Любители полетов на воздушных шарах есть по всему миру, и они могут предложить путешествие на монгольфьере, как за деньги, так и за волонтерскую помощь их наземной команде. Если вы уже вкусили прелести таких полетов и теперь желаете самостоятельно дергать за стропы и разжигать горелку, путешествуя соло, то прежде вам необходимо пройти курс обучения и сертификации. Знакомство с принципами работы воздушного шара даст вам преимущество и поможет определиться – подходит ли вам это хобби.
Шаги
Часть 1
Базовые основы- Каждый, кто находится в корзине, должен иметь в виду, что воздушный шар может приземлиться в грязи или труднодоступной местности, а потому надетая одежда и обувь должны быть максимально комфортными.
-
Для того чтобы подняться выше, нужно выпустить больше пропана. Чтобы увеличить подачу пропана в огонь, нужно побольше открыть взрывной клапан на шланге, прикрепленном к газовому баллону, который обычно располагается прямо под горелкой. Чем больше вы откроете клапан, тем большее количество горячего воздуха устремится в шар и тем быстрее он поднимется. .
- Сброс балласта или любого тяжелого объекта, размещенного по бокам воздушного шара, уменьшит его полную плотность и также заставит подниматься ввысь. По понятным причинам этот прием не рекомендуется применять при полете над населенной местностью.
-
Изучаем, как оставаться на стабильной высоте. Как и любой объект, более теплый, чем окружающая его среда, воздушный шар остывает в течение длительного времени, что заставляет его постепенно снижаться. Чтобы оставаться на одной высоте, вы должны использовать один из приемов:
Чтобы опустить, откройте парашютный клапан. Помните, что парашютный клапан – это откидная створка на верхушке конверта. В обычном состоянии она герметично закрыта и, чтобы приоткрыть ее, нужно потянуть за стропу красного цвета, которая называется стропой разрыва. Это позволяет горячему воздуху выйти через верх. Пока шар не опустится до нужной отметки, держите стропу натянутой. Затем, отпустите ее, и откидная створка снова закроется.
Контролируем направление снижения или подъема. Напрямую влиять на направление движения воздушных шаров невозможно. Существуют несколько воздушных потоков, которые наслаиваются один на другой. Поднимайте или опускайте шар, улавливая разные перекрестные потоки воздуха, и он будет менять направление движения. Пилоты часто вынуждены изменять маршрут своего движения, подстраиваясь под нужные воздушные потоки.
Проверьте силу ветра. Знание того, когда полет следует отменить, очень важный фактор подготовки пилотов. Полет при сильном ветре чрезвычайно опасен, и осуществлять его запрещено. Новички должны придерживаться простого правила: летать либо в первые часы после восхода солнца, либо за несколько часов до заката, когда направление ветра более предсказуемо и его скорость невелика.
Проверьте наличие предметов жизнеобеспечения. В корзине должны быть как минимум: огнетушитель, аптечка, топографическая карта, авиационная карта, альтиметр (прибор для измерения высоты) и бортовой журнал, в котором пилот фиксирует все детали полета. Проверьте датчик пропана в баллонах. Вы должны быть уверены, что в них достаточно топлива для полета – обычно расход составляет около 30 галлонов (114 литров) в час. Для длительных полетов вам также понадобится радиостанция и возможно электронное навигационное оборудование.
Для взлета наполните шар. Чтобы оторваться от земли, почти всем воздушным шарам требуется помощь нескольких человек. Во-первых, горелку нужно закрепить на раме корзины и установить сбоку от конверта, который лежит на земле. Рот конверта поднять и расправить, и в в течение десяти минут с помощью мощного насоса закачивать воздух, который затем нагревается горелкой. Обычно, пока шар готовится к полету, корзина на земле удерживается людьми или привязывается к автомобилю. Когда пассажиры и пилот уселись в корзину, пилот выпускает из горелки мощную струю пламени и шар отрывается от земли.
Во время старта нужно быть предельно внимательным. Пилот должен быть очень сосредоточен и следить за тем, как надувается конверт, а наземная команда контролирует все стропы. Постоянно осматривайтесь по сторонам во всех направлениях, чтобы вовремя заметить деревья или другие объекты, на которые может наткнуться шар во время взлета. Как только почувствуете первый порыв ветра во время подъема, сразу же зафиксируйте свой взгляд на препятствии, которое расположено по курсу взлета и не отрывайтесь от него, пока шар не преодолеет препятствие. Это помогает быстро фиксировать отклонение от курса и немедленно на него реагировать, ускоряя взлет.
Изучите все погодные явления в районе полета. Для получения летного сертификата будущие пилоты воздушных шаров должны пройти тест по метеорологии, чтобы понимать, как взаимодействуют и влияют друг на друга температура, высота и влажность, а также, что могут рассказать вам о состоянии воздуха различные виды облаков. Конечно, перечислить все в этой инструкции не выйдет, но пару примеров можно привести:
- Существенные изменения в направлении ветра, когда вы поднимаетесь или спускаетесь, называются порывом ветра и требуют особого внимания, поскольку могут ускорить или замедлить ваше движение. Если сильный порыв ветра загасит пламя вашей горелки, зажгите ее снова и во избежание падения, как можно быстрее нагрейте шар.
- Если воздушный шар медленно реагирует на ваши действия, или вы замечаете, что воздух вместо того, чтобы устремлять вас вверх расходуется впустую, значит, вы попали в «инверсию» – состояние, при котором, чем выше вы поднимаетесь, тем теплее становится воздух вокруг вас. Компенсировать инверсию можно, увеличив количество нагреваемого воздуха или напротив, уменьшив, в зависимости от направления движения.
-
Проверяйте направление и скорость ветра, научитесь читать метеорологическую карту, используя эти данные для составления общей картины скорости и направления движения воздушных потоков. Чтобы узнать локальные условия, плюньте или брызните немного крема для бритья на край корзины.
Учитесь ориентироваться. Для того, чтобы проложить курс и высоту полета, пилоты воздушного шара обучены пользованию топографической картой и альтиметром. Из регионального управления авиации получите авиационную карту и пользуйтесь ею, чтобы обойти маршруты полетов авиалайнеров. Также пригодятся модуль GPS, магнитный компас и пара биноклей, но для коротких полетов они не нужны, за исключением случаев, когда это требуют местные правила полетов на воздушных шарах.
Избегайте турбулентности и термальных зон. Если вы испытываете турбулентность или шторм, облачность и другие погодные явления указывают на то, что она вот-вот появиться, немедленно приземляйтесь. Когда вы чувствуете любое круговое движение или внезапный подъем, также немедленно приземляйтесь, пока восходящий «термальный» поток теплого воздуха не сделал ваш шар неуправляемым. Как только достигнете земли, немедленно стравите воздух, иначе корзину потащит по ее поверхности.
Разбираемся – почему шар летает. Принцип действия воздушных шаров очень прост. Поскольку вы нагреваете воздух или любой другой газ, он становится менее плотным. Точно также, как пузырь воздуха, поднимающийся в аквариуме, горячий воздух будет подниматься над более плотным, холодным воздухом, который его окружает. Стоит подогреть воздух в шаре до нужной температуры, и он сам сможет поднять вверх и купол, и корзину вместе со всем ее содержимым.
Изучаем конструкцию шара. Его устройство настолько простое, что вы уже можете в нем запросто ориентироваться, то изучение необходимой терминологии поможет вам и вашей команде общаться друг с другом:
Одеваем защитную одежду. Пилот должен носить защитные очки, так как он будет находиться возле пламени. Также, пилот и команда должны быть одеты в прочные перчатки, одежду с длинными рукавами и длинные штаны, изготовленные из ткани, не содержащей нейлон, полиэстер и другие, легко воспламеняемые материалы.
Общая информация
Воздушный шар – это летательный аппарат легче воздуха, который движется не с помощью моторов, а при нагревании находящегося в куполе воздуха. Воздушный шар всегда летит в направлении ветра, т. е. туда, куда дует ветер, и столько, сколько дует ветер.
Летом, как правило, на воздушных шарах летают рано утром (5.00 – 9.00 час.), пока не начались термики (вертикальные потоки воздуха), и вечером (18.00 – 21.00 час.), когда термики успокаиваются. Осенью – весной утренние полеты начинаются немного позже (8:00 часов утра), а вечерние – немного раньше (в 16:00 часов).
Полет на воздушном шаре в среднем продолжается около часа, хотя с технической точки зрения может продолжаться и 2-3 и более часов.
За час воздушный шар пролетает в среднем 10 – 20 километров.
Воздушный шар может подняться на высоту более 10 км, однако на высоте 3 км человеку уже не хватает кислорода. Поэтому на воздушных шарах, как правило, летают невысоко.
Подготовка к полету
Управление воздушным шаром начинается с тщательной подготовки к полету. Во-первых, пилот узнает метеорологическую информацию. Для полета на воздушном шаре самыми главными являются три метеорологические параметра:
Облачность – чтобы не было бури или кучевых облаков,
видимость – не менее 5 км,
скорость ветра – не более 5 м/сек.
Имея цель полета, зная направление и скорость ветра, пилот планирует траекторию полета. Поскольку метеорологическая ситуация постоянно изменяется, точно спланировать полет или место посадки невозможно. Поэтому при выборе места старта пилот всегда должен оценить, есть ли в направлении полета достаточное количество площадок для безопасной посадки воздушного шара.
Если планируется полет над городом, пилот воздушного шара обязан иметь разрешение самоуправления, а перед самым полетом пилот должен предъявить план своего полета Службе управления полетами.
Полеты над городом специфичны и тем, что здесь предоставляются услуги по управлению воздушным движением. Поэтому пилот должен внимательно подготовить свои карты, а детали полета согласовывать со службой управления полетами.
Взлет воздушного шара
Полет на воздушном шаре начинается со старта воздушного шара. В старте воздушного шара принимают участие пилот и все его команда, всего 4 человека. В этот процесс также включаются пассажиры, если, конечно, они согласны. Для пассажиров старт – это не менее впечатляющее зрелище нежели сам полет.
Во-первых, выбирается подходящее место для старта воздушного шара. Лучше всего, если это луг размером не менее 50 x 50 метров. На лугу (поле) не должно быть каких-либо препятствий: деревьев, столбов, электрических линий. При более сильном ветре ищется защищенное от ветра место.
После выбора места выгружается все оборудование воздушного шара. На корзину крепятся горелки, они с помощью специальных шлангов подсоединяются к газовым цилиндрам. Пилот испытывает, как работают горелки и система подачи газа.
После чего растягивается купол. Купол всегда растягивается в направлении ветра. Купол с помощью специальных карабинов соединяется с корзиной и горелками.
В подготовленный купол с помощью вентилятора запускается холодный воздух.
Мощный вентилятор наполняет купол воздухом примерно за 5 минут.
Когда купол достаточно надут, пилот с помощью пламени горелок начинает греть находящийся в куполе воздух. Нагретый воздух расширяется и поднимается вверх. Таким образом купол надувается и начинает подниматься с земли.
До надувания воздушный шар привязывается к автомобилю. Это делается для того, чтобы ветер не откинул полностью не подготовленный воздушный шар. Когда пилот удостоверяется, что воздушный шар и пассажиры надлежащим образом готовы к полету, и когда воздух в куполе нагревается до необходимой температуры, воздушный шар начинает подниматься. После чего воздушный шар отцепляется от автомобиля и поднимается.
Подготовка воздушного шара к полету занимает 10-15 минут.
Пилотирование воздушного шара
Хотя пилотирование воздушного шара с первого взгляда кажется очень простым, на самом деле оно требует особенных знаний и навык пилота.
Поскольку у воздушного шара нет ни мотора, ни крыльев, во время полета воздушный шар управляется двумя главными приборами: горелками и клапаном. При нагреве воздуха шар поднимается вверх, а открыв клапан, шар начинает спускаться. Поэтому высота воздушного шара регулируется путем изменения температуры внутри купола.
У многих людей возникает вопрос: если пилот может регулировать только высоту полета, то как же шар долетает до необходимого места?
Ответ скрывается здесь: для полета на воздушном шаре используются атмосферные условия. Направление и сила ветра на разных высотах отливается, поэтому пилоты при изменении вертикальной позиции шара могут направлять полет шара в одном или в другом направлении. Сила ветра, как правило, бывает сильной в более высоких слоях атмосферы, поэтому пилоты могут частично контролировать и скорость полета.
Хотя даже самые опытные пилоты не могут полностью контролировать направления полета воздушного шара. Обычно, ветровые условия предоставляют пилоту небольшой выбор. В редких случаях на шаре можно вернуться на место старта. Поэтому пилотирование воздушного шара обычно является импровизацией по существующим условиям погоды.
По этой причине шар всегда сопровождает наземная команда, которая позже помогает шару спуститься, собрать оборудование и пассажиров.
Посадка
Еще во время полета пилот предварительно планирует, в каком месте он спуститься. Об этом по телефону или с помощью радиосвязи информируется команда на земле.
Как правило, к площадке посадки не применяются какие-либо особенные требования. Важно, чтобы она была достаточно большой для безопасной посадки воздушного шара, и чтобы спускающийся воздушный шар не нанес ущерб владельцам земли. Если ветер несильный, воздушный шар может спуститься на обычном стадионе. Если ветер сильнее, пилот ищет площадку большей площади.
Опытные пилоты умеют так посадить шар, что контакта с землей почти не чувствуется. Посадить шар помогает и команда, находящаяся на земле. Однако при большом ветре посадка воздушного шара может быть «жесткая». Пилот еще до полета проводит для пассажиров инструктаж, как надо себя вести во время «жесткой» посадки. Многим пассажирам такая посадка является самой веселой частью полета.
Как правило, пилоты стараются спуститься рядом с дорогой, чтобы смогла подъехать сопутствующая машина. Однако иногда воздушный шар спускается на большом лугу. В таком случае работающая на земле команда и помощники помогают перенести шар в лучшее место.
После того как пилот открывает клапан купола, воздух из купола выходит. Шар склоняется и ложиться на землю. На земле работающая команда полностью выпускает воздух и упаковывает шар.
Процесс упаковки продолжается примерно 20 минут.
Правда ли, что братья Райт были первыми, кто покорил воздухоплавание?
Уже почти за 100 лет до рождения братьев Райт воздушные шары регулярно поднимались в небо. Вот 10 фактов о воздухоплавании, которые вас удивят.
Первыми пассажирами воздушного шара были овца, петух и утка
Первый шар с корзиной для полетов поднялся в небо в 1783 году. Произошло это в Версале, в присутствии Людовика XVI и Марии Антуанетты. Пассажирами этого воздушного судна стали петух, утка и овца. Овцу, как похожее на человека существо, выбрали для проверки воздействия высоты на организм, а птиц (летающую и нелетающую) сделали членами контрольной группы. Этот шар поднялся на высоту 500 метров, пролетел около 4 километров и успешно приземлился. Все пассажиры остались невредимы.
Первыми людьми, поднявшимися в небо, могли стать заключенные Бастилии
Когда пришло время проводить пробные полеты с участием людей, Людовик XVI, не рискуя брать ответственность за жизнь своих подданных, решил отправить в полет осужденных на казнь преступников. Если полет окажется удачным, им обещали помилование. Однако, несмотря на решение короля, в полет отправились ученый Жан-Франсуа Пилатр Де Розье и аристократ Маркиз Франсуа Лорен Д’Арланд. Эти смельчаки 21 ноября 1783 пробыли в небе около 20 минут.
Традиция открывать шампанское после полета была создана для спокойствия фермеров
После первого удачного полета воздушные шары стали часто использоваться аристократами. Однако крестьянам они напоминали огнедышащих драконов, чем вызывали настоящий ужас. Чтобы задобрить и успокоить людей, аристократы стали брать с собой шампанское и открывать его на месте посадки воздушного судна.
Есть версия, что рисунки на плато Наска создали при помощи воздушных шаров
В 1970-х годах Джим Вудмен выдвинул теорию, что древние жители Перу создали гигантские рисунки на плато Наска, использовав шар с корзиной для полетов. В качестве доказательств он приводит рисунки на древней керамике, где, по его мнению, изображены полеты на воздушном шаре, а также куски материи, которые могут быть фрагментами оболочки шара. Ученый даже смастерил свое воздушное судно с использованием технологий, которые были доступны древним перуанцам. Эта теория была дискредитирована, однако ряд ученых продолжает верить в ее достоверность.
Однажды случилась воздухоплавательная дуэль
В 1808 году двое французов, добивавшихся расположения оперной дивы мадемуазель Тривелит, поднялись на воздушном шаре над Парижем для проведения дуэли. Снизу собралась толпа: люди решили, что проводятся гонки на шарах. Однако дуэлянты вытащили мушкеты и направили их в сторону друг друга. В результате после выстрелов один шар оказался пробит. Во время падения он врезался в здание поблизости, пилот погиб. Второй дуэлянт спустился невредимым и, по слухам, получил сердце роковой дивы.
Воздушные шары применяли в целях военной разведки
В период Французской революции в битве за Флерюс (1794 год) воздушный шар Entreprenant использовали для получения сведений о позиции противника. Шар с корзиной для полетов находился в полете 8 часов (все время он был на привязи). Воздухоплаватель регистрировал изменение позиций австрийских войск и скидывал данные вниз, на землю. Неизвестно, из-за этого или нет, но французы выиграли битву.
В США существовали воздухоплавательные корпуса во время Гражданской войны
Воздухоплавательный корпус основал Авраам Линкольн. Он состоял из 7 воздушных шаров, а также имел в распоряжении 12 газовых генераторов и баржу, которая использовалась в качестве авианосца. Воздухоплавательные аппараты использовали для наблюдения за перемещением вражеских войск, охватывая территорию в 15 км. «Конфедераты» в ответ изготовили свой шар из платяного шелка, но он был захвачен армией союза. Расформировали корпус в 1863 году, сообразив, что такой объект — отличная мишень для противника.
Воздушные шары использовали во время карнавальных представлений
В период с 1800 по 1900 гг. во время ярмарок зачастую можно было увидеть шоу с участием воздушных шаров. Каскадер с парашютом садился в корзину, шар наполняли горячим дымом от огня и отпускали вверх. Он быстро поднимался вверх, и в наивысшей точке каскадер выпрыгивал и спускался на землю.
Существовал воздушный шар со стеклянным дном
Кристиан Браун на международной воздухоплавательной фиесте представил модель со стеклянным дном. Согласно материалам прессы, пробный полет оказался очень страшным, поэтому воздухоплавательное судно вернулось на землю с «корчившимися и кричащими от страха пассажирами».
Воздушный шар может летать зимой
Многие удивляются, что холодное время года подходит для полетов на воздушном шаре. На самом деле в это время погода даже более благоприятна, чем летом. Холодный воздух в атмосфере позволяет ускорить подъем шара, наполненного горячим воздухом, в небо, а также увеличить число пассажиров. К тому же зимой воздух более стабилен, что дает возможность летать в течение всего светлого времени суток.
Летательные аппараты, взаимодействующие с атмосферой, подразделяются на две большие категории: легче воздуха и тяжелее воздуха. В основе такого деления лежат разные принципы осуществления полета. В первом случае для создания подъемной силы пользуются законом Архимеда, то есть используют аэростатический принцип. У аппаратов же, которые тяжелее воздуха, подъемная сила возникает благодаря аэродинамическому взаимодействию с атмосферой. Мы рассмотрим первую категорию - летательные аппараты легче воздуха.
Всплытие в воздушном океане
Устройство, использующее для подъема архимедову - выталкивающую - силу, называют аэростатом. Это летательный аппарат, снабженный оболочкой, заполняемой горячим воздухом либо газом, имеющим меньшую плотность, чем окружающая атмосфера.
Различие в плотности газа внутри и снаружи оболочки обусловливает перепад давлений, благодаря чему и возникает аэростатическая выталкивающая сила. Это пример действия закона Архимеда.
Потолок подъема летательных аппаратов легче воздуха определяется объемом и упругостью оболочки, способом ее наполнения и атмосферными факторами - в первую очередь падением плотности воздуха с высотой. Рекорд пилотируемого подъема на сегодняшний день составляет 41,4 км, беспилотного - 53 км.
Общая классификация
Аэростат - это общее название целого класса летательных аппаратов. В первую очередь все аэростаты делятся на неуправляемые (воздушные шары) и управляемые (дирижабли). Существуют также привязные аэростаты, используемые в разных областях для решения тех или иных специальных задач.
1. Принцип полета воздушного шара не подразумевает возможности управления летательным аппаратом в горизонтальной плоскости. Шар не имеет двигателя и рулей, следовательно, его пилот не может выбирать скорость и направление своего полета. На шаре возможно регулирование высоты при помощи клапанов и балласта, а в остальном его полет - это дрейф по воздушным потокам. По типу наполнителя различают три вида воздушных шаров:
- Монгольфьеры, наполняемые горячим воздухом.
- Шарльеры с газовым наполнением. Чаще всего для этих целей использовали (и продолжают использовать) водород и гелий, но и тот, и другой газ имеют каждый свои недостатки. Водород чрезвычайно горюч, а с воздухом образует взрывоопасную смесь. Гелий же слишком дорог.
- Розьеры - воздушные шары, в которых комбинируются оба вида наполнителей.
2. Дирижабли (по-французски dirigeable - «управляемый») - это летательные аппараты, конструкция которых включает силовую установку и элементы управления. В свою очередь, дирижабли классифицируют по многим критериям: по жесткости оболочки, по типу силового агрегата и движителей, по методу создания выталкивающей силы и так далее.
Ранняя история аэронавтики
Самым первым достоверным устройством, поднявшимся в воздух при помощи архимедовой силы, вероятно, следует считать китайский фонарик. В летописях упоминаются бумажные мешки, поднимающиеся под действием горячего воздуха от лампы. Известно, что такие фонари применялись в военном деле в качестве средства сигнализации еще во II-III веках; не исключено, что они были известны и ранее.
Западная техническая мысль пришла к идее возможности подобных устройств к концу XVII века, осознав бесплодность попыток создания мускульно-маховых приспособлений для полета человека. Так, иезуит Франческо Лана спроектировал поднимаемое при помощи вакуумированных металлических шаров. Однако технический уровень эпохи никоим образом не позволял осуществить этот проект.
В 1709 году священник Лоренцо Гузмао продемонстрировал португальскому королевскому двору летательный аппарат, представлявший собой тонкую оболочку, воздух в которой нагревался подвешенной снизу жаровней. Устройство сумело подняться на несколько метров. К сожалению, о дальнейшей деятельности Гузмао ничего не известно.
Начало воздухоплавания
Первым летательным аппаратом легче воздуха, успешное испытание которого было запротоколировано официально, стал воздушный шар братьев Жозефа-Мишеля и Жака-Этьена Монгольфье. 5 июня 1783 г. этот шар совершил полет над французским городком Анноне, преодолев 2 км за 10 минут. Максимальная высота подъема составила около 500 метров. Оболочка шара была холщовой, оклеенной изнутри бумагой; в качестве наполнителя использовался дым от сжигания мокрой шерсти и соломы, долгое время после этого называвшийся «монгольфьеровым газом». Летательный аппарат, соответственно, получил название «монгольфьер».
Практически одновременно, 27 августа 1783 г., в Париже взмыл в воздух шар, наполненный водородом, конструкции Жака Шарля. Оболочка была выполнена из шелка, пропитанного раствором каучука в скипидаре. Водород получали, воздействуя серной кислотой на железные опилки. Шар диаметром 4 метра наполняли несколько дней, израсходовав 200 с лишним килограммов кислоты и почти полтонны железа. Первый шарльер на глазах 300 тысяч зрителей исчез в облаках. Оболочка аэростата, разорвавшаяся высоко в атмосфере, упала через 15 минут в сельской местности под Парижем, где ее уничтожили перепугавшиеся местные жители.
Первые пилотируемые полеты
Первые пассажиры воздухоплавательного аппарата, взлетевшего 19 сентября 1783 г. в Версале, были, скорее всего, безымянными. Петух, утка и баран совершили в корзине монгольфьера полет продолжительностью 10 минут и дальностью 4 км, после чего благополучно приземлились.
Полет людей на монгольфьере впервые состоялся 21 ноября все того же прорывного 1783 года. Совершили его физик Жан-Франсуа Пилатр де Розье и двое его товарищей. Затем, в ноябре, де Розье закрепил успех совместно с энтузиастом воздухоплавания маркизом Франсуа Лораном д’Арландом. Тем самым было доказано, что состояние свободного полета безопасно для человека (в этом еще существовали сомнения).
1 декабря 1983 г. (воистину знаменательный год для аэронавтики!) шарльер также вознесся в воздух, неся на борту экипаж, в составе которого, помимо самого Ж. Шарля, был механик Н. Робер.
В последующие годы полеты на воздушных шарах обоих типов практиковались очень широко, но некоторое преимущество оставалось все же за газовыми шарами, так как монгольфьеры потребляли много топлива и развивали малую подъемную силу. Розьеры же - шары комбинированного типа - оказались слишком опасны.
Аэростат на службе
Воздушные шары очень скоро начали служить не только развлекательным целям, но и потребностям науки и военного дела. Еще при первом полете Шарль и Робер занимались измерениями температуры воздуха и давления на большой высоте. Впоследствии научные наблюдения часто проводились с аэростатов. Они использовались для исследования атмосферы Земли и геомагнитного поля, а позднее - и космических лучей. Аэростаты нашли широкое применение в качестве метеорологических зондов.
Военная служба воздушных шаров началась во время Великой французской революции, когда привязные аэростаты начали использовать для наблюдения за противником. Впоследствии такие устройства применялись в целях высотной разведки и корректировки огня не только в XIX, но и в первой половине XX века. Во время Великой Отечественной войны привязные аэростаты-заграждения были элементом ПВО крупных городов. В эпоху холодной войны высотные аэростаты использовались разведками НАТО против СССР. Кроме того, были разработаны системы дальней связи подводных лодок с применением привязных аэростатов.
Все выше и выше
Стратостат - это воздушный шар типа «шарльер», способный благодаря особенностям конструкции подниматься в верхние разреженные слои атмосферы Земли - стратосферу. Если полет пилотируемый, такой аэростат заполнен гелием. В случае беспилотного полета он заполняется более дешевым водородом.
Идея использования воздушного шара на больших высотах принадлежит Д. И. Менделееву и была высказана им в 1875 году. Безопасность экипажа, по мысли ученого, должна была обеспечивать герметичная гондола аэростата. Однако создание подобного летательного аппарата требует высокого технического уровня, которого удалось достичь только к 1930 году. Так, условия полета требуют особого устройства баллона стратостата, применения легких металлов и сплавов, разработки и внедрения систем сброса балласта и терморегуляции гондолы и многого другого.
Первый стратостат FNRS-1 был создан швейцарским ученым и инженером Огюстом Пикаром, который совместно с П. Кипфером впервые поднялся в стратосферу 27 мая 1931 г., достигнув высоты 15 785 м.
Особое развитие создание этих летательных аппаратов получило в СССР. Многие рекорды при полетах в стратосферу были поставлены во второй половине 1930 годов советскими воздухоплавателями.
В 1985 г. в ходе реализации советского космического проекта «Вега» в атмосфере Венеры были запущены два стратостата, наполненные гелием. Они работали на высоте около 55 км в течение более 45 часов.
Первый дирижабль
Попытки создать управляемый в горизонтальном полете воздушный шар стали предприниматься практически сразу после первых полетов монгольфьеров и шарльеров. Ж. Менье предложил придать летательному аппарату эллипсоидную форму, двойную оболочку с баллонетом и оснастить его пропеллерами, приводимыми в движение мускульной силой. Однако для осуществления этой идеи требовались усилия 80 человек…
Долгие годы из-за отсутствия пригодного к условиям полета силового агрегата управляемый воздушный шар оставался только мечтой. Осуществить ее удалось лишь в 1852 г. Анри Жиффару, машина которого совершила первый полет 24 сентября. На дирижабле Жиффара был установлен руль и паровой двигатель мощностью 3 лошадиных силы, вращавший винт. Объем газонаполненной оболочки составлял 2500 м 3 . Мягкая оболочка дирижабля была подвержена спаданию при изменениях атмосферного давления и температуры.
Долгое время после полета первого дирижабля инженеры старались добиться оптимального сочетания мощности и веса двигателя, улучшить конструкцию оболочки и гондолы аппарата. В 1884 г. на дирижабль удалось поставить электрический двигатель, в 1888-м - бензиновый. Дальнейший успех дирижаблестроения был связан с разработкой машин с жесткой оболочкой.
Успех и трагедия цеппелинов
Прорыв в создании дирижаблей связан с именем графа Фердинанда фон Цеппелина. Полет первой его машины, построенной в Германии на Боденском озере, состоялся 2 июля 1900 года. Несмотря на поломку, повлекшую за собой вынужденную посадку на озеро, конструкция жестких дирижаблей после дальнейших испытаний была признана успешной. Конструкцию машины сумели доработать, и дирижабль Фердинанда фон Цеппелина был закуплен германскими военными. В Первую мировую войну цеппелины использовались уже всеми ведущими державами.
Жесткая оболочка дирижабля состояла из металлического каркаса сигарообразной конфигурации, обтянутого тканью с целлоновым покрытием. Внутри каркаса крепились газовые баллоны, наполненные водородом. Летательный аппарат был снабжен кормовыми рулями и стабилизаторами, имел несколько двигателей с воздушными винтами. Баки, грузовые и двигательные отсеки, пассажирские палубы размещались в нижней части каркаса. Объем дирижабля мог достигать 200 м 3 , длина корпуса была огромной. Например, длина печально знаменитого «Гинденбурга» составляла 245 м. Управление такой огромной машиной было исключительно сложным.
В период между мировыми войнами цеппелины широко использовались в качестве транспортного средства, в том числе в трансатлантических перелетах. Однако ряд катастроф, самой известной из которых стало крушение в результате пожара дирижабля «Гинденбург», и дороговизна этих машин сыграли не в их пользу. Но главным фактором сворачивания дирижаблестроения была предстоящая Вторая мировая война. Характер ведения боевых действий требовал массового применения скоростной авиации, и дирижаблям в ней серьезного места не нашлось. В результате и после войны не произошло возрождения их как широко используемого транспортного средства.
Аэростаты и современность
Несмотря на развитие авиации, дирижабли и воздушные шары не канули в небытие, напротив, к концу XX века интерес к ним снова возрос. Это связано с успехами в разработке высокотехнологичных материалов и компьютерных систем управления и безопасности, а также с относительным удешевлением производства гелия. Дирижабли вполне могут возродиться в качестве машин, выполняющих важные задачи в некоторых специальных отраслях, например, в обслуживании нефтяных платформ или в перевозке крупногабаритных грузов в труднодоступных местностях. К этим летательным аппаратам снова стали проявлять некоторый интерес военные.
Миниатюрные дирижабли также используются для решения различных прикладных задач, например, при съемках для телевизионных трансляций.
Привычная к самолетам, вертолетам и космическим кораблям публика вновь испытывает интерес к воздухоплаванию. Частым явлением стали фестивали воздушных шаров в разных странах мира, в том числе и в России. Благодаря термостойким легким материалам и специальным горелкам, работающим от газовых баллонов, монгольфьеры переживают вторую молодость. Изобретены также солнечные монгольфьеры, вообще, не требующие сжигания топлива.
Огромный интерес у спортсменов и зрителей вызывают соревнования и феерические массовые старты множества аппаратов, проводимые на каждом фестивале воздушных шаров. Эти мероприятия давно сделались неотъемлемой частью развлекательной индустрии.
Сложно предсказать, какое именно будущее ждет летательные аппараты легче воздуха. Но можно уверенно утверждать: это будущее у них есть.
Ю. БОЙКО, начальник отдела русского воздухоплавательного общества.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Шарльер середины прошлого века практически не отличался от того, что применяется сегодня.
Привязной змейковый аэростат.
Советский аэростат-разведчик.
Так теперь заполняют монгольфьер горячим воздухом.
Сбор семян с деревьев.
Аэростат-кран на трелевке леса.
Строительство плотины при помощи аэростата.
Схема современного монгольфьера.
Так выглядит сверху оболочка и ее купольное кольцо.
Воздухоплавание в наше время становится все более и более массовым: тысячи ярко раскрашенных шаров плывут над всеми континентами, и даже Северный и Южный полюсы покорены путешественниками-воздухоплавателями. Для них, наконец, появился сравнительно дешевый, неприхотливый и простой в управлении летательный аппарат, путешествие на котором доставляет ни с чем не сравнимое ощущение полета.
Впервые, как принято считать, аэростат появился на свет 5 июня 1783 года. В этот день во французском городке Видалон-лез-Адонне, несколько южнее Лиона, поднялся в воздух так называемый монгольфьер - наполненный горячим дымом шар из бумаги и льняного полотна. Он был изготовлен братьями Жозефом и Этьеном Монгольфье - мастерами по производству бумаги, которых на идею создания такого шара натолкнули наблюдения за сжигаемой на костре бумагой и улетающими в небо ее обгоревшими клочками.
Существуют, впрочем, не слишком достоверные сведения и о куда более ранних полетах воздушных шаров. Например, о том, который был поднят в Пекине в 1306 году во время церемонии вступления на престол императора Фо Киена. Или о том, на котором в 1709 году летал португальский монах Бартоломео де Кусмао. Но все же официальным днем рождения аэростата считается 5 июня 1783 года.
А через два с половиной месяца в Париже на Марсовом поле был поднят в воздух и первый шарльер - шар, наполненный легким газом. Свое название он получил по имени французского профессора физики Жака Шарля, нашедшего способ заполнения шара водородом. Шарльер оказался много эффективнее монгольфьера и много опаснее его, поскольку водород в 15 раз легче воздуха, но чрезвычайно взрывоопасен. Поэтому впоследствии - после открытия гелия - шарльеры стали заполнять им.
Первые аэростаты были беспилотными, но уже в ноябре того же 1783 года на монгольфьере впервые поднялись люди - маркиз дўАрланд и Пилатр де Розье, стоявшие в прикрепленной к нижней части оболочки корзине. В центре ее находилась жаровня, поставлявшая внутрь оболочки горячий воздух, а сама корзина и оболочка были пропитаны специальным противопожарным составом.
В следующем десятилетии - во время Великой французской революции - воздушные шары начали свою военную карьеру, активно продолженную и в XIX веке. Во франко-прусской войне 1871 года, например, была с их помощью налажена постоянная связь с окруженным немцами Парижем. За 4 месяца на 65 аэростатах было переправлено 150 пассажиров и 16 675 килограммов писем и депеш общим числом более 3 миллионов.
В 1869 году в России была организована постоянная Комиссия по применению воздухоплавания к военным целям, а с 1870 года - в Усть-Ижорском саперном лагере под Петербургом велись наблюдения с аэростатов за передвижениями войск и корректирование артиллерийской стрельбы. В ряде стран появились люди, занимавшиеся аэронавтикой профессионально.
В конструкциях свободных газовых аэростатов постепенно учитывался опыт многих тысяч полетов. Более легкими и прочными стали материалы оболочек, и их пропитывали составами, сводящими к минимуму утечку несущего газа. Более надежным и удобным стал такелаж: тросы, стропы и прочее оборудование. Современный аэростат для свободных полетов почти не отличается от того, что летал полтора века назад (рисунок вверху).
Его изготовленная из шелка оболочка была снабжена вверху клапаном для выпуска газа, а внизу - отростком, "аппендиксом", который тоже свободно сообщался с атмосферой. Открывали газовый клапан при помощи проведенного от него к гондоле шнура. Туда же был проведен и другой шнур - от разрывного полотнища, которым аэронавт пользовался для быстрого выпуска газа при посадке.
Оболочка покрывалась сетью из шелкового шнура, связанного в виде петель. Книзу число петель постепенно уменьшалось, и они сходили с шара отдельными спусками, которые затем привязывались к подвесному кольцу из дерева или металлической трубки. К этому кольцу подвязывались и стропы гондолы, якорь и балластный канат - гайдроп. Манипулируя им, а также газовым клапаном и балластом, опытные аэронавты совершали длительные полеты.
Но поднимаемый на привязи свободный аэростат оказывался весьма неустойчивым. Уже при ветре более 10 метров в секунду находящийся в гондоле наблюдатель и вовсе не мог выполнять свои функции. Чтобы удержать аэростат, требовались очень прочные канаты и особо укрепленные места их присоединения к оболочке, а этот дополнительный вес снижал его подъемную силу. Для повышения устойчивости привязных воздушных шаров в ветреную погоду стали придавать им удлиненную форму и оснащать их оперением, а управлять ими - при помощи канатов, идущих к наземным лебедкам.
Свое первое практическое применение такие аэростаты нашли в военном деле: их успешно использовали еще в армии Наполеона - для подъема наблюдателей, а впоследствии - в гражданской войне 1861-1865 годов в США - для разведки и корректирования огня артиллерии. Наибольшее распространение получила в те годы конструкция привязного змейкового аэростата, который, подобно воздушному змею, устойчиво парит в воздухе за счет взаимодействия скоростного напора ветра с оболочкой. Ее внутренний объем разделен диафрагмой на два отсека: газовместилище и так называемый "воздушный баллонет", который сообщается с окружающей атмосферой и наполняется ветровым потоком.
Подобные аэростаты с успехом применялись как в первую мировую войну - для разведки и корректировки огня артиллерии, так и во вторую мировую - в качестве аэростатов заграждения. Военное использование аэростатов продолжалось и в годы "холодной войны". Аэростаты-разведчики беспрепятственно пересекали границу в толще облаков, засечь их локаторами было практически невозможно. А если даже удавалось их обнаружить, то сбить было тоже непросто: при большом объеме газа пробоины не приводят к быстрой утечке.
Для связи погруженных подводных лодок в СССР и США были разработаны аэростатные антенные системы дальней связи.
Но и в мирной жизни аэростаты применяются достаточно широко. Стратостаты, например, оказывают немалую помощь астрономам, поднимая телескопы на такие большие высоты, где прозрачность атмосферы почти идеальна. Первыми такой подъем осуществили американцы в 1957 году, когда стратостат объемом 85000 кубометров поднял телескоп "Стратоскоп-1" на высоту 24 километра. В дальнейшем подобные подъемы осуществлялись и у нас.
Известны в истории воздухоплавания и случаи запуска космических аэростатов. В 1960 году в США был запущен при помощи ракеты-носителя спутник-аэростат связи "Эхо-1". Его выполненная из полиэфирной пленки и покрытая с обеих сторон алюминиевой фольгой оболочка располагалась во время запуска в контейнере в свернутом виде. Внутри нее находились 20 килограммов самовозгорающегося порошка ацетамида. После раскрытия контейнера и нагревания солнечными лучами он превратился в газ и заполнил оболочку. На высоте 1680 километров спутник-аэростат "Эхо-1" просуществовал 9 лет и использовался как радиоотражатель. Аналогичный ему спутник-аэростат "Эхо-2" просуществовал на высоте 1030-1310 километров около 15 лет. Оба эти спутника можно именовать стратостатами - они располагались в самых верхних слоях атмосферы. Используют стратостаты и для других космических нужд: для испытания космических приборов и герметических кабин, для изучения космического излучения, для исследования струйных течений на больших высотах.
А привязные аэростаты широко применяют для самых мирных целей: для трелевки леса, разгрузки судов, в качестве аэростатов-кранов на строительстве плотин, дамб, при разработке карьеров, особенно глубоких. Удобно использовать небольшие аэростаты и для сбора семян с элитных деревьев или кедровых шишек.
В конце 1970-х годов в Киевском общественном КБ воздухоплавания была спроектирована аэростатная тропопаузная ветроэлектростанция (ТВЭС). На высоте 8000-10000 метров, где располагается тропопауза (граница между тропосферой и стратосферой), существуют постоянные ветровые потоки со скоростью 70-100 метров в секунду. Концентрация ветровой энергии на этих высотах в 20-25 раз выше, чем у поверхности Земли. Киевские конструкторы предложили установить на привязном аэростате со стеклопластиковой оболочкой ветроколесо и электрогенераторы, а получаемую энергию передавать по кабель-тросу на Землю. Предполагаемая мощность такой ветростанции должна была составить 1500 кВт, а годовая выработка - около 10 млн. кВт. ч. Проект не был осуществлен.
Последние полтора десятилетия отмечены расцветом спортивного воздухоплавания. Помимо простоты управления и сравнительной дешевизны воздушный шар отличается относительной компактностью: в собранном виде его оболочка вместе с корзиной легко умещаются в прицепе легкового автомобиля. Гелий для спортивных полетов слишком дорог: каждый его кубометр стоит около 50 рублей, а требуется для наполнения оболочки не менее 1000 кубометров. И поскольку газ после посадки приходится выпускать в атмосферу, то на гелиевых аэростатах совершаются лишь уникальные полеты - рекордные и научные - длительностью в несколько суток. Для путешествий же и обычных спортивных полетов используется, как правило, монгольфьер, схема которого приведена на рисунке вверху.
Оболочка его имеет в верхней части так называемый парашютный клапан. Открывается он при помощи шнура управления, конец которого опущен в гондолу. Сама гондола, как и два века назад, изготавливается из ивовых прутьев или тростника, которые обладают хорошими амортизирующими свойствами и выдерживают удары при грубой посадке.
Нагрузку от массы гондолы и ее содержимого передают на ткань оболочки оплетающие ее вертикальные и горизонтальные силовые ленты. Их, так же как и саму оболочку, делают теперь из легких и прочных синтетических материалов. Ткань оболочки обрабатывают так, что она становится воздухонепроницаемой, устойчивой к солнечной радиации и негорючей. Нижняя же часть оболочки - так называемая юбка - выполняется из огнестойких полимерных тканей, способных выдержать температуру до 500 градусов, температура воздуха в оболочке обычно равна 90-100 градусам Цельсия. Поддерживается она при помощи одной или двух горелок, соединенных шлангами с газовыми баллонами, а топливом служит жидкий пропан, бутан или их смесь. Жидкий газ попадает в погруженную в него трубку благодаря давлению насыщенных паров и, пройдя по шлангу и через управляемый пилотом огневой клапан, попадает в испаритель. Здесь он превращается в пар и, смешавшись с воздухом, сгорает в форсунках. Мощность горелок может достигать двух миллионов килокалорий в час. Дежурная горелка горит слабым пламенем постоянно - с тем, чтобы от нее можно было зажечь форсунки.
Газовый баллон вмещает обычно около 35 килограммов пропана, этого достаточно для 45-60 минут полета монгольфьера. Каждый баллон снабжен предохранительным клапаном и манометром. Когда в одном баллоне газ кончается, пилот переключается на другой баллон. Помимо горелок и баллонов в гондоле установлены высотомер, вариометр (измеритель вертикальной скорости), датчик температуры воздуха в оболочке, радиостанция, огнетушитель и аптечка.
Удельная подъемная сила горячего воздуха при температуре 100 градусов Цельсия составляет 0,278 килограмма на кубометр. Это значит, что шар объемом 1500- 2000 кубометров может поднимать полтонны, то есть трех - четырех человек и три - четыре баллона с пропаном. С увеличением же объема шара увеличивается, разумеется, и подъемная сила. В 1988 году в Голландии был поднят монгольфьер объемом 24000 кубометров, его 50 пассажиров размещались в комфортабельной двухпалубной корзине.
На монгольфьерах совершены уникальные полеты: перелет через Атлантический океан, подъем на высоту 18000 метров, готовится облет земного шара за две недели.
Аэростат - это летательный аппарат, он обязательно должен иметь свидетельство о его регистрации и свидетельство годности к полетам, которое выдается сразу после изготовления и продлевается комиссией после налета определенного количества часов. Сами пилоты аэростатов проходят подготовку в воздухоплавательных школах и после прохождения теоретического курса и полетов - сначала с инструктором, а затем самостоятельных - получают соответствующие документы. Ежегодно они проходят медкомиссию и проверку теоретических знаний.
Каждый полет тщательно готовится. Разрабатывается маршрут, который не должен проходить в районах аэропортов, военных объектов и т. п. В органы воздушного надзора сообщаются все данные о полете - дата, место старта, высота и цели полета. После получения разрешения на полет изучаются метеосводки: важно знать не только силу и направление ветра, но и температуру воздуха, высоту облачности, виды осадков. Все это позволяет планировать полет и обеспечить его безопасность.
Развитию воздухоплавания в нашей стране активно содействует Русское воздухоплавательное общество, основанное еще в 1880 году, выпускающее сегодня литературу по аэронавтике, организующее выставки и спортивные соревнования.
Всемирная федерация воздухоплавания проводит чередующиеся чемпионаты мира: в четные годы - для монгольфьеров, в нечетные - для газовых аэростатов. У нас в стране Федерация воздухоплавания была организована в 1990 году и с тех пор провела ряд общероссийских и международных соревнований. Ее члены участвуют в чемпионатах мира и Европы.
Стоит, пожалуй, добавить, что для жителей многих стран, а с некоторых пор и для жителей крупных российских городов уже стали привычными рекламные аэростаты, несущие на своих бортах полотнища или эмблемы рекламодателей, иногда подсвеченные изнутри, снабженные звуковещательными установками, выполненные в виде каких-то забавных фигур. Все чаще городские праздники не обходятся без этих нарядных и важно плавающих в воздухе летательных аппаратов.
Несмотря на свою относительную консервативность, аэростатная техника постоянно совершенствуется и находит воздушным шарам все новые и новые области применения. Тому немало способствуют и разработки отечественных конструкторов из воздухоплавательного центра "Авгуръ", фирм "Интеравиа", ПК "Воздух", "Аэронатц", "Аэроэкология", НПФ "Аэрогипнефо", "Урал-Джиком" и других.
См. в номере на ту же тему
