Текст книги "Циолковский. Жизнь и технические идеи"
Автор книги: Яков Перельман
Жанр:
Биографии и мемуары
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц)
ТЕХНИЧЕСКИЕ ИДЕИ
-
ДИРИЖАБЛЬ[9]9
Настоящая глава просмотрена в рукописи специалистом по дирижаблям, профессором воздухоплавания А. Г. Воробьевым.
[Закрыть]
«Человек проникнет во все страны, заселит все пустыни, использует все богатства Земли, так как сообщение станет удобным, быстрым, дешевым и приятным».
ЦИОЛКОВСКИЙ
Дирижабль и ракета
ирижабль и ракета – этими двумя словами определяется то основное, что внес Циолковский в инвентарь технических идей человечества. Здесь перед нами не два единичных изобретения, а два обширных изобретательских комплекса, группирующихся один – вокруг дирижабля нового типа, другой – вокруг ракеты, преображенной в ракетный корабль. Работая над своим дирижаблем, над ракетным кораблем, Циолковский попутно разрешил длинный ряд частных технических задач, примыкающих к основным проблемам, но являющихся в сущности самостоятельными изобретениями. Если бы каждую из своих технических идей Циолковский закреплял за собой патентом, как поступал предприимчивый и практичный Эдисон, то наш изобретатель оказался бы, вероятно, обладателем не меньшего количества разнообразных патентов, чем его американский собрат.
Сейчас мы приступаем к изложению сущности этих главных технических замыслов Циолковского, имеющих в наши дни наибольшее значение. Но прежде мы должны сказать несколько слов об одном связанном с ними распространенном заблуждении. Нередко, говоря о заслугах Циолковского, отождествляют его дирижабль с ракетным кораблем, наивно думая, что полет в мировое пространство должен осуществиться на металлическом дирижабле особого устройства. Между тем это две совершенно различные идеи, у которых только то общее, что автор их одно лицо. Дирижабль предназначается для полетов в атмосфере и вовсе не способен двигаться за пределами ее плотной части. Напротив, ракета должна служить именно для вылета из нижних, плотных слоев атмосферы в ее разреженные области, а затем и в окружающее безвоздушное мировое пространство.
«Самый удобный путь – воздушный. Он кратчайший, не замерзает, не требует ремонта, наиболее безопасен, существует для всей суши и всех морей».
Так кратко, но выпукло определяет Циолковский преимущества воздушного транспорта. Двигаться в воздухе можно двумя способами: на аппаратах тяжелее воздуха – самолетах[10]10
О других летательных аппаратах тяжелее воздуха не упомянуто здесь потому, что одни из них (геликоптеры, автожиры) еще мало употребительны на практике, другие (планеры) имеют весьма ограниченную область применения.
[Закрыть] и на аппаратах легче воздуха – дирижаблях. Чему же – самолету или дирижаблю – надо отдать предпочтение?
Сопоставим дирижабль с самолетом. Дирижабль плавает в атмосфере, как рыба плавает в воде. Он держится в воздухе согласно общеизвестному закону Архимеда: вес всего воздушного корабля вместе c наполняющим его газом равен весу воздуха, который дирижаблем вытесняется. Поэтому дирижабль не падает даже и тогда, когда моторы его остановлены. Самолет же, напротив, может держаться в воздухе лишь до тех пор, пока работает двигатель, быстро неся его вперед; он подобен не рыбе в воде, а птице в воздухе. В случае порчи мотора самолета, летчик спешит особым маневром снизиться на землю, иначе машина упадет сама и разобьется.
Это, по мнению Циолковского (уже устарелому и не соответствующему новейшей технике), не единственное преимущество дирижабля над самолетом. В смысле, например, расхода горючего воздушный корабль выгоднее аэроплана. Далее, чтобы взлететь вверх или спуститься, дирижабль не требует особой площадки для разбега, какая необходима для самолета. Скорость дирижабля можно менять: он может плыть и быстро, и как угодно медленно, способен даже совсем останавливаться, вися неподвижно в воздухе; самолет же, как уже сказано, при медленном движении падает вниз. Грузоподъемность дирижабля и радиус его действия значительно больше, чем для самолета. Воздушный корабль, по сравнению с аэропланом, имеет более плавный ход и предоставляет своим пассажирам бòльшие удобства. Укажем хотя бы на отсутствие в гондоле дирижабля оглушающего шума моторов, который в самолете только теперь начинает устраняться разными приспособлениями.
В противовес всему этому, самолет берет верх над дирижаблем своей большей быстротой, раза в 1½–2 и более превышающей среднюю скорость воздушного корабля. Еще важнее то, что аэроплан значительно, в десятки и сотни раз, дешевле дирижабля. Помещения для самолетов (ангары) также гораздо дешевле помещений для дирижабля (элингов). Эти преимущества, а особенно разнообразное военное применение самолетов выдвинули их на первое место в современном воздушном транспорте. Однако, как средству сообщения на больших расстояниях, первенство безусловно должно принадлежать дирижаблям при условии, что будет удешевлено их сооружение и усовершенствована их конструкция. В будущем, – таково давнее убеждение Циолковского, разделяемое теперь многими сведущими специалистами, – дирижабль станет успешно дополнять другие виды воздушного, наземного и водного транспорта.
Отметим основные условия, которым должен удовлетворять дирижабль, чтобы быть подлинно управляемым.
Первое требование относится к его двигателю: он должен обеспечить воздушному кораблю возможность перемещаться в любом направлении против ветра. Для этого сообщаемая двигателем скорость должна быть не меньше скорости наиболее сильного ветра, т. е. во всяком случае достигать 25 метров в секунду. Само собою разумеется, что при значительной мощности двигатель должен быть по возможности легковесным.
Второе требование относится к форме дирижабля. Оболочка ею должна быть не шарообразная, как у аэростатов неуправляемых, а вытянутая, рыбообразная, потому что только при такой форме достигается надлежащее уменьшение воздушного сопротивления. Рыбообразная форма оболочки дирижабля не должна нарушаться вследствие неизбежной потери газа, иначе дирижаблю угрожает опасность повернуться и занять отвесное положение.
Наиболее совершенные воздушные корабли нашего времени – так называемые «цеппелины». Самый крупный и быстроходный из них – недавно (1936) сооруженный и испытанный в полете германский дирижабль «Гинденбург», величайшее воздушное судно во всем мире. Почти в четверть километра длиною и свыше 40 метров в поперечнике, оно обладает объемом без малого в 200 000 м3. Кому пришлось видеть цеппелины, пролетавшие через территорию нашего Союза (например LZ-127), тот, глядя на металлический блеск оболочки реющего в воздухе гиганта, легко мог заключить, что оболочка корабля целиком алюминиевая. Это впечатление обманчиво; из алюминиевого сплава, дюралюминия, делается в цеппелинах только остов; оболочка же, обтягивающая каркас, изготовлена из хлопчатобумажной ткани, покрытой алюминиевой краской, чтобы оградить ткань от порчи на воздухе и предохранить газ внутри оболочки от нежелательного нагревания солнечными лучами (металлическая окраска хорошо отражает лучи солнца).
Корабль-исполин «Гинденбург» превосходно служит своей цели. В двое суток он доставил 50 пассажиров и 25 тонн груза из Германии в Южную Америку, причем пассажиры во время перелета обставлены были таким комфортом, какой имеется лишь в лучших гостиницах. Цеппелины не раз уже выполняли ответственные задачи и блестяще доказали отличные качества этого транспортного средства. Между тем, когда идея подобного воздушного корабля была высказана впервые, она встречена была насмешками, как вздорная фантазия. Поучительная история первых цеппелинов поможет нам правильнее оценить заслуги Циолковского в изобретении дирижабля.
Изобретатель цеппелинов, германский генерал-лейтенант, граф Фердинанд Цеппелин, поставил целью своей жизни сооружение мощного воздушного крейсера, пригодного для глубокой разведки и могущего нести большие запасы бомб для поражения неприятельской территории. В 1900 г. первый «цеппелин», в 128 метров длиною, сооруженный на средства специального акционерного общества и при поддержке вюртембергского короля, готов. Летая над Боденским озером, на берегу которого он был построен, дирижабль показывает удовлетворительные летные качества, но при спуске на воду терпит аварию. Это расхолаживает акционеров, и компания распадается. В довершение неудач буря сносит и разрушает плавучий элинг дирижабля.
Тогда организуется добровольный сбор денег (в котором щедро участвует и вюртембергский король), и через несколько лет граф Цеппелин сооружает уже свой второй дирижабль. Торжество длится недолго: «Цеппелин № 2» погибает в борьбе с бурей.
Спустя год готов «Цеппелин № 3» с более мощными моторами. Этому кораблю суждено было преодолеть недоверие. Государство приходит Цеппелину на помощь: приобретает его новый дирижабль за 2½ миллиона марок и отпускает изобретателю средства на дальнейшую работу.
Циолковский опередил графа Цеппелина не только во времени, опубликовав свой проект раньше, чем был составлен, проект первого цеппелина; он опередил немецкого изобретателя и по существу – по качеству предлагаемого изобретения. Главные особенности дирижабля Циолковского, отличающие его от воздушных кораблей всех существующих систем, состоят, коротко говоря, в следующем:
1. Он обладает оболочкой, сделанной целиком из металла.
2. Оболочка эта может менять свой объем, не утрачивая при этом «обтекаемой» формы.
3. Дирижабль имеет температурное управление.
Разъясним смысл и значение этих трех особенностей.
Цеппелин, как уже сказано, не имеет металлической оболочки; он состоит лишь из металлического каркаса, обтянутого материей. Ему придается «обтекаемая» форма, т. е. такая, при которой он легко перемещается в воздухе, встречая с его стороны сравнительно небольшое сопротивление. «Однако, – замечает Циолковский, – форма эта сохраняется очень сложным, дорого стоящим металлическим каркасом. Достаточно взглянуть на иллюстрацию цеппелиновских верфей с строящимся там каркасом, чтобы ужаснуться сложности и дороговизне сооружения. Каркас разделен проволочными сетками на 15–20 отделений („Гинденбург“ – на 17 отсеков), содержащих обыкновенные шары[11]11
Матерчатые баллоны.
[Закрыть] с гелием (или водородом). Кроме того, там же помещаются мешки с горючим газом для двигателей. И еще остается обширное пространство, занятое воздухом. Весь каркас обтянут одним или двумя слоями брезента». В таких дирижаблях – их называют «жесткими» – подъемный газ не наполняет наружную оболочку непосредственно, а заключен в особые газовые камеры, в «баллоны», из органического материала, находящиеся внутри каркаса. Объем и форма наружной оболочки остаются неизменными благодаря наличию прочного каркаса.
Совершенно иначе будет устроен воздушный корабль Циолковского. Прежде всего – это дирижабль цельнометаллический[12]12
В самые последние годы в США было построено два дирижабля также с металлической оболочкой (Эпсона и Слейта). Но они не могут считаться цельнометаллическими, так как внутри их корпуса имеются матерчатые баллонеты. От дирижабля Циолковского они отличаются еще тем, что металлическая их оболочка укреплена на каркасе из ряда кольцевых шпангоутов (а у Эпсона также из продольных стрингеров).
[Закрыть], т. е. имеющий оболочку, целиком сделанную из металла. Каркаса нет; жесткость конструкций обусловлена не внутренними опорами, а давлением газа, наполняющего оболочку. При всем этом объем оболочки корабля Циолковского – и в этом главная особенность проекта – легко изменяется, вследствие чего величину подъемной силы дирижабля возможно поддерживать неизменной.
Схема цельнометаллического дирижабля Циолковского. (Блочное стягивание. Трубы для нагревания газа. Нижнее основание с прилегающими к нему камерами, с валами для наматывания тросов блочной системы. Гондола. Рули. Моторы с гребными, винтами. Ряд окон.)
Чтобы представить себе наглядно форму оболочки корабля Циолковского и понять, как может металлический мешок изменять свою вместимость, вообразите плоский, очень длинный чемодан, суживающийся к концам. Стенки чемодана сделаны из листов волнистого металла. Боковины соединены с основаниями шарнирами. Благодаря этим особенностям, подобный металлический мешок может плавно изменять объем и форму в зависимости от превышения давления наполняющего его газа над давлением воздуха снаружи. Когда это превышение понижается, боковые стенки сближаются; когда оно повышается – бока раздаются, объем увеличивается. «Изменение его формы и объема не сопровождается при этом, – говорит Циолковский, – образованием складок, неправильностей и увеличением сопротивления воздуха при поступательном движении воздушного корабля».
Поперечное сечение оболочки дирижабля Циолковского в нераздутом и раздутом виде.
Весьма существенная особенность дирижабля Циолковского, возможная только благодаря металлической, а не матерчатой оболочке, – регулирование температуры газа, наполняющего аэростат. Достигается это следующим образом. «Продукты горения из моторов устремляются в трубу, откуда часть их направляется внутрь оболочки по металлической трубе, нагревает легкий газ и самую оболочку и тогда уже выходит наружу. Прочая же часть продуктов горения направляется в другую трубу и выходит непосредственно в атмосферу. Заслонка, приводимая в движение рукою пилота, более или менее закрывает или открывает отверстие в одну из труб, открывая или закрывая в то же время отверстие другой трубы. Обыкновенно оба отверстия частью прикрыты, так что в оболочке устанавливается некоторая средняя температура, например, в 30°; передвигая заслонку, эту температуру можно понизить до температуры наружного воздуха или повысить до 60°. Нагревание это и охлаждение ничего не стоят, так как совершаются продуктами горения, которые выбрасываются моторами, служащими для поступательного движения дирижабля».
Продольное сечение дирижабля Циолковского на 200 человек. Пропорциональный чертеж.
Изменения температуры газа, раздувая или сжимая оболочку, заставляют тем самым дирижабль подниматься или опускаться.
Не останавливаясь на второстепенных подробностях устройства, отметим ценные преимущества дирижабля Циолковского:
1. Несгораемость. Ни в оболочке, ни в гондоле нет ничего воспламеняемого. «Газ (водород) сам по себе не дает взрывов, а только горюч. Если бы образовались небольшие отверстия в оболочке и случайно загорелся выходящий газ, то получился бы ряд спокойных огней, обращенных наружу, так как превышение давления изнутри препятствовало бы воздуху входить в оболочку; смешения водорода с воздухом не будет, не последует и взрыва. Оболочка не загорится, не расплавится, а только будет гореть газ. Дирижабль будет спокойно снижаться, теряя понемногу подъемную силу». Как непохоже это на картину катастрофы и неизбежной паники при пожаре на современных дирижаблях, когда в несколько минут воздушный корабль охватывается пламенем и гибнет! Так было с дирижаблем Цеппелина в 1908 г., с итальянским дирижаблем «Рома», похоронившим в 1922 г. при взрыве 34 человека, и с английским дирижаблем «R 101», который в 1930 г. сгорел с 45 людьми.
Опасность пожара на дирижабле существует всегда; он может возникнуть даже от электрической искры, вызванной трением или атмосферным электричеством. «Мягкие части шаров, – говорит Циолковский, – то сжимаясь, то расширяясь, трутся друг о друга и могут дать электрическую искру, зажигающую газообразное горючее. Огневые моторы, бензин или нефть, неосторожность команды или пассажиров также грозят гибелью от пожара».
Наполнение дирижабля, вместо горючего водорода, негорючим гелием не обеспечивает существующие корабли от опасности воспламенения, так как в оболочке имеются запасы газообразного горючего, воздух и легко загорающиеся перепонки. От всего этого будет свободен дирижабль Циолковского.
2. Непроницаемость. Металлическому дирижаблю нечего опасаться потерять подъемную силу из-за утраты газа (неизбежно просачивающегося через неметаллическую оболочку). Поэтому «буря, ураган, вихри, непогода, невозможность спуска на землю – не страшны: всегда можно подняться в спокойные слои атмосферы, где хороша погода и безмятежно светит солнце. В этих высотах можно пробыть сколько угодно и спуститься в благоприятное время в благоприятном месте совершенно безопасно».
Напомним еще раз, что опасность воспламенения представляет не чистый водород, а водород, смешанный с кислородом воздуха.
3. Негигроскопичность металлической оболочки, т. е. неспособность ее впитывать влагу. Благодаря этому воздушный корабль Циолковского не будет утяжеляться от дождя или влаги в воздухе.
4. Долговечность. Стальная оболочка, надлежаще обработанная, может служить неопределенно долго. «Металлические оболочки больших дирижаблей почти вечны».
5. Дешевизна. Стальная оболочка в несколько раз дешевле прорезиненной ткани. Принимая же во внимание большую долговечность, огнестойкость и т. д., надо признать металлический дирижабль дешевле в тысячу раз. «Перевозка грузов и людей на моих дирижаблях, – пишет Циолковский, – оказывается по расчетам в десятки раз дешевле, чем на железных дорогах и пароходах».
6. Прочность. Крепость материала допускает сооружение дирижаблей очень значительного размера, способных поднять население целого города.
7. Блестящая металлическая оболочка мало нагревается от солнца и меньше охлаждается от ночного лучеиспускания. Это имеет огромное значение: перемена температуры газа, наполняющего обыкновенный дирижабль, заставляет его то подниматься, то опускаться; чтобы этому противодействовать, приходится либо выпускать дорого стоящий газ, либо же выбрасывать балласт, которым, следовательно, надо запастись в достаточном количестве (это уменьшает полезную грузоподъемность дирижабля).
8. Подогревание газа. Мы уже говорили, как оно достигается; здесь же отметим, что, по указаниям изобретателя:
а) высокая температура увеличивает подъемную силу газа;
б) она же не дает намерзать и застаиваться воде и снегу на оболочке при путешествии зимой или в полярных странах;
в) изменение температуры позволяет изменять и подъемную силу дирижабля в широких пределах. Так, можно снять на землю всех пассажиров или все полезные грузы (во всяком случае, некоторую часть их), и дирижабль не устремится бомбой в облака: искусственное понижение температуры газа, которое возможно осуществлять в дирижабле Циолковского, будет действовать, как утяжеление, и заставит его сохранять устойчивость;
г) изменение подъемной силы дает возможность дирижаблю подниматься и опускаться без потери газа и балласта, а также
д) бороться с естественным колебанием температуры газа от действия солнца и других причин. Когда, например, газ нагревается солнечными лучами, температуру искусственно понижают, и стремление дирижабля кверху парализуется.
Дополним сказанное перечнем следующих основных положений «Проекта металлического дирижабля на 40 человек» (1930 г.):
Цельнометаллический, дешевый, крепкий материал. Нет потери газа. Долговечность. Изменчивость объема без нарушения плавности формы, прочности и сохранности оболочки. Простота конструкции. Наполнение водородом без предварительного поднятия. Отсутствие верфи и ангара для хранения. Ненадобность причальной башни, так как дирижабль, не имея каркаса, упруг (достаточно невысокой мачты). Ненадобность воздушных отделений и перегородок. Подогревание внутренности продуктами горения и естественное ее охлаждение избавляет от необходимости запасать балласт и терять газ. Успешная борьба с метеорологическими влияниями. Ничего не стоящее изменение высоты удаляет от бурь, гроз, качки. Двигатели, воздушный винт и пр. устроены приблизительно так, как у обычных дирижаблей.
Этот ряд преимуществ цельнометаллического дирижабля поучительно сопоставить с перечнем недостатков воздушных кораблей существующих конструкций, сделанным Циолковским (1918 г.):
Дороговизна прорезиненной ткани и всего аппарата.
Чрезвычайная ломкость дирижабля при спусках.
Недолговечность ткани, которая делается скоро негодной от порчи резины, пропускающей газ.
Громадная потеря водорода через диффузию (проникновение сквозь оболочку) и в особенности при борьбе с влиянием солнца (нагревание) и других элементов погоды. Обременяющий балласт. Сложность и нежность конструкции.
Большое сопротивление воздуха от оперения, тяжей и от оболочки неправильной формы, с неизбежными складками; отсюда – недостаточная скорость поступательного движения или же громадная энергия моторов и несоразмерно большой расход топлива. Ужасающая опасность от огня.
Опасность смешения газа с воздухом и возможность взрыва; трущиеся части дирижабля дают незаметную с гондолы электрическую искру, которая и воспламеняет просачивающийся кое-где водород; за ним тотчас же загорается оболочка, а иногда получается и взрыв смеси газов. Наконец – малая грузоподъемность.
От перечисленных недостатков свободен дирижабль Циолковского. При всем том, как уже отмечено, проектируемые им воздушные корабли, когда будет освоен технологический процесс их сооружения, будут дешевы, расходы быстро окупятся при эксплуатации. Выгоды так велики, что дирижабль, как остроумно замечает Циолковский, окупился бы даже, если оболочка его была бы серебряная или золотая. «Сделайте серебряный аэростат, и он вам будет давать 100 % чистой прибыли на затраченный капитал; даже аэростат из червонного золота даст приличный процент!» – говорит он в своем «Простом учении о воздушном корабле» и подтверждает сказанное примерной сметой.
