также решило воспользоваться мировым опытом. Был заказан целый аэростатный комплекс, состоящий из двух патрульных дирижаблей и трех аэростатов, несущих телекоммуникационное оборудование и системы наблюдения. . Работы по созданию патрульных судов для московской мэрии ведет российская компания Воздухоплавательный центр «Авгуръ» . Планируется использовать аппараты серии , которые неоднократно демонстрировались на международным выставках, таких, как МАКС (Международный авиакосмический салон). В США, Китае и ряде других стран патрульные дирижабли также применяются для охраны границ, в частности, при борьбе с контрабандой.
Дирижабли ищут мины
Дирижабли давно замечены военным ведомством и заняли пустующие ниши в различных оборонных проектах. Их даже «научили» искать мины.
Тестовые испытания одного такого дирижабля показали столь внушительные результаты, что Евросоюз предложил финансировать проект по применению дирижаблей-«миноискателей» во время миротворческих операций ООН в Косово. Дирижабельный комплекс Mineseeker («Миноискатель»), разработанный совместными усилиями исследовательских агентств DERA и TLG, показал высокую эффективность при обнаружении металлических, пластиковых мин и миноподобных объектов разных размеров. Самый мелкий объект, который дистанционно обнаружил дирижабль, имел в диаметре всего 10 сантиметров и полностью состоял из пластмассы. Радарная установка, в отличие от обычных радиосканирующих систем, свободно «прощупывает» почву и листву, а также различает отражения между разными сигнатурами, характерными для пластиковых и металлических мин. На аппарате отсутствует пропеллер, что уменьшает шансы преждевременного разрыва мин.
Сергей Бендин
Русское Воздухоплавательное Общество
В ближайшем выпуске раздела «Транспорт» сайт публикация будет продолжена материалами, посвященными последним проектам дирижаблей большой грузоподъемности для военных и транспортных целей, применяемым при их создании технологиям и решениям. Отдельный материал будет посвящен опыту и возможностям их использования для создания телекоммуникационных сетей.
Aeroscraft / Фото: positime.ru
Век классических дирижаблей закончился в 1937 году, век дирижаблей постклассических все никак не может начаться, при том что это — потенциально самый дешевый вид воздушных грузоперевозок. Что мешает воздушным гигантам вернуться в небо? О блистательном прошлом дирижаблей, их возрождении в XXI веке и о перспективах в России - в исследовании «Ленты.ру».
Дирижабль «Dragon Dream» / Фото: Aeros
Цеппелины погубил черный пиар
Рекорды эпохи классического дирижаблестроения впечатляют и доныне. Можно вспомнить хотя бы беспосадочные пассажирские перелеты из Германии в Рио-Де-Жанейро - немыслимые в наше время, с роялями и спальными каютами. Благодаря тому что аппараты могут зависнуть на небольшой высоте, они причаливали к шпилям на вершинах нью-йоркских небоскребов или просто к банальному забору в городской черте Парижа. В спокойную погоду они приземлялись на любую ровную площадку.
Ключевым преимуществом, позволявшим все эти излишества, была архимедова сила, удерживающая дирижабли в воздухе. Благодаря ей они не нуждались в постоянно работающем крыле, на которое надо подавать набегающий поток воздуха. Именно поэтому, будучи медленнее современных им самолетов, они тратили на пассажиро-километр намного меньше горючего. Та же архимедова сила делала их нетребовательными к аэродромам и смягчала аварии, не давая при падении набрать высокую скорость.
Катастрофа «Гинденбурга» / Фото: AP
Несмотря на загадочную катастрофу дирижабля «Гинденбург» и ряд других инцидентов в истории дирижаблестроения, смертность среди пассажиров этих машин была существенно ниже, чем на самолетах того времени. Будучи по весу близкими к воздуху, они никогда не падали камнем. На том же полностью сгоревшем «Гинденбурге» погибло всего 35 из 97 человек. Прекращение эксплуатации дирижаблей после этого эпохального пожара было скорее следствием психологического эффекта. Самолеты того времени были намного меньше, и их частые аварии не впечатляли. Нечто подобное происходит и сегодня: все знают, что в авиакатастрофах гибнет в сотни раз меньше людей, чем в автомобильных авариях, однако при множестве боящихся авиаперелетов найти автомобилефоба почти нереально.
Кинохроника, снятая на месте трагедии, помноженная на психологию масс, просто проигнорировали статистику - и именно поэтому мир отказался от масштабного воздухоплавания в пользу крыльев.
Три способа взлетать и опускаться
С тех пор многое изменилось: на смену водороду в дирижаблях пришел негорючий и слабее утекающий в атмосферу гелий, а на место коровьих кишок пришли прочные и долговечные композиты. Но последствия пиар-фиаско 1937 года все еще не изжиты - увидеть самолет в небе может даже житель африканской деревни, а дирижабля своими глазами не видели многие жители европейских столиц. В чем, собственно, дело?
Недостатки классических дирижаблей были продолжением их достоинств. Да, та же архимедова сила делает водные перевозки дешевле всех остальных. Но судам не приходилось решать проблему переменного веса. Ведь когда вы нагружаете или разгружаете корабль, он просто чуть опускается в воду или поднимается над ней. Дирижабль не может «чуть подняться» из атмосферы, и даже чтобы просто вернуться на землю, ему надо как-то изменить вес. Способов таких за всю историю этих аппаратов было предложено всего несколько.
Первый применялся «Графом Цеппелином» и его родственниками - выпуск недешевого газа при снижении и сброс водного балласта при подъеме. Все бы хорошо, но ни потеря водорода, ни присутствие балласта на борту не улучшали экономичность полета. У земли дирижабли группы из десятков человек буквально водили на веревочках из ангара к точке взлета, затем по команде отпуская его. Наконец, будучи по весу близкими к воздуху, такие машины были легкой добычей ветра - как бокового, сносившего их в сторону, так и нисходящих воздушных потоков, «приземливших» немало классических воздушных судов.
Но нельзя ли оставить дирижаблю все преимущества архимедовой силы и одновременно избавиться от всех недостатков? Первую идею такого рода выдвинул Константин Циолковский, в 1887 году предложивший менять вес дирижабля с помощью нагрева его газового содержимого, используя змеевики, пущенные по его оболочке. Во время полета оболочка должна была охлаждаться набегающим воздухом. И аппарат, становясь тяжелее воздуха, летел за счет подъемной силы корпуса-крыла. В таком варианте его мало беспокоил бы ветер и нисходящие потоки. В 1931 году реализовать эту схему попытался «Дирижабльстрой», однако сказался низкий технологический уровень тогдашней советской промышленности. Все, что осталось от той попытки, - колонны станции метро «Маяковская», покрытые гофрированной сталью, выпуск которой налаживали для проекта.
Дирижабль «Термоплан» / Фото: «Русское Воздухоплавательное Общество»
К концу советской эпохи на Ульяновском авиазаводе удалось создать дискообразный дирижабль «Термоплан», использовавший подогрев газового содержимого выхлопными газами двигателей. Однако его испытания столкнулись с рядом проблем. Время прогрева большой газовой оболочки, необходимое для взлета, было очень велико, да и охлаждение машины для спуска было не быстрым. Случайная авария на взлетной полосе неприятно совпала с концом советской эпохи... и сворачиванием финансирования госавиапрома.
Третий подход к решению проблемы также родился не вчера. Вместо теплового изменения объема газа дирижаблю предлагается откачивать его избыток во внутренние емкости, из-за чего подъемная сила машины уменьшится для посадки, причем без потери газа (система активной балластировки). Перед взлетом газ выпускается обратно, позволяя взмыть без сброса балласта. Конечно, в этой схеме нужны затраты на перекачку, однако они энергетически существенно меньше, чем необходимые для перевозки балласта. Схема очень близка к используемой подводными лодками, забирающими в цистерны воду при погружении и выталкивающими ее сжатым воздухом при всплытии.
Дешевая разведка для армии США
С 2005 года в США ситуация, как казалось, начала меняться. Сначала Агентство по перспективным научно-исследовательским проектам Минобороны США (DARPA), а затем и министерство армии стали заказывать дирижабли для длительной разведки в Афганистане. Дело в том, что стоимость летного часа у беспилотников, используемых там сегодня, доходит до нескольких тысяч долларов, а спутники не в состоянии постоянно наблюдать один район. При этом только за 2010-2013 годы американские БПЛА (беспилотные летательные аппараты) налетали там миллион часов, что повлекло многомиллиардные затраты. Час полета дирижабля, способного неделями висеть в воздухе, в разы дешевле, а аппаратуры наблюдения он может поднимать несколько тонн вместо сотен килограммов у беспилотников. Военные хотели снизить затраты на разведку и одновременно поднять ее эффективность, установив тяжелую систему наблюдения Argus, способную с высоты шести километров следить за 64 квадратными километрами территории.
Дирижабль «Airlander» / Фото: hybridairvehicles.com
В рамках развернутой в США программы свои прототипы разрабатывало сразу три игрока. Mav-6 представила дирижабль M1400 объемом 37 тысяч кубических метров, однако недоработки при проектировании сделали установку на него системы Argus невозможной, и в 2012 году проект был свернут. Бывший армейский генерал, возглавлявший Mav-6, попробовал было выбить для него финансирование «на связях», за что ему было запрещено вести бизнес с Минобороны до 2016 года.
Более успешным выглядел проект LEMV, дирижабль для которого поставила британская компания Hybrid Air Vehicles. Построив самый большой дирижабль из существующих сегодня, британцы решили сэкономить и оставили его фактически с мягкой обшивкой (и внутренними тросовыми растяжками для жесткости). Продолжая экономить, они не использовали активную балластировку: вместо этого судно получает 40 процентов своей подъемной силы не от гелия, а от набегающего воздушного потока, для которого корпус дирижабля-катамарана выглядит как большое крыло. Соответственно для взлета и посадки аппарату нужна небольшая взлетная полоса.
Дирижабль LEMV / Фото: Northrop Grumman
Решение снизило цену машины, однако ее недостатки прямо вытекают из этого достоинства. Неподвижно зависнуть на одной архимедовой силе «гибрид» не может, ему нужна взлетно-посадочная полоса. Тканевая оболочка при сильном ветре может быть попросту смята, что затрудняет ее использование в непогоду. Поскольку техническое задание требовало от LEMV по три недели висеть над полем боя, а гарантировать хорошую погоду на такое время никто не может, военные подвели проект под сокращение бюджета и в 2013 году свернули его.
Не прошел мимо армейской кассы и Worldwide Aeros Игоря Пастернака. Его проект Dragon Dream был лишен недостатков LEMV, поскольку имел жесткую оболочку, устойчивую к непогоде, а система активной балластировки в теории позволяла отрываться от земли вертикально. Увы, выделенных военными денег хватило лишь на демонстратор технологий - машину длиной в 81 метр (объем 17 тысяч кубических метров), не имеющую всех возможностей полноразмерного Dragon Dream. Наконец, дирижаблю просто не повезло: он базировался в Лейкхерсте - том самом месте, где в 1937 сгорел «Гинденбург». Размещение в ангаре, не ремонтировавшемся со времен Второй мировой, закончилось обрушением крыши на аппарат, после чего он не подлежал восстановлению. Закрытие американскими военными своих дирижабельных программ (в Пентагоне тогда наивно полагали, что война в Афганистане скоро закончится) временно прекратило работу в этом направлении.
Что же, еще одно большое фиаско многообещающего вида транспорта? На самом деле все не так просто: Hybrid Air Vehicles выкупила обратно свой аппарат и в разобранном виде перевезла в Британию, где к 2016 году собирается вновь собрать его и использовать для полетов. На базе машины планируют сделать транспортник грузоподъемностью в 50 тонн.
Когда «Атланта» увидят в российском небе?
Наконец, интерес к машинам, не требующим дефицитных у нас дорог и аэродромов, предсказуемо проснулся и в России. Во второй половине 2014 года небольшой грант от «Сколково» получила компания «РосАэроСистемы», возглавляемая Геннадием Вербой.
Чтобы лучше понять ситуацию по разрабатываемому ею дирижаблю «Атлант», «Лента.ру» обратилась за комментариями к вице-президенту компании Михаилу Талесникову.
По его словам, время выполнения первой части работ по «Атланту» - девять месяцев. Сейчас оно подходит к концу, и аванпроект уже практически завершен. Сам дирижабль с уплощенной нижней поверхностью спроектирован жестким, с обшивкой типа полумонокок. Согласно расчетам, он сможет продолжать полет при боковом и встречном ветре до 30 метров в секунду (на мягком Au-30 той же компании это удавалось при ветре до 17 метров в секунду). Кроме активной балластировки при взлете, планируется использовать тягу двигателей, крутящих отклоняемые вниз винты. После взлета, отмечает Талесников, двигатели поднимут огромный корпус «Атланта» длиной в 75 и шириной в 30 метров, работающий как большое крыло. В крейсерском полете скорость машины планируется в 120 километров в час при грузоподъемности в 16 тонн и дальности в 4000 километров. Первый полет - в случае отсутствия срывов по финансированию - ожидается в конце 2018 года.
В отличие от заокеанских коллег, на данный момент компания не предполагает военного использовании платформы. Первый «Атлант» станет транспортником, заменой тяжелого вертолета вроде Ми-26. Уступая ему по грузоподъемности (16 против 20 тонн), дирижабль с собственной массой в 25-30 тонн способен перевозить куда большие объемы - его грузовой отсек превысит по объему 1700 кубических метров против 110 у Ми-26 и 1000 у гиганта-«Руслана». При вдвое более низкой крейсерской скорости «Атлант» доставит груз не на 475 километров, как Ми-26, а в несколько раз дальше.
По расчетам компании, отмечает М. Талесников, стоимость перевозок на нем составит лишь 75 центов на тонно-километр (до 24 тысячи долларов за один вылет на полный радиус). Так же как и вертолет, при разгрузке машина сможет зависнуть над любой пригодной площадкой. Если нужно сесть для приема больших грузов, дирижабль опускается на воздушную подушку, детали которой пока патентуются и поэтому не раскрываются. С ней он сядет на лед, воду и любую ровную поверхность. Для спокойной погоды размеры посадочной площадки должны быть 100 х 50 метров, а для всепогодной посадки - 225 х 90 метров.
Дирижабль «Атлант-30» / Фото: РосАэроСистем
Благодаря тому что аппарат может быть на 40 процентов тяжелее воздуха, он не станет легкой игрушкой ветра и может круглогодично базироваться на неподготовленной площадке без эллинга и причальной мачты.
На первый взгляд кажется, что проект выглядит сбалансированно, однако на деле это не совсем так. Для жесткого дирижабля с его массивной оболочкой небольшие размеры - а первый «Атлант» должен иметь оболочку всего в 30 тысяч кубических метров - это далеко не идеальный вариант. По объему он будет слегка превосходить разрушенный Dragon Dream Пастернака (17 тысяч кубических метров) и уступать собираемому в Британии гибридному LEMV (38 тысяч). В то же время по мере увеличения размера дирижабля площадь его оболочки растет пропорционально квадрату размеров, а объем и грузоподъемность - пропорционально кубу. Поэтому следующий по размерности проект («Атлант-100») значительно эффективнее экономически. При грузоподъемности в 60 тонн расчетная стоимость его перевозок - 35-37 центов за тонно-километр, что вдвое ниже, чем у 16-тонного «Атланта».
Решение начать со строительства небольшого дирижабля понятно: такая махина при всей своей топливной экономичности немало стоит (хотя и не дороже аналогичных транспортников с крыльями). В случае выбора 60-тонного варианта убедить инвестора дать нужные средства было бы намного труднее - банки не выдают кредиты под проекты, не имеющие прецедентов. А для отечественных венчурных фондов и нынешний «Атлант» выглядит проектом грандиозным.
На вопрос относительно того, насколько нынешний экономический кризис влияет на планы «РосАэроСистем» Михаил Талесников отвечает: «До недавнего времени понимание по источникам финансирования у нас было. Сегодня необходимые суммы пересчитываются - хотя в проекте и используются в основном отечественные комплектующие, включая композитную обшивку, масштаб цен несколько изменился. В долларах проект дешевеет, но в рублях его стоимость несколько растет».
Дирижабль Au-30 / Фото: РосАэроСистем
Получится ли у российских дирижаблестроителей то, что пока не вышло у их западных конкурентов, - вопрос открытый. С одной стороны, действия «Сколково» выглядят многообещающе, да и спрос есть - без дирижаблей в России завоз тяжелого оборудования в восточную часть страны часто требует укрепления мостов, а то и прокладки новых дорог, так что на 70 процентах нашей территории они явно нужнее, чем где-либо еще в мире. С другой (как мы уже видели на примере американских дирижаблей с системой балластировки), далеко не всегда заказчик разработки является самым надежным звеном в цепи.
И все же возвращение больших дирижаблей начинает выглядеть существенно более реальным, чем еще лет двадцать назад. Несколько сильных центров по всему миру двигаются в одном и том же направлении - к созданию устойчивого к ветрам аппарата, не нуждающегося в сложной инфраструктуре и со стоимостью перевозок, не сравнимой с любым другим воздушным транспортом. Вопрос сейчас скорее не в том, увидим ли мы в небе воздушных гигантов, а в том, когда именно и чьи бизнесмены первыми заработают на них.
МОСКВА, Издание Lenta.ru
1
Дирижабль (от французского diriger - «управлять») - это самодвижущийся О его истории и способах самому построить этот летательный аппарат, мы расскажем далее в статье.
Элементы конструкции
Есть три основных типа дирижаблей: мягкие, полужесткие и жесткие. Все они состоят из четырех основных частей:
- сигарообразной оболочки или воздушного шара, заполненного газом, плотность которого меньше плотности воздуха;
- кабины или гондолы, подвешенной под оболочкой, служащей для перевозки экипажа и пассажиров;
- двигателей, приводящих в движение пропеллеры;
- горизонтальных и вертикальных рулей, помогающих направлять дирижабль.
Что такое мягкий дирижабль? Это воздушный шар с кабиной, прикрепленной к нему с помощью канатов. Если газ выпустить, то оболочка потеряет свою форму.
Полужесткий дирижабль (фото его приведено в статье) также зависит от внутреннего давления, которое поддерживает его форму, но у него еще есть структурный металлический киль, который проходит в продольном направлении вдоль основания аэростата и поддерживает кабину.
Жесткие дирижабли состоят из легкого каркаса из алюминиевого сплава, покрытого тканью. Герметичными они не являются. Внутри этой структуры находится несколько воздушных шаров, каждый из которых может отдельно заполняться газом. Летательные аппараты данного типа сохраняют свою форму, независимо от степени наполненности баллонов.
Какие газы применяются?
Обычно для подъема дирижаблей используются водород и гелий. Водород является самым легким известным газом и, таким образом, он имеет большую грузоподъемность. Однако он легко воспламеняется, что стало причиной многих фатальных катастроф. Гелий же не такой легкий, но намного безопаснее, так как не горит.
История создания
Первый успешный дирижабль был построен в 1852 г. во Франции Анри Гиффардом. Он создал 160-килограммовый паровой двигатель, способный развивать мощность в 3 л. с., которых было достаточно для приведения в движение большого пропеллера со скоростью 110 оборотов в минуту. Для того чтобы поднять вес силовой установки, он заполнил 44-метровый баллон водородом и, стартовав с парижского ипподрома, полетел со скоростью 10 км/ч, преодолев расстояние около 30 км.
В 1872 году немецкий инженер Пауль Хаэнляйн впервые установил и использовал на дирижабле двигатель внутреннего сгорания, топливом для которого служил газ из баллона.
В 1883 году французы Альберт и Гастон Тиссандье первыми успешно управляли аэростатом, который приводился в движение с помощью электрического мотора.
Первый жесткий дирижабль с корпусом из алюминиевого листа был построен в Германии в 1897 году.
Альберто Сантос-Дюмон, уроженец Бразилии, живший в Париже, установил ряд рекордов на серии построенных им с 1898 по 1905 год 14 нежестких дирижаблей с приводом от двигателей внутреннего сгорания.
Граф фон Цеппелин
Самым успешным оператором жестких аэростатов с мотором был немец Фердинанд граф фон Цеппелин, который построил в 1900 г. свой первый LZ-1? Luftschiff Zeppelin, или воздушное судно Цеппелина, - это технически сложный корабль, длиной 128 м и диаметром 11,6 м, который был сделан из алюминиевого каркаса, состоящего из 24 продольных балок, соединенных 16 поперечными кольцами, и приводился в движение двумя двигателями, мощностью 16 л. с.
Летательный аппарат мог развить скорость до 32 км/ч. Граф продолжал совершенствовать конструкцию во время первой мировой войны, когда многие из его дирижаблей (называемые цеппелинами) использовались для бомбардировки Парижа и Лондона. Летательные аппараты данного типа также применялись союзниками во время Второй мировой войны, в основном, для противолодочного патрулирования.
В 20-е и 30-е годы прошлого века, в Европе и Соединенных Штатах строительство дирижаблей продолжалось. В июле 1919 г. британский R-34 дважды совершил трансатлантический перелет.
Покорение Северного полюса
В 1926 г. итальянский полужесткий дирижабль (фото приведено в статье) «Норвегия» был успешно использован Роальдом Амундсеном, Линкольном Эллсвортом и генералом Умберто Нобиле для исследования Северного полюса. Следующую экспедицию, уже на другом возглавил Умберто Нобиле.
В общей сложности он планировал совершить 5 полетов, но дирижабль, построенный в 1924 г., потерпел крушение в 1928. Операция по возвращению полярных исследователей заняла более 49 дней, в ходе которой погибло 9 спасателей, включая Амундсена.
Как назывался дирижабль 1924 года? Четвертый серии N, построенный по проекту и на заводе Умберто Нобиле в Риме, получил название «Италия».
Период расцвета
В 1928 г. немецкий воздухоплаватель Хуго Эккенер построил дирижабль «Граф Цеппелин». До выведения из эксплуатации, девять лет спустя, он совершил 590 рейсов, в том числе 144 трансокеанских переходов. В 1936 г. Германия открыла регулярные трансатлантические пассажирские перевозки на «Гинденбурге».
Несмотря на эти достижения, в конце 1930-х годов дирижабли мира практически перестали выпускаться из-за их высокой стоимости, малой скорости, а также уязвимости от штормовой погоды. Кроме того, череда катастроф, самая известная из которых - взрыв заполненного водородом «Гинденбурга» в 1937 г., в сочетании с достижениями в самолетостроении в 30-х и 40-х гг. сделали данный вид транспорта коммерчески устаревшим.
Прогресс технологии
Газовые баллоны многих ранних дирижаблей делались из так называемой «кожи золотобойца»: коровьи кишки отбивались, а затем растягивались. На создание одного летательного аппарата требовалось двести пятьдесят тысяч коров.
Во время Первой мировой войны Германия и ее союзники прекратили производство колбасных изделий, чтобы было достаточно материала для производства воздушных кораблей, с помощью которых проводились бомбардировки Англии. Достижения в технологии производства ткани, в том числе, благодаря изобретению в 1839 г. вулканизированной резины американским торговцем Чарльзом Гудьиром, вызвало взрыв инноваций в дирижаблестроении. В начале тридцатых годов ВМС США построили два «летающих авианосца» «Акрон» и «Макон», чьи корпуса открывались, выпуская флот самолетов-истребителей F9C Sparrowhawk. Корабли разбились после попадания в шторм, так и не успев доказать свою боеспособность.
Рекорд мира по продолжительности полета был установлен в 1937 г. аэростатом «СССР-В6 Осоавиахим». Летательный аппарат провел в воздухе 130 ч 27 мин. Города, которые посетил за время полета дирижабль - Нижний Новгород, Белозерск, Ростов, Курск, Воронеж, Пенза, Долгопрудный и Новгород.
Закат аэростатов
Затем дирижабли исчезли. Так, 6 мая 1937 года «Гинденбург» взорвался над Лейкхерстом в штате Нью-Джерси - в шаре огня погибли 36 пассажиров и членов экипажа. Трагедия была заснята на кинопленку, и мир увидел, как взорвался немецкий дирижабль.
Что такое водород, и как он опасен, стало понятно всем, а идея, что люди могут комфортно передвигаться под емкостью с этим газом, в одно мгновение стала неприемлемой. В современных летательных аппаратах этого типа используется только гелий, который не воспламеняется. Все более популярными и экономичными становились самолеты, такие как скоростные «летающие лодки» компании Pan American Airways.
Современные инженеры, занимающиеся проектированием летательных аппаратов этого типа, сетуют на то, что до 1999 г., когда был опубликован сборник статей о том, как построить дирижабль под названием «Технология дирижабля», единственным доступным учебником была книга «Проектирование воздушного судна» Чарльза Берджесса, вышедшая в 1927 г.
Современные разработки
В конце концов, дизайнеры дирижаблей отказались от идеи перевозки пассажиров и сосредоточили усилия на грузоперевозках, которые сегодня недостаточно эффективно осуществляются железными дорогами, автомобильным и морским транспортом, и недосягаемы во многих районах.
Набирают обороты несколько первых таких проектов. В семидесятых бывший летчик-истребитель военно-морского флота США, в Нью-Джерси испытал корабль аэродинамической дельтовидной формы под названием Aereon 26. Но средства у Миллера закончились после первого же испытательного полета. Создание прототипа грузового воздушного судна требует огромных капиталовложений, а потенциальных покупателей было недостаточно.
В Германии Cargolifter A. G. дошел до строительства самого большого в мире отдельно стоящего здания длиной более 300 м, в котором компания планировала построить гелиевый полужесткий грузовой дирижабль. Что такое быть пионером в данной области воздухоплавания стало ясно в 2002 году, когда компания, столкнувшись с техническими сложностями и ограниченным финансированием, подала заявление о банкротстве. Ангар, расположенный около Берлина, позже был превращен в самый большой крытый аквапарк в Европе «Тропические острова».
В погоне за первенством
Новое поколение инженеров-конструкторов, некоторые из которых подкреплены значительными правительственными и частными инвестициями, убеждено, что, учитывая доступность новых технологий и новых материалов, общество сможет выиграть от строительства дирижаблей. В марте прошлого года Палата представителей США организовала заседание, посвященное данному виду воздушного транспорта, целью которого было ускорение процесса их развития.
В течение последних лет разработкой дирижаблей занимались аэрокосмические тяжеловесы Boeing и Northrop Grumman. Россия, Бразилия и Китай построили или разрабатывают собственные прототипы. Канада создала проекты нескольких воздушных суден, в том числе «Солнечного корабля», который выглядит как раздутый стелс-бомбардировщик с солнечными батареями, размещенными по всей верхней части заполненных гелием крыльев. Все участвуют в гонке, чтобы стать первыми и монополизировать рынок грузоперевозок, который может измеряться миллиардами долларов. В настоящее время наибольшее внимание привлекают три проекта:
- английский Airlander 10, компании Hybrid Air Vehicles - на данный момент крупнейший дирижабль в мире;
- LMH-1, компании «Локхид-Мартин»;
- Aeroscraft, компании Worldwide Aeros Corp, созданной иммигрантом из Украины Игорем Пастернаком.
Радиоуправляемый аэростат своими руками
Чтобы оценить проблемы, возникающие при строительстве летательных аппаратов данного типа, можно построить дирижабль детский. Его размеры меньше, чем у любой модели, которую можно приобрести, и он обладает лучшим сочетанием стабильности и маневренности.
Для создания миниатюрного дирижабля потребуются следующие материалы:
- Три миниатюрных мотора весом 2,5 г или меньше.
- Микроприемник весом до 2 г (например, DelTang Rx33, который, наряду с другими частями, можно приобрести в специализированных онлайн-магазинах, таких как Micron Radio Control, Aether Sciences RC или Plantraco), работающий от одной литий-полимерной ячейки. Следует убедиться в совместимости коннекторов двигателя и приемника, иначе потребуется необходимость в пайке.
- Совместимый передатчик с тремя или более каналами.
- LiPo-аккумулятор емкостью 70-140 мАч и подходящее зарядное устройство. Чтобы общий вес не превышал 10 г, потребуется батарея весом до 2,5 г. Большая емкость аккумулятора обеспечит большую длительность полета: при 125 мАч можно легко добиться его продолжительности в 30 мин.
- Провода, соединяющие аккумулятор с приемником.
- Три небольших пропеллера.
- Углеродный стержень (1 мм), длиной 30 см.
- Кусок депрона 10 х 10 см.
- Целлофан, скотч, суперклей и ножницы.
Нужно приобрести воздушный шарик из латекса, наполненный гелием. Подойдет стандартный или любой другой, грузоподъемность которого будет не менее 10 г. Для достижения желаемого веса добавляется балласт, который снимается по мере утечки гелия.
Компоненты прикрепляют к стержню с помощью скотча. Передний мотор служит для движения вперед, а задний устанавливается перпендикулярно. Третий двигатель размещается у центра тяжести и направлен вниз. Пропеллер к нему крепится противоположной стороной, чтобы он мог толкать дирижабль вверх. Моторы следует приклеить суперклеем.
Прикрепив хвостовой стабилизатор, можно значительно улучшить передвижение вперед, так как пропеллер подъема придает небольшое а хвостовой ротор слишком мощный. Его можно сделать их депрона и прикрепить скотчем.
Движение вперед должно компенсироваться небольшим подъемом.
Кроме того, на дирижабль можно установить недорогую камеру, например, используемую в брелоках.
Ровно 80 лет назад, 6 мая 1937 года, в США потерпел крушение немецкий дирижабль «Гинденбург», крупнейший аэростат своего времени. В результате взрыва водорода погибло 35 из 97 человек, находившихся на борту. Гибель «Гинденбурга» фактически стала концом короткой, но яркой эпохи пассажирских и грузовых коммерческих дирижаблей. Но в военных целях эти аэростаты продолжали использоваться на протяжении всего ХХ века и остаются востребованными в новом столетии.
Программы создания боевых дирижаблей в интересах вооруженных сил есть у многих развитых государств. Достоинства этих летательных аппаратов очевидны: большая грузоподъемность и дальность беспосадочных перелетов, меньший, чем у самолетов и вертолетов, расход топлива, высокая надежность, длительность нахождения в воздухе. Кроме того, для дирижаблей не нужна взлетно-посадочная полоса - запустить его можно практически с любой более-менее ровной площадки. К недостаткам аэростатов относятся низкая скорость (до 160 километров в час) и слабая маневренность, однако есть задачи, для которых эти факторы не играют критической роли.
В июле 2015 года советник первого заместителя генерального директора концерна «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) Владимир Михеев рассказал РИА Новости о начале работ над проектом дирижабля для нужд противоракетной обороны страны. Он может стать полноценным элементом системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН), которая на сегодняшний день состоит из двух эшелонов - орбитальной спутниковой группировки и наземных радиолокационных станций.
Летательный аппарат Атлант-100. Фото: НПО "АВГУРЪ - РосАэроСистемы"
«Основное преимущество дирижабля - это большая поверхность, на которой можно размещать антенные системы, - рассказал Владимир Михеев. - Эти локаторы могут фиксировать пуски межконтинентальных баллистических ракет (МБР), траектории полета их головных частей. КРЭТ обеспечит электронную «начинку», а сам аэростат разрабатывает воздухоплавательный центр «Авгуръ».
Речь идет о перспективном дирижабле «Атлант», первый полет которого запланирован на 2018 год. Он разрабатывается в трех модификациях - с грузоподъемностью 16, 60 и 170 тонн. Для военных нужд, скорее всего, будут использоваться более тяжелые модели. Заявлялось, что «Атланты» смогут работать на высотах до 10 тысяч метров - этого может быть достаточно для того, чтобы обнаружить боеголовку МБР на разгонном и финальном участках ее траектории.
Кроме того, большая грузоподъемность и дальность полета - до 5000 метров - позволит использовать эти дирижабли для транспортировки военной техники. Самый крупный «Атлант» по своей грузоподъемности превзойдет даже тяжелый военно-транспортный самолет Ан-124 - 170 тонн против 120-ти. Теоретически он сможет поднять в воздух три танка Т-90 с полным боекомплектом или восемь боевых машин пехоты БМП-3 .
Замена спутникам
При этом «Атлант» - не самый необычный проект аэростата, который на сегодняшний день находится в стадии разработки. Перспективный беспилотный дирижабль «Беркут» от компании «Авгуръ» сможет подниматься на высоты 20–23 километра и оставаться в воздухе аж по три-четыре месяца! Такой длительности полета удалось достичь благодаря системе энергоснабжения от солнечных батарей. Его главными задачами будут обеспечение связи, высотная аэрофотосъемка, а также наблюдение за большими участками местности. Но в теории он может использоваться и для радиоэлектронной борьбы, противовоздушной обороны, целеуказания. Подобные летательные аппараты могли бы пригодиться, например, российской военной арктической группировке - в условиях многомесячного полярного дня «Беркут» не будет испытывать никаких проблем с энергообеспечением.
Летательный аппарат Атлант-30. Фото: НПО "АВГУРЪ - РосАэроСистемы"
В целом стратосферные дирижабли со временем смогут стать хорошей заменой спутникам сотовой связи как военного, так и гражданского назначения. Аэростат, зависший на высоте 20 километров, способен обеспечивать устойчивую связь на дальностях до 760 километров. При этом дирижабли стоят дешевле спутников, для их запуска не нужна ракета-носитель, они не захламляют орбиту после завершения срока эксплуатации. А в случае поломки аэростат можно посадить на землю для ремонта.
В разные годы свои проекты стратосферных дирижаблей двойного назначения представляли Центральный аэрогидродинамический институт имени Жуковского, Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики, НПФ «Аэростатика» и ряд других предприятий. Однако пока ни один из них не был реализован. Более того, в мире нет ни одного действующего стратосферного дирижабля. Авиаконструкторам пока не удалось создать достаточно надежные солнечные батареи необходимых габаритов, способные длительное время обеспечивать автономность работы аэростата.
А как у них?
В США программы военных дирижаблей развиваются по двум направлениям - тактическому и стратегическому. К первому относятся мини-аэростаты Combat SkySat Phase 1 массой всего два килограмма, которые уже использовались в Ираке. Они обеспечивали радиосвязь между наземными подразделениями в радиусе 320 километров. В планах американских военных - увеличить грузоподъемность этих «малюток», чтобы на них можно было установить дополнительное оборудование. Например, видеокамеры высокого разрешения. Стоимость одного аэростата - всего около двух тысяч долларов. Они могли бы стать дешевой альтернативой разведывательным беспилотникам.
К стратегическому направлению относятся стратосферные дирижабли, например, проект Stratelite. Эта телекоммуникационная платформа для поддержки связи на площади около 800 тысяч квадратных километров в производство так и не пошла - гражданский заказчик счел ее слишком дорогой и сложной в производстве. Схожая судьба постигла и сверхтяжелый транспортный дирижабль Walrus, разработкой которого занималось Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Пентагона (DARPA). Этот левиафан должен был поднимать в воздух груз от 500 до 1000 тонн и перевозить его на дальность 22 тысячи километров за неделю. В настоящий момент американские ученые занимаются созданием разведывательного дирижабля, способного работать на высотах около 80 километров, то есть на верхних границах стратосферы.
В США было и несколько проектов военных высотных дирижаблей, которые планировалось вооружить крылатыми ракетами и корректируемыми авиабомбами, однако от них отказались еще на стадии разработки концепции - огромные неповоротливые аэростаты стали бы слишком легкой целью для средств ПВО вероятного противника.
Эту проблему намеревается решить Китай, испытавший в 2015 году дирижабль Yuanmeng, который в будущем, как заявляется, сможет подниматься аж на 100 километров - высоту, недосягаемую для существующих зенитно-ракетных комплексов. Этот летательный аппарат будет наполнен 18 тысячами кубометров гелия и сможет находиться в воздухе до 48 часов. Немного, но «шороху» при наличии мощного вооружения он навести сможет: западные журналисты уже окрестили этого гиганта «охотником за авианосцами».
Однажды отказавшись от дирижаблей, в наши дни человечество находит в этих летательных аппаратов все больше плюсов и выгод. Но вид могучего корабля, проплывающего по небу, настолько притягивает к себе, что уже ради этого величественного зрелища хочется, чтобы они вернулись…
Олег Макаров
Как правило, статьи о современных дирижаблях начинаются с воспоминаний о том, как почти 70 лет назад на американской авиабазе Лейкхерст погиб в огне гигантский немецкий цеппелин «Гинденбург», а три года спустя Герман Геринг приказал разобрать оставшиеся дирижабли на металлолом и подорвать ангары. Эпоха дирижаблей тогда закончилась, пишут обычно журналисты, но вот теперь интерес к управляемым аэростатам снова активно возрождается. Однако подавляющее большинство наших сограждан если где и видят «возродившиеся» дирижабли, то только на разного рода аэрошоу — там они обычно применяются в качестве оригинальных рекламных носителей. Неужели это все, на что способны эти удивительные воздушные корабли? Чтобы выяснить, кому и зачем нужны сегодня дирижабли, пришлось обратиться к специалистам, строящим дирижабли в России.
Плюсы и минусы
Дирижабль — это управляемый самодвижущийся аэростат. В отличие от обычного воздушного «шара, который летит» исключительно по направлению ветра и может маневрировать только по высоте в попытке поймать ветер нужного направления, дирижабль способен двигаться относительно окружающих воздушных масс в направлении, выбранном пилотом. Для этой цели летательный аппарат оснащен одним или несколькими двигателями, стабилизаторами и рулями, а также имеет аэродинамическую («сигарообразную») форму. В свое время дирижабли «убила» не столько череда ужаснувших мир катастроф, сколько авиация, развивавшаяся в первой половине ХХ века сверхбыстрыми темпами. Дирижабль тихоходен — даже самолет с поршневыми двигателями летает быстрее. Что уж говорить о турбовинтовых и реактивных машинах. Разгонять дирижабль до самолетных скоростей мешает большая парусность корпуса — сопротивление воздуха слишком велико. Правда, время от времени говорят о проектах сверхвысотных дирижаблей, которые поднимутся туда, где воздух сильно разрежен, а значит, и сопротивление его значительно меньше. Это якобы позволит развивать скорость в несколько сотен километров в час. Однако пока подобные проекты проработаны только на уровне концепции.
17 августа 2006 года пилот Станислав Федоров достиг на тепловом дирижабле российского производства «АвгурЪ» AU-35 («Полярный гусь») высоты 8180 метров. Так был побит мировой рекорд, продержавшийся 90 лет и принадлежавший немецкому дирижаблю Zeppelin L-55. Рекорд «Полярного гуся» стал первым шагом в выполнении программы «Высокий старт» — проекта Русского Воздухоплавательного Общества и Группы компаний «Метрополь» по запуску лёгких космических аппаратов с высотных дирижаблей. В случае успеха этого проекта, в России будет создан передовой аэростатно-космический комплекс, способный экономично выводить на орбиту частные спутники весом до 10−15 килограммов. Одно из предполагаемых направлений использования комплекса «Высокий старт» — запуск геофизических ракет для исследования приполярных областей Северного Ледовитого океана.
Проигрывая авиации в скорости, управляемые аэростаты при этом имеют ряд важных преимуществ, благодаря которым, собственно, возрождается дирижаблестроение. Во‑первых, сила, которая поднимает аэростат в воздух (известная всем со школьной скамьи сила Архимеда), совершенно бесплатна и не требует затрат энергии, в отличие от подъемной силы крыла, которая напрямую зависит от скорости аппарата, а значит, от мощности двигателя. Дирижаблю же двигатели нужны в основном для перемещения в горизонтальной плоскости и маневрирования. Поэтому летательные аппараты такого типа могут обходиться моторами значительно меньшей мощности, чем потребовались бы самолету при равной величине полезной нагрузки. Отсюда, а это уже во‑вторых, вытекает большая по сравнению с крылатой авиацией экологическая чистота дирижаблей, что в наше время чрезвычайно важно.
Третий плюс дирижаблей — их практически неограниченная грузоподъемность. Создание сверхгрузоподъемных самолетов и вертолетов имеет ограничения по прочностным характеристикам конструкционных материалов. Для дирижаблей же таких ограничений нет, и воздушный корабль с полезной нагрузкой, например, 1000 т — вовсе не фантастика. Добавим сюда возможность длительное время находиться в воздухе, отсутствие необходимости в аэродромах с длинными взлетно-посадочными полосами и большую безопасность полетов — и у нас получится внушительный список достоинств, которые вполне уравновешивают тихоходность. Впрочем, и тихоходность, как выяснилось, можно скорее отнести к достоинствам воздушных кораблей. Но об этом чуть позже.
В дирижаблестроении выделяются три основные типа конструкции: мягкая, жесткая и полужесткая. Практически все современные дирижабли относятся к мягкому типу. В англоязычной литературе их обозначают термином «blimp». Во время Второй мировой войны американская армия активно использовала «блимпы» для наблюдения за прибрежными водами и конвоирования судов. Дирижабли с жестким каркасом часто называют «цеппелинами» в честь изобретателя этой конструкции графа Фридриха фон Цеппелина (1838 — 1917).
Конкурент вертолета
Наша страна — один из мировых центров возрождающегося дирижаблестроения. Лидер отрасли — группа компаний «Росаэросистемы». Побеседовав с ее вице-президентом Михаилом Талесниковым, мы выяснили, как устроены современные российские дирижабли, где и как они используются и что нас ждет впереди.
Сегодня в работе находятся два типа дирижаблей, созданных конструкторами «Росаэросистем». Первый тип — это двухместный дирижабль AU-12 (длина оболочки 34 м). Аппараты такой модели существуют в трех экземплярах, и два из них время от времени используются московской милицией для патрулирования МКАД. Третий дирижабль продан в Таиланд и применяется там в качестве рекламного носителя.
Дирижабли полужёсткого типа отличаются наличием в нижней части оболочки, как правило, металлической фермы, препятствующей деформации оболочки, однако, как и в мягкой конструкции, форма оболочки поддерживается давлением подъемного газа. К полужесткому типу относятся современные немецкие дирижабли «Zeppelin NT», имеющие внутри оболочки поддерживающий каркас из углепластика.
Гораздо более интересная работа у дирижаблей системы AU-30. Аппараты этой модели отличаются более крупными габаритами (длина оболочки 54 м) и, соответственно, большей грузоподъемностью. Гондола AU-30 способна вместить десять человек (двух пилотов и восемь пассажиров). Как рассказал нам Михаил Талесников, в настоящее время ведутся переговоры с заинтересованными сторонами о возможности организации элитных воздушных туров. Полет на небольшой высоте и на малой скорости (вот оно — преимущество тихоходности!) над красивыми природными ландшафтами или памятниками архитектуры и в самом деле сможет стать незабываемым приключением. Подобные туры проходят в Германии: дирижабли возрожденной марки Zeppelin NT катают туристов над живописным озером Бодензее, в тех самых краях, где когда-то отправился в полет первый немецкий дирижабль. Однако российские дирижаблестроители уверены, что главное предназначение их аппаратов не реклама и развлечения, а выполнение серьезных задач промышленного характера.
Вот пример. Энергетические компании, имеющие в своем распоряжении линии электропередач, должны регулярно проводить мониторинг и диагностику состояния своих сетей. Удобнее всего это делать с воздуха. В большинстве стран мира для такого мониторинга применяются вертолеты, однако у винтокрылой машины есть серьезные недостатки. Помимо того что вертолет неэкономичен, у него еще и весьма скромный радиус действия — всего 150−200 км. Понятно, что для нашей страны с ее многотысячекилометровыми расстояниями и обширным энергетическим хозяйством это слишком мало. Есть и еще одна проблема: вертолет в полете испытывает сильную вибрацию, в результате чего чувствительное сканирующее оборудование дает сбои. Движущийся медленно и плавно дирижабль, способный преодолевать тысячи километров на одной заправке, напротив, идеально подходит для задач мониторинга. В настоящий момент одна из российских фирм, разработавших основанное на лазерных технологиях сканирующее оборудование, а также программное обеспечение к нему, использует два дирижабля AU-30 для оказания услуг энергетикам. Дирижабль этого типа может применяться и для разнообразных видов мониторинга земной поверхности (в том числе в военных целях), а также для картографирования.
Многоцелевой дирижабль Au-30 (многоцелевой патрульный дирижабль объемом более 3000 куб. метров) предназначен для выполнения полетов в течение продолжительного времени, в том числе на малой высоте и с малой скоростью. Крейсерсакая скорость 0−90 км/ч // Мощность маршевого двигателя 2х170 л.с. // Максимальная дальность полета 3000 км // Максимальная высота полета 2500 м.
Как они летают?
Практически все современные дирижабли, в отличие от цеппелинов довоенной эпохи, относятся к мягкому типу, то есть форма их оболочки поддерживается изнутри давлением подъемного газа (гелия). Объясняется это просто — для аппаратов сравнительно небольших размеров жесткая конструкция неэффективна и уменьшает полезную нагрузку из-за веса каркаса.
Несмотря на то что дирижабли и аэростаты относят к классу аппаратов легче воздуха, многие из них, особенно при полной загрузке, имеют так называемый перетяж, то есть превращаются в аппараты тяжелее воздуха. Это относится и к AU-12 и AU-30. Выше мы уже говорили о том, что дирижаблю, в отличие от самолета, двигатели нужны в основном для горизонтального полета и маневрирования. И вот почему «в основном». «Перетяж», то есть разница между силой земного притяжения и архимедовой силой, компенсируется за счет небольшой подъемной силы, которая появляется, когда встречный поток воздуха набегает на имеющую специальную аэродинамическую форму оболочку дирижабля — в данном случае она работает как крыло. Стоит дирижаблю остановиться — и он начнет опускаться к земле, ведь архимедова сила не полностью компенсирует силу притяжения.
Двухместный дирижабль АU-12 предназначен для подготовки пилотов воздухоплавателей, патрулирования и визуального контроля автодорог и городских территорий в интересах экологического мониторинга и ГАИ, контроля за чрезвычайными ситуациями и спасательных операций, охраны и наблюдения, рекламных полетов, качественной фото, кино, теле- и видеосъемки в интересах рекламы, телевидения, картографии. 28 ноября 2006 г. впервые в истории Российского воздухоплавания AU-12 был выдан сертификат типа на двухместный дирижабль. Крейсерская скорость 50 — 90 км/ч // Мощность маршевого двигателя 100 л.с. // Максимальная дальность полета 350 км // Максимальная высота полета 1500 м.
Дирижабли AU-12 и AU-30 имеют два режима взлета: вертикальный и с небольшим пробегом. В первом случае два винтовых двигателя с переменным вектором тяги переходят в вертикальное положение и таким образом отталкивают аппарат от земли. После набора небольшой высоты они переходят в горизонтальное положение и толкают дирижабль вперед, в результате чего возникает подъемная сила. При посадке двигатели вновь переходят в вертикальное положение и включаются на реверсивный режим. Теперь дирижабль, напротив, притягивается к земле. Такая схема позволяет преодолеть одну из главных проблем эксплуатации дирижаблей в прошлом — сложность со своевременной остановкой и точным причаливанием аппарата. Во времена могучих цеппелинов их приходилось буквально отлавливать за спущенные вниз тросы и закреплять у земли. Причаливающие команды насчитывали в те времена десятки и даже сотни человек.
При взлете с пробегом двигатели изначально работают в горизонтальном положении. Они разгоняют аппарат до возникновения достаточной подъемной силы, после чего дирижабль поднимается в воздух.
«Небесная яхта» ML866 Aeroscraft
Интересные проекты дирижаблей нового поколения разрабатываются на североамериканском континенте. Создать «небесную супер-яхту» ML 866 намерена в недалеком корпорация Wordwide Aeros. Этот дирижабль сконструирован по гибридной схеме: в полете около 2/3 веса машины будут компенсироваться архимедовой силы, а подниматься вверх аппарат будет благодаря подъемной силе, возникающей при обтекании набегающим потоком воздуха оболочки корабля. Для этого оболочке будет придана специальная аэродинамическая форма. Официально ML 866 предназначен для VIP-туризма, однако, если учесть, что Wordwide Aeros получает финансирование в частности от государственного агентства DARPA, занимающегося оборонными технологиями, не исключено использование дирижаблей в военных целях, например для наблюдения или связи. А канадская компания Skyhook совместно с Boeing объявила о проекте JHL-40 — грузового дирижабля с полезной нагрузкой 40 т. Это тоже «гибрид», однако здесь архимедова сила будет дополняться тягой четырех роторов, создающих тягу по вертикальной оси.
Маневрирование по высоте и управление подъемной силой пилот осуществляет, в частности, меняя тангаж (угол наклона горизонтальной оси) дирижабля. Этого можно добиться как с помощью закрепленных на стабилизаторах аэродинамических рулей, так и путем изменения центровки аппарата. Внутри оболочки, накачанной находящимся под небольшим давлением гелием, находятся два баллонета. Баллонеты — это мешки из воздухонепроницаемой материи, в которые нагнетается забортный воздух. Управляя объемом баллонета, пилот изменяет давление подъемного газа. Если баллонет раздувается, гелий сжимается и плотность его растет. При этом архимедова сила падает, что приводит к снижению дирижабля. И наоборот. При необходимости можно перекачивать воздух, например, из носового баллонета в кормовой. Тогда при изменении центровки угол тангажа примет положительное значение, а дирижабль перейдет в кабрирующее положение.
Нетрудно заметить, что современный дирижабль имеет довольно сложную систему управления, предусматривающую работу рулями, варьирование режима и вектора тяги двигателей, а также изменение центровки аппарата и величины давления подъемного газа с помощью баллонетов.
Тяжелее и выше
Еще одно направление, в котором работают отечественные дирижаблестроители, — это создание тяжелых грузопассажирских дирижаблей. Как уже говорилось, для дирижаблей ограничений по грузоподъемности практически не существует, а потому в перспективе могут быть созданы настоящие «воздушные баржи», которые будут способны перевозить по воздуху почти все что угодно, включая сверхтяжелые негабаритные грузы. Задача упрощается тем, что при изменении линейных габаритов оболочки грузоподъемность дирижабля вырастает в кубической пропорции. К примеру, AU-30, имеющий оболочку длиной 54 м, может брать на борт до 1,5 т полезного груза. Дирижабль нового поколения, разрабатываемый сейчас инженерами «Росаэросистем», при длине оболочки всего на 30 м больше возьмет полезную нагрузку 16 т! В перспективных планах группы компаний — строительство дирижаблей с полезной нагрузкой 60 и 200 т. Причем именно в этом сегменте дирижаблестроения должна произойти маленькая революция. Впервые за многие десятилетия в воздух поднимется дирижабль, выполненный по жесткой схеме. Подъемный газ будет помещаться в мягких баллонах, жестко прикрепленных к каркасу, укрытому сверху аэродинамической оболочкой. Жесткий каркас добавит дирижаблю безопасности, так как даже в случае серьезной утечки гелия аппарат не утратит аэродинамическую форму.
Гибель гигантов
История воздушных катастроф с большим количеством жертв берет свое начало в эпохе дирижаблей. Британский дирижабль R101 отправился в свой первый полет в 5 октября 1930 года. На борту он нес государственную делегацию во главе с министром воздушного сообщения Кристофером Бёрдвеллом Лордом Томпсоном. Через несколько часов после старта R101 снизился до опасной высоты, врезался в холм и сгорел. Причиной катастрофы стали просчеты в проектировании. Из 54 пассажиров и членов экипажа погибли 48, включая министра. 73 американских военных моряка погибли, когда попавший в бурю дирижабль «Акрон» упал в море, неподалеку от побережья штата Нью-Джерси. Случилось это 3 апреля 1933 года. Людей убил не удар при падении, а ледяная вода: на дирижабле не было ни одной спасательной лодки и лишь несколько пробковых жилетов. Оба погибших дирижабля были накачаны взрывоопасным водородом. Гелиевые дирижабли значительно безопаснее.
Другой интересный проект, по которому в группе компаний «Росаэросистемы» уже проведены НИОКР, — это геостационарный стратосферный дирижабль «Беркут». В основе идеи — свойства атмосферы. Дело в том, что на высоте 20−22 км ветровой напор относительно невелик, причем ветер имеет постоянное направление — против вращения Земли. В таких условиях довольно легко с помощью тяги двигателей зафиксировать аппарат в одной точке относительно поверхности планеты. Стратосферный геостационар можно использовать практически во всех областях, в которых сейчас применяются геостационарные спутники (связь, передача теле- и радиопрограмм и т. д.). При этом дирижабль «Беркут» будет, разумеется, существенно дешевле любого космического аппарата. Кроме того, если спутник связи выходит из строя, ремонту он уже не подлежит. «Беркут» же в случае любых неполадок всегда можно будет спустить на землю, чтобы провести необходимую профилактику и ремонт. И наконец, «Беркут» — это абсолютно экологически чистый аппарат. Энергию для двигателей и ретранслирующей аппаратуры дирижабль возьмет от солнечных батарей, размещенных на верхней части оболочки. В ночное время питание будет производиться за счет аккумуляторов, накопивших электричество в течение дня.
Дирижабль «Беркут»
Внутри оболочки «Беркута» — пять тканых емкостей с гелием. У поверхности земли закачанный в оболочку воздух будет сдавливать емкости, повышая плотность подъемного газа. В стратосфере, когда «Беркут» окажется в окружении разреженного воздуха, воздух из оболочки будет откачан, и емкости под давлением гелия раздуются. В результате плотность его упадет и, соответственно, возрастет архимедова сила, которая будет удерживать аппарат на высоте. «Беркут» разработан в трех модификациях — для высоких широт (HL), для средних широт (ML), для экваториальных широт (ET). Геостационарные характеристики дирижабля позволяют осуществлять функции наблюдения, связи и передачи данных над территорией, площадью более 1 млн км 2 .
Еще ближе к космосу
Все дирижабли, о которых шла речь в этой статье, относятся к газовому типу. Однако существуют еще и тепловые дирижабли — фактически управляемые монгольфьеры, в которых подъемным газом служит нагретый воздух. Они считаются менее функциональными, чем их газовые собратья, в основном из-за более низкой скорости и худшей управляемости. Основная сфера применения тепловых дирижаблей — аэрошоу и спорт. И именно в спорте России принадлежит высшее достижение.
17 августа 2006 года пилот Станислав Федоров достиг на тепловом дирижабле российского производства «Полярный гусь» высоты 8180 м. Однако и спортивным дирижаблям, возможно, будет найдено практическое применение. «Полярный гусь», поднявшись на высоту 10−15 км, сможет стать своего рода первой ступенью системы космических запусков. Известно, что при космических стартах значительное количество энергии тратится именно на начальной стадии подъема. Чем дальше от центра Земли находится стартовая площадка, тем больше экономия топлива и тем большую полезную нагрузку удается вывести на орбиту. Именно поэтому космодромы стараются размещать ближе к экваториальной области, чтобы выиграть (за счет приплюснутой формы Земли) несколько километров.
Загрузка...