Начало начал
Русский философ и историк Иван Ильин как-то заметил: «На протяжении веков вся беда наша, вся отсталость наша состояла в том, что судьба навязывала нам немыслимое изобилие – обилие пространств, племен и людей, и не давала времени для того, чтобы проработать это обилие, владеть им, извлечь из него скрытые силы».
Для освоения пространств и земных богатств задумывались и в царской России. Сделать это помог бы проект с использованием дирижаблей. Но на заре развития теории и практики дирижаблестроения наша Империя только просыпалась и осваивалась. Даже глядя со стороны наши учёные вносили передовые идеи, которые затем и пытались продвинуть.
Как 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.
Печальная история дирижаблестроения в 1920–1930-е годы показывает, что основными причинами гибели дирижаблей было использование взрывоопасного водорода (теперь – гелий) и полеты в сложных погодных условиях, которые присущи Западной Арктике (в таких условиях разбился 5 февраля 1938 года на Кольском полуострове последний советский грузовой дирижабль-исполин В-6, спешивший на помощь папанинцам). Вспомним и катастрофу дирижабля «Италия» на пути к Северному полюсу в 1928 году. Эпоха классических дирижаблей закончилась с гибелью дирижабля "Гинденбург" в 1937 году. Кстати, с участием руководителя этой экспедиции, генерала и конструктора Умберто Нобиле, в 1932 году в подмосковном городе Долгопрудный было открыто предприятие «Дирижаблестрой», которое было законсервировано в 1940 году.
Затем были годы войны, перепрофилирования производства на производство авиационной и военной техники. 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.
Но и здесь до последнего времени реализация сравнительно простой идеи на практике оказалась весьма нетривиальной. Еще в 1980-х Геннадий Верба и Игорь Пастернак создали кооператив с целью реализации подобной схемы. Однако впоследствии пути конструкторов разошлись: Пастернак создал компанию Worldwide Aeros в США, а Верба вернулся в Россию и возглавил «Авгуръ — РосАэроСистемы». Длительное время обе компании выживали одним и тем же способом, делая небольшие мягкие дирижабли, часто применяемые для рекламы или визуального мониторинга поверхности.
Такие машины, за счет отсутствия жесткой оболочки, эффективно действуют только в хорошую погоду, когда ветер не угрожает смять их оболочку, нарушив управляемость. Понятно, что летательный аппарат «для хорошей погоды» не может стать универсальным транспортным средством, да и сделать их большими просто невозможно.
Два в одном
Одно из перспективных направлений - гибридный дирижабль, является комбинацией аэростата с самолётом или винтокрылым летательным аппаратом. Их развитие связано с попыткой получить более высокие аэродинамические характеристики чем у классических управляемых аэростатов Они тяжелее воздуха. Форма их оболочки имеет принцип самолетного крыла, создающего подъемную силу при движении в ламинарном потоке по закону Бернулли.
Россия сосредотачивается
Принятие окончательных решений в дирижаблестроении будет, очевидно тоже комбинированным, опирающимся на мощный экономический анализ. Страны, развивающие эту отрасль реализуют коммерческое и военно-стратегическое направления. Наши просторы, при отсутствии эффективных дорог, особенно в Сибири, Заполярье, Дальнем Востоке, при освоении Арктики и в стратосфере просто нуждаются в подобном виде транспорта. При этом сложились неплохие технические возможности.
Ещё некогда уникальный газ гелий сегодня широко используют в различных отраслях науки и техники. Гелий встречается в составе природного газа от 0,1 до 1,0%. от объёма. Мировые запасы гелия составляют 45,6 млрд м³. Используется абсолютно безопасный во всех отношениях гелий, получение которого возможно на месторождениях на Юге Урала в Восточной Сибири. Добывается он и с помощью установок разделения воздуха. Подъемная сила гелия на 7–8% ниже, чем у водорода, зато он безопасен. С развитием дирижаблестроения станет рентабельной и добыча гелия, запасы которого в России составляют 9,2 млрд. куб. м (треть мирового объема и второе место после США, где его запасы составляют 13 млрд. куб. м). При этом для заполнения дирижаблей не нужен чистый гелий, вполне достаточно подвергнуть его частичной сепарации после добычи вместе с природным газом, что не является капиталоемкой процедурой. Для перевозки жидкого гелия применяются специальные транспортные сосуды Дьюара объёмом 10, 25, 40, 250 и 500 литров.
При этом для заполнения дирижаблей не нужен чистый гелий, вполне достаточно подвергнуть его частичной сепарации после добычи вместе с природным газом, что не является капиталоемкой процедурой.
Другая техническая причина отказа от дирижаблей – недостаточная газоплотность материалов оболочки. Этот недостаток легко устранить посредством использования арамидного суперволокна, которое используют в качестве основы в композиционных материалах для авиа- и ракетостроения, а также для бронежилетов.
Отсутствие на прежних дирижаблях надежного навигационного оборудования также легко восполнимо использованием навигационного оборудования самолетов, включая радиолокационное, ввиду отсутствия ограничений по габаритам.
Расчет и экономические реалии
Эффективность дирижабля зависит от его размеров. Один кубометр гелия при обычном атмосферном давлении обеспечивает подъем 1 кг груза. Значит, для подъема одной тонны полезной нагрузки (с учетом веса дирижабля) требуется наполнить оболочку 20 тыс. куб. м гелия. Так что рентабельный грузовой дирижабль по определению должен быть крупным. Только летательный аппарат с объемом не менее 60 тыс. куб. м может поднять вес от 12–15 тонн (вес грузового контейнера). Довоенный немецкий дирижабль LZ-130 «Цеппелин» при объеме 190 тыс. куб. м и длине 248 м мог поднять 80 тонн груза и имел скорость 135 км/час.
Рейс дирижабля с Северного Кавказа, например, до Норильска при коммерческой скорости 120 км/ч займет около 48 часов. Затраты на наземное оборудование для причаливания дирижаблей в местах разгрузки несопоставимо ниже расходов на строительство аэродромов. Поэтому таких пунктов в Сибири и на Крайнем Севере может быть десятки. Также несложные математические расчеты показывают, что для налаживания поставок продовольствия, например, в Норильск необходимо построить около 100–150 дирижаблей, что по затратам сопоставимо с постройкой одного Ил-76Т.
Иным образом использовать дирижабли предполагало Министерство обороны СССР. Разработанные в 1979–1983 годах под руководством лауреата Ленинской премии И.А.Эрлиха на Ухтомском вертолетном заводе гибридные дирижабли (аэролеты) предполагалось применять для перевозки блоков буровых и компрессорных станций, опор ЛЭП в сборе, мостовых и трубопроводных конструкций.
В процессе проектирования аэролета был разработан план размещения воздухоплавательных региональных баз в некоторых перспективных отдаленных районах России. Экономисты подсчитали, что стоимость одного тонно-километра аэролета могла бы быть более чем вдвое ниже, чем у современного транспортного вертолета.
Материалы для статьи взяты из открытых источников.
