Потому что водород: причина падения и взлета дирижаблестроения

Недавно Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» получил грант на разработку гибрида дирижабля и самолета, который послужит атмосферной платформой для телеком- и метеорологического оборудования. И это не единичный российский проект. Ученые, правительства, инженеры, активисты и все, кому в целом нравится планета Земля, спешат отказаться от углеводородов в транспорте.

Эпизод первый. Второе пришествие

Дирижаблю нужно гораздо меньше горючего, чем самолету, не нужен аэродром для старта и посадки. Они могут поднять больше груза и быть в воздухе неделями. В отличие от спутников, могут менять свою орбиту, возвращаться для профилактики на землю и снова уходить в небо. В чрезвычайных ситуациях могут прибыть на помощь в любые труднодоступные места и эвакуировать людей. Даже при аварии в воздухе у пассажиров дирижабля несоизмеримо больше шансов остаться в живых, чем в самолете.

Но где флотилии дирижаблей? Почему чудо аэронавтики исчезло с радаров? Вы скажете: авиация сделала ставку на самолеты после череды крушений дирижаблей. Да, о дирижаблях можно снять не один фильм-катастрофу по реальным событиям. Как и о самолетах, которые давно ведут в счете по авариям. Вы скажете: самолеты все равно дешевле и быстрее. Возможно. Но весь мир ставит на электротранспорт, транспорт с минимальным углеродным следом.

Российская компания Aeronova разрабатывает линейку дирижаблей для доставки груза и людей туда, «где дорог нет и в ближайшие десятилетия не появится» (цитируем описание на сайте). Французская Flying Whales тестирует дирижабль LCA60T. В Великобритании после 10 лет разработок компания Hybrid Air Vehicles готовит к выпуску дирижабль Airlander‑10. В Калифорнии LTA Research испытывает жесткий дирижабль Pathfinder‑1, который будет использовать водород в качестве топлива и подъемного газа. То, что когда-то погубило дирижабли, похоже, возродит их.

Эпизод второй. Хотели «Воздушную крепость», а получили «Титаник»

Британский R-101 на момент окончания строительства был самым большим за всю историю воздушным судном. По внутреннему убранству с ним сравнился бы не всякий океанский лайнер или пятизвездочный отель.

Дирижабли серии R (100 и 101) должны были связать с Лондоном удаленные территории империи: Канаду, Индию и Австралию. Пунктом назначения в первом рейсе R‑101 значилась Индия, а точнее Карачи, куда на конференцию собрались главы всех колоний и доминионов Великобритании. Вылет назначили на 4 октября 1930 года. Вечером, в начале седьмого, на борт поднялись министр авиации лорд Кристофер Томсон, директор управления гражданской авиации Сефтон Бранкер, ответственный за программу строительства дирижаблей майор Джордж Скотт и ведущие инженеры воздушного флота Британии.

В воздухе на R‑101 обрушился шквалистый встречный ветер и сильнейший ливень. Оболочка дирижабля намокла и стала гораздо тяжелее. Еще не поздно было вернуться, но Джордж Скотт велел гнать вперед, чтобы быстрее выйти из циклона. R-101 перелетел ЛаМанш и около двух часов ночи в районе города Бове на высоте 300 м, клюнув носом, пошел круто вниз. Экипаж не успел опомниться, как дирижабль врезался в склон холма и водород в баллонах взорвался. Из 54 человек выжили шестеро.

Крушение R‑101 поставило крест на британских дирижаблях. В выводах расследования говорилось о недостаточности испытаний, об амбициях Кристофера Томсона и Джорджа Скотта, о неблагоприятных метеоусловиях, неполадках с двигателем № 5 и ошибке экипажа. Но до сих пор жива теория, что летевший на R‑101 цвет британского аэростроения и крупные чиновники были легкой целью для… да кого угодно — ​политических или деловых конкурентов, врагов империи.

Эпизод третий. Немецкий ремейк

6 мая 1937 года при посадке на базе ВМС США Лейкхерст цеппелин «Гинденбург», краса и гордость Германии, загорелся и рухнул. Погибли 35 из 97 человек на борту и один сотрудник базы. По официальной версии, причина катастрофы — ​утечка водорода и воспламенение из-за статического электричества. По неофициальной — ​бомба на дне баллона под номером четыре, которую заложил техник Эрих Шпель, убежденный коммунист.

«Гинденбург» прославился еще до схода со стапелей в 1936 году. Этот красавец длиной 245 м и диаметром около 41 м был воплощением передовых технологий своего времени. Четыре дизельных двигателя «Даймлер» на 4 тыс. лошадиных сил позволяли развивать скорость до 135 км/ч. Максимальная дальность полета составляла 14 тыс. км. Такой не могли похвастать самолеты.

По роскоши пассажирского салона «Гинденбург» уступал только английскому R-101. Зато там была 15‑метровая смотровая площадка, ресторан с эстрадой, где по вечерам давали концерты. Любители тишины сидели в большом читальном зале. Полет из Германии в США занимал трое суток, поэтому во всех каютах были туалет и ванная с холодной и горячей водой.

Для «Гинденбурга» разработали поистине беспрецедентные меры пожарной безопасности. Всех пассажиров обязывали сдавать спички, свечи, зажигалки и фонарики. Курить можно было только в герметичном салоне с вентиляцией. Все помещения оснастили системой пожаротушения. Экипаж ходил в специальной форме из антистатического материала и в ботинках на пробковой подошве.

Говорят, конструктор Хуго Экенер планировал заполнять баллоны «Гинденбурга» гелием. Но у гелия подъемная сила меньше, чем у водорода. Кубометр водорода может поднять примерно 1,2 кг, гелия — ​около 1,113 кг. Кроме того, единственное разведанное месторождение гелия располагалось в Техасе. После прихода к власти в Германии нацистов США отказались поставлять гелий Берлину. У американцев были вполне понятные опасения. Дирижабли с легкостью превращались в военные воздушные корабли. В Первую мировую войну Штаты защищала удаленность от Европы. Боевые «Гинденбурги» на гелии сводили это преимущество на нет. В отличие от самолетов, они могли висеть в воздухе сколь угодно долго. Даже в случае прямого попадания снаряд поразил бы максимум два баллона из 15. Чтобы удержаться на плаву и спокойно сесть на ремонт (на дирижаблях были мастерские) «Гинденбургу», по расчетам инженеров, достаточно было восьми уцелевших баллонов.

Эпизод четвертый. Конец СССР

На катастрофу с R‑101 в Советском Союзе отреагировали спокойно. Инспектор воздухоплавания Главной инспекции гражданского воздушного флота Григорий Тарапкин обвинил англичан в непрофессионализме. И указал на Германию, откуда советские авиаторы черпали богатый опыт воздухоплавания. Григорий Тарапкин подчеркнул, что катастрофа не должна останавливать развитие дирижаблестроения в СССР. Гибель «Гинденбурга» стала гвоздем в крышку гроба немецкого воздухоплавания. Затем настал черед советского.

Через девять месяцев после трагедии на базе Лейкхерст сгорел наш самый большой дирижабль — ​СССР-В6. 5 февраля 1938 года в 19:35 он вылетел из Москвы на помощь папанинцам. Поздно вечером 6 февраля СССР-В6 внезапно упал в 150 м от вершины горы Небло в Мурманской области. 13 из 19 членов экипажа погибли, трое получили ранения, еще трое отделались ссадинами.

Катастрофа вызвала огромный резонанс. Газета «Правда» писала о ней в шести номерах подряд. После этого программу постройки дирижаблей в СССР свернули.

Эпизод пятый. Назад в будущее

Парадоксально, но дирижабли не стали архаикой. О них то и дело вспоминали в контексте революционных технологий эпохи атома.

В 1948 году иллюстратор Фрэнк Тинсли уже представлял, как могут выглядеть дирижабли с ядерными ракетами. В марте 1956 года он написал и проиллюстрировал статью для Mechanix Illustrated, в которой предложил правительству США построить дирижабль с атомным двигателем.

В 1957 году University of Illinois Press издало книгу Эдвина Дж. Киршнера «Цеппелин в атомную эру».

Наиболее известным проектом атомного дирижабля был «корабль Морзе». В 1964 году его представил профессор аэронавтики и бывший инженер Goodyear Фрэнсис Морзе. (Кстати, Goodyear построила 250 дирижаблей.) Длина корабля — ​350 м, грузоподъемность — ​150 т. Мощность двигателя — ​6 тыс. лошадиных сил. Силовая установка — ​ядерный реактор General Electric.

В 1964 году вице-президент АН СССР Михаил Миллионщиков утвердил научный отчет «К вопросу использования атомных силовых установок в дирижаблестроении». В документе говорилось, что по всем тактико-техническим параметрам дирижабли с ядерными энергетическими установками значительно превосходят дирижабли с двигателями на обычном органическом топливе.

В 1971 году в научно-популярном журнале «Техника — ​молодежи» вышла футуристическая статья кандидата технических наук Геннадия Нестеренко. Он рассчитал, что дирижабль на гелии с ядерным реактором мощностью 200 МВт имел бы практически неограниченную дальность полета и мог бы развивать скорость 300 км/ч. Машина длиной 300 м и диаметром 60 м могла бы поднимать около 200 т груза или около 1,8 тыс. человек с багажом. Движение обеспечивали бы 20‑метровые винты. Кроме того, дирижабль мог бы вообще не садиться, чтобы избежать болтанки в приземном слое. Для связи с землей использовался бы вертолет или самолет (ангар на дирижабле тоже бы был).

В 1999 году Aerostation, журнал Ассоциации конструкторов воздушных шаров и дирижаблей, посвятил теме атомных дирижаблей целый выпуск.

Как видим, энтузиасты были и есть. Говорят, Сергей Брин, основатель калифорнийского стартапа LTA Research, — ​фанат дирижаблей. Как граф Фердинанд фон Цеппелин, который строил первые дирижабли, когда и промышленные круги, и правительство не верили в его успех.

Контекст

Ученые Инжинирингового центра НИЯУ «МИФИ», чей проект получил поддержку Фонда национальной технологической инициативы, предлагают создать гибрид дирижабля и самолета для расширения телеком-инфраструктуры. Концепт имеет достоинства аппаратов легче воздуха (нулевая плавучесть в стратосфере — ​нет необходимости расходовать энергию на поддержание полета) и обладает аэродинамическими качествами аппаратов самолетного типа, позволяющими противостоять сильным ветрам с минимальными энергетическими затратами.

В рамках гранта планируется выпуск двух полноразмерных летных образцов и в перспективе — ​линейки высотных атмосферных платформ.

Платформа легкого класса будет представлять собой самолет с высоким аэродинамическим качеством и автономностью до пяти суток.

Платформа среднего класса — ​это «летающее крыло» с эффективной дизельной системой и автономностью до двух недель.

Платформа тяжелого класса предназначена для развертывания в стратосфере, имеет нулевую плавучесть и криогенную силовую установку, что делает ее принципиально новым решением на рынке беспилотных летательных средств.

Легкая платформа, более простая по устройству, будет готова к апробации уже к 2026 году.

Источник: mephi.ru