Удивительная история аэронавтики от дымного шара до паровой ракеты

Военная служба

Давайте задержимся ненадолго в 1784 г. Год, удачно расположившийся на ленте истории аккурат между первым взлётом человека в небо под самый конец предшествующего 1783 г и успешным перелётом через Ла-Манш в самом начале последующего 1785 г. Год, когда в небо устремились многие. Включая даже женщин.

Определённо во Франции то был год взлёта той самой пассионарности, о которой рассуждал Гумилёв в своей теории этногенеза. И можно с его теорией не соглашаться, можно спорить, она ведь на то и теория, чтоб быть подвергнутой строгой научной всесторонней проверке. Но вот чего отрицать невозможно – так это как французы устремились в небо в 1784 г.

Но то был не только год, когда женщина впервые поднялась в небо, но и ещё кое-что произошло – а именно изобретение дирижабля. Да-да, дирижабль, то есть самодвижущийся аэростат был изобретён всего через год после того как было доказано, что полёт не представляет опасности для человека.

Изобретён, да. Но ещё не построен.

В тот год военный инженер Мёнье (Jean-Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place) представил проект в Парижской академии – тогдашнем центре научного мира. Дирижабль по проекту должен был иметь:

– веретенообразный баллон – для уменьшения лобового сопротивления

– килевую балку – для придания баллону жёсткости от поперечного ветра

– воздушные винты – в качестве движителя

Что касается воздушных винтов, то вспомните про ветряные мельницы. Оказывается, человечество уже много веков имело все компоненты, чтоб собрать из них первый настоящий воздушный корабль.

Ах да, двигатель. А в качестве двигателя будущий генерал предлагал посадить 80 человек, которые крутили бы винты вручную, совсем как на галерах того времени. Вот это, пожалуй, было единственным препятствием, поскольку аэростаты такого размера, чтоб поднять аж 80 человек разом, станут строить лет этак через 70.

Хотя вспомним ещё раз: в следующем 1785 г полетят аэростаты с воздушными винтами. И не один. Но увы, благосклонности публики они почему-то не смогут снискать – и о воздушных винтах забудут надолго. А без них – никаких дирижаблей.

А жаль, ведь мы видим: технических препятствий для создания первого дирижабля уже в 1784 году не было.

Пока же пассионарность бурлит, и не будучи направленной на созидание, обращается к разрушению. Франция докатилась до политических кризисов, в 1789 г вылившихся в революцию. Для науки революция стала временем перемен, была введена метрическая система наконец-то оторванная от привязки к расстоянию от кончика носа до пальцев вытянутой руки английского монарха – именно таков был эталон ярда. Но теперь ярд заменили метром, а фунт килограммом.

Но и во власть пришли новые люди. Ну знаете, эти новые люди во власти, это же всегда к лучшему… или нет?

Одним из новых людей при власти оказался Жан-Поль Мара (Jean-Paul Marat). Тот самый, в честь коего много позже был назван советский линкор, героически оборонявший Ленинград. Потому мы привыкли произносить его фамилию как Марат. С юности он страстно увлекался естественными науками. Да только в тех науках был он самоучкой, академического образования так и не получил. Правда, умом обладал незаурядным, и успехов в своём обучении достиг. Так пока жил в Англии (а он там прожил 11 лет), Эдинбургский университет присудил ему диплом почётного доктора медицины. И было за что присудить, ведь за успешную борьбу с эпидемией его удостоили звания почётного гражданина города Ньюкасл. А с престижным дипломом, вернувшись во Францию, будущий вождь Французской революции, как ни странно, устроился лейб-медиком к графу д'Атруа (d’Artois), брату правящего Людовика XVI, и самому впоследствии занявшему престол под именем Карла X. При хорошем жаловании, проживая в аристократическом Сен-Жерме, деятельный Марат устроил в своём доме лабораторию, а итогом его изысканий стала книга «Мемуар о лечебном электричестве» – между прочим сей трактат был удостоен премии Руанской академии.

Но вот Парижская академия…

Сказывают, юный Гитлер был художником, и как поговаривают иные люди, быть может, кабы его талант своевременно признали… Увы, история не знает сослагательного наклонения.

Самая престижная академия мира XVIII века признавать самоучку Марата собратом-учёным не желала. Дошло до того, что однажды профессор Шарль, тот самый изобретатель наполненного водородом аэростата, читая публичную лекцию в Лувре, внезапно весьма резко обрушился на Марата и его писания. Но Марат, как мы понимаем, будучи лейб-медиком наследника престола, тоже был вхож в Лувр. И надо ж такому случиться, как раз заглянул послушать Шарля. И услышал совсем не то, чего желал бы. В гневе он потребовал объяснений, а затем и выхватив шпагу, бросился на обидчика… Да Шарль оказался вовсе не кабинетным размазнёй. Он обезоружил Марата, да и вытолкал взашей.

Тогда Марат вызвал Шарля на дуэль… Но, помятуя о ловкости своего противника, схитрил и сам же обратился в полицию. Полиция пресекла дуэль, но правда с Шарля потребовали объяснений. И тот был вынужден письменно утверждать, что критиковал только научны взгляды Марата, но ни в коем случае не личность лейб-медика уважаемого брата правящего монарха.

Эта стычка лишь ещё более сплотила французских учёных против Марата. Так что они дружно отсоветовали испанскому посланнику приглашать Марата на должность президента Мадридской академии наук.

Ну и поди смеялись над самоучкой.

Зато когда Марат сам оказался у власти во Франции, то сперва, в 1791 г уже после взятия Бастилии, сочинил памфлет «Современные шарлатаны или Письма об академическом шарлатанстве» – аж на 40 страниц, где зло высмеял и Шарля, и д'Аламбера, и Лавуазье… да в общем всех. А через год, по настоянию Марата, все французские академии и научные общества были распущены.

Впрочем, ненадолго. Шарль пережил Марата и позже стал президентом той самой Парижской академии наук. Ну а Марат советским людям памятен отнюдь не как человек, а как линкор, героически оборонявший Ленинград.

Однако вернёмся в революционную Францию конца XVIII века.

Уже на следующий год после смерти Марата, постановлением революционного Комитета общественной безопасности было создано подразделение воздушной разведки, вооружённое привязными аэростатами. И в 1794 г оно приняло участие в обороне от австрийцев французской крепости Мобеж. Командовал капитан Жан-Мари-Жозеф Кутель (Jean-Marie-Joseph Coutelle), которого в русской историографии так же именуют Кутеллем. Он сам дважды в день поднимался в воздух, сбрасывая оттуда записки о замеченных перемещениях неприятеля.

Между прочим, приключился с этим капитаном и забавный случай. В один из дней дул сильный ветер. И когда Кутель хотел было подняться в воздух, то при самом начале подъёма его аэростат стало сильно раскачивать, а корзину с капитаном бить об землю. Австрийцы тут же выслали парламентёров, которые уговорили французов отложить взлёт, ибо, как сказали им австрийцы, смерть от удара о землю недостойна офицера.

Вот такие были времена, сама галантность на поле боя.

Но в 1797 г армия перешла под командование Наполеона. А он смотрел на воздушные шары как на обоз, который войску таскать с собой лишняя морока. А ещё в плохую погоду от шаров толку нет никакого. И вообще воевать будем стремительно, 100-тысячные массы революционных солдат решительными штыковыми ударами принесут быструю победу. Это раньше выстраивались в линии, вели перестрелку – Наполеон велел сразу в штыки. А какой смысл стрелять, коли этот революционный сброд попадать никуда не умеет в принципе? Потому в штыки и заваливать массой. Тактика сработала, французских революционных отморозков боялась вся Европа.

Между тем, ко двору новоявленного императора явился некий Франц Леппих (Franz Xaver Leppich) из Баварии, который был в равной степени музыкантом, изобретателем и – авантюристом. Явился он не просто так, а с идеей построить управляемый воздушный шар для бомбардировки противника с воздуха. Наполеон отнёсся к идее скептически.

Однако позднее Леппих сумел заинтересовать российского посланника в Вюртемберге Давида Алопеуса. И вот уже под Москвой, в усадьбе князя Репнина Воронцово, под руководством баварца строят аэростат громадных по тем временам размеров. Длина 57 м, диаметр 16 м, экипаж 40 человек и прочих грузов до нескольких тонн. Увы, громада так и не взлетела. А там и случилась Отечественная война, вступление Наполеона в Москву… Пришлось в спешке бежать, а недостроенный аэростат уничтожить. Жаль, ведь кажется тогда у России был шанс стать родиной дирижаблей.

Во Франции тем временем обстоятельства вынудили Наполеона изменить отношение к воздухоплаванию.

В 1811 г верный друг Наполеона, маршал Жоашен Мюра (Joachim Murat;) в русской литературе более известный как Иоахим Мюрат, собирался брать Неаполь. Нужна разведка. Но у армии больше не было собственных аэростатов. Пришлось обращаться к услугам Мари Мадлен Софи Бланшар, более известной как Софи Бланшар (Sophie Blanchard), вдове того самого Бланшара, так успешно первым перелетевшего Ла-Манш. От мужа Софи унаследовала славу и – много долгов. Она не растерялась, а сама принялась летать, зарабатывая тем на жизнь. Её воздушная разведка удалась, и она стала придворной воздухоплавательницей при императорском дворе Наполеона Бонопарта.

Между прочим, Софи была далеко не единственной женщиной-воздухоплавательницей того времени. Существовали даже целые семьи, где летали бабушка, мать и дочка. Но у Софи было некоторое преимущество – она была миниатюрной, потому могла обходится довольно небольшим баллоном, благодаря чему меньше тратилась на летучий газ. Малый баллон можно было быстрее подготовить к полёту. А для пущего облегчения её баллон вместо корзины имел лишь небольшую скамейку.

К несчастью именно воздухоплавание и погубило смелую женщину. Но не на войне, а на мирном празднике. При запуске фейерверка, в её взлетающий шар попала ракета.

Казалось бы, если уж в мирной жизни эти шары с водородом внутри могут быть опасны, то уж точно им не место над полем боя. Тем не менее воздухоплаватели участвовали во всех войнах XIX века, активнейшим образом несли воздушный дозор в ходе гражданской войны между Севером и Югом в США, и даже действия британских колониальных войск в Африке поддерживались наблюдателями с неба. А уж какое распространение получили привязные аэростаты над полями сражений Первой Мировой… Но не будем обгонять ход истории. Нас ждут дирижабли.

Квадрокоптер

Современные дроны как правило имеют 4 несущих винта, за что и получили своё название. И хотя сейчас квадрокоптером никого не удивишь, но большинство из нас помнит, что ещё не так давно ничего подобного по воздуху не летало. Летали радиоуправляемые модели самолётов. Затем огромную популярность приобрели модели вертолётов. И только нынешний кибернетический XXI век подарил нам 4-винтовых винтокрылов.

Но что если я вам скажу, что квадрокоптеры изобрели в середине XIX века?

В 1789 г, то есть всего через 6 лет после первых подъёмов людей в воздух, англичанин с чисто английской фамилией Скотт (что в переводе означает Шотландец) предложил свой проект управляемого аэростата. Так же, как и опередивший его проект Мёнье, этот дирижабль построен не был. Но идея была воистину оригинальна.

Скотт предлагал двигаться в воздухе – без моторов!

Он считал, что если вытянутый аэростат ввести в пикирование – то возникнет сила, продвигающая его вперёд. Для создания крена в его аэростате были предусмотрены 2 баллонета, в которые можно было накачивать или откачивать из них воздух. Нужно набрать высоту, с помощью руля развернуть аэростат в желаемом направлении, а затем, перекачивая воздух между баллонетами, наклонить аэростат. Вот он и полетит.

Аппарат никогда не был построен. А даже если бы и был построен, возникающая при пикировании аэростата движущая сила слишком мала, чтоб противостоять даже слабому встречному ветерку. Но заметим, что современные квадрокоптеры летают именно за счёт собственного крена.

Однако аэростат Скотта ничем не похож на квадрокоптер.

Давайте не будем торопиться. Перенесёмся сразу в 1846 г, когда голландец Ван-Экке предложил воздушные винты для вертикального перемещения аэростата. Именно так – винты должны создавать силу, смещающую аэростат не в стороны, а вверх или вниз. Но зачем?

Для поиска воздушного течения нужного направления.

Зачем бороться с ветром, коли можно найти нужный нам поток. Поищем выше или ниже. Винты помогут нам не стравливать летучий газ и не сбрасывать балласт, а найдя высоту с ветром нужного направления, оставаться на ней, сколь мы того пожелаем. А попутный ветер будет нести нас вдаль.

Итак, есть понимание, что аппарат может получать движущую силу, входя в крен. И есть предложение использовать только вертикальную тягу воздушных винтов. Что ещё надо для квадрокоптера? Ах да, нужно чтоб было четыре.

Так вот, в 1850 г ту самую идею Скотта использовал в своем проекте француз Петен. К четырем сферическим баллонам была подвешена деревянная платформа. При подъемах и спусках, производимых путем сброса балласта и выпуска части несущего газа из баллонов, предполагалось осуществлять горизонтальное перемещение аппарата.

Чем это не квадрокоптер?

Да, вместо винтов у него баллоны. Но их 4. И платформа меж них усиливает сходство. И даже принцип полёта за счёт крена аппарата тот же самый. Хотя конечно и этот аэростат не был построен, а кабы и поднялся в воздух, то увы, сила ветра оказалась бы сильнее.

Эх, надо было Петену взять на вооружение винты Ван-Экке, а от баллонов отказаться вообще. Да вот двигателей у него ещё не было. Хотя вообще-то – двигатели уже были.

Настоящий дирижабль

Уже без малого 70 лет люди парили в небесах, носимые там волею ветра, когда в 1851 г Анри Жиффар (Henri Giffard) построил первый в истории человечества дирижабль. Оболочка в виде веретена длиной 44 м и диаметром 12 м, объёмом 2.5 тысячи куб. м. Под ней привязана килевая балка для жёсткости, в качестве движителя воздушный винт – всё как в проекте Мёнье 1784 г. В качестве руля кормовое полотнище-парус – напоминающее полотняные вёсла Бланшара. И такая деталь – якорь. Дирижабль же воздушный корабль, а на корабле должен быть якорь, это всем известно. Ничего нового, всё придумано до нас.

Новшеством была только паровая машина мощностью аж в 3 л.с.

Много или мало лошадиная сила? Лошадь зверь очень сильный. Но используемая в технике лошадиная сила, скажем так, усреднённая. И в расчёте на долгую работу. Это важное примечание. Потому что одномоментная мощь лошади может быть намного больше технической лошадиной силы. Да что там лошадь! Человек, спортсмен по прыжкам в высоту, в момент прыжка на 2 метра, развивает мощность аж в 4 лошадиных силы.

У дирижабля Жиффара сил было чутка меньше, чем у прыгуна в высоту.

24 сентября 1852 г Жиффар взлетел, но мощности машины не хватало, чтобы бороться с ветром. Маломощная машина сообщала аппарату скорость всего в 11 км/ч или 3 м/с – это скорость самого слабого ветерка. Тогда Жиффар поднялся выше до 1800 м – там ветер ослаб, и он смог лететь по собственному желанию.

Анри Жиффар не был ни богачом, как братья Монгольфье, ни видным учёным, как Шарль, ни даже инженером. Он был – рабочим в железно-дорожных мастерских. Дослужился до паровозного машиниста. Посмотрел, как устроена паровая машина паровоза, и сам сделал свою лёгкую машину весом всего в 45 кг. Ещё центнер весил предельно облегчённый котёл с водой.

Эпоха пара дала человеку новую силу. И новую свободу. Которую мог взять даже простой рабочий – не отнимая свободы других.

Строго говоря, Жиффар не был первым. Первый самодвижущийся аэростат полетел на пару лет раньше. Вот только был тот дирижабль весьма небольшим.

Осенью 1850 г семиметровую модель управляемого аэростата построил парижский механик Жюльен. Оболочка в виде веретена, охвачена сеткой, а уже к сетке подвешена гондола. Руль позади. Два воздушных винта, что интересно смещённые вперёд, в не назад, как у Жиффара и многих других. Вращала винты пружина. Понятно, что надолго завода пружины не хватало. Но однако 6 и 7 ноября два удачных полета, в которых эта модель дирижабля летала против ветра.

Вот ведь как забавно, мы только что восхищались силой пара, а оказывается в те времена сила пружин была не так чтобы меньше. По крайней мере её хватало для полёта против ветра, чего пар пока ещё не мог.

Ну а что касается Жиффара, то после первого успеха он построил более крупный дирижабль. Стал знаменит. И – забросил дирижабли. На них не было спроса. Зато был спрос на привязные аэростаты, вот их Жиффар и принялся строить с большим успехом:

– для Лондонской всемирной выставки 1868 года – привязной аэростат объемом 11.5 тысяч куб. м для подъема 30 человек, на высоту до 600 м.

– для Международной выставки 1878 года в Париже – привязной сферический аэростат объемом 25 тысяч куб. м с гондолой на 40 пассажиров для подъема на высоту 500 м. За 2.5 месяца работы выставки было поднято 40 тысяч посетителей. Одним из этих посетителей был русский учёный Менделеев.

Рекорды воздухоплавания

Не будем говорить сейчас о всех достижениях воздухоплавателей за всю историю. Не то придётся упомянуть и первый полёт в космос на воздушном шаре. Читатель поди смеётся? А напрасно, ибо экспериментальные подъёмы на воздушных шарах в стратосферу по программе NASA в США считаются частью космической программы и приравниваются по своему значению к полётам в космос. И в самом деле, есть чем гордится, ведь если верить американцам, то им удалось достичь высоты 48 км – результат впечатляющий не только для аэростатов, но и среди высотных самолётов мало какой взлетает так высоко.

Но мы оставим эти космические достижения второй половины XX века – нас куда больше интересует, с чем пришла аэронавтика к концу века XIX, за которым вскоре последовал расцвет авиации.

Вот они, самые впечатляющие достижения:

– в конце XIX века немец Берсен поднялся до высоты 9155 м.

– в 1898 г итальянец Стейтерини перелетел через Альпы.

– в 1900 г рекорд дальности полёта на аэростате установили французы де ля Ви и Кастильон, пролетев 1922 км за 35 часов 45 минут.

Что ж, мы знаем, чего сумели добиться воздухоплаватели на свободно летающих аэростатах, самое время перейти к истории аэропланов.

Первый авиатор дю Трампль

Всего через 5 лет после первого успешного полёта дирижабля, а именно в 1857 г получил патент на самолёт французский морской офицер Жан-Мари Феликс дю Трампль де ля Круз (Jean-Marie Felix du Temple de la Croix). Не подвергается сомнению, что через год он испытал полётом модель с пружинным двигателем, которая весила не менее полукилограмма, разгонялась на собственном шасси и, взлетев, затем плавно спланировала на землю. Так же достоверно известно, что и собственно сам самолёт дю Трампля был построен. И возможно даже во время испытаний отрывался от земли.

Таким образом, по всем формальным признакам, мы имеем полное право и обязаны именно дю Трампля величать первым авиатором человечества.

Но посмотрите на его самолёт. Фюзеляж подобный лодке?

Это кажется удивительным для нас, но ведь и на дирижабль смотрели как на воздушный корабль, даже якорь к нему привесили. На самолёт смотрели точно так же. Скажите спасибо, что хоть тут обошлись без якоря.

Двигатель, разумеется, паровая машина.

Винт впереди, тянущий, по конструкции подобный тем винтам голландских ветряных мельниц, которые обеспечивали автоматический доворот мельницы к ветру. Нам, быть может, такой воздушный винт кажется странным, необычным и даже удивительным – но по тем временам ничего особо примечательного.

Особенное и удивительное тут в том, что крылья аэроплана – это ткань натянутая на каркас из алюминиевых трубок!

Так будут строить самолёты только в следующем веке. И то не сразу додумаются. Но как до этого додумался дю Трампль?

Алюминий был парижан хорошо известен после русского парада в честь победы над Наполеоном. Тогда парижане глазели на блестевшие белым металлом головные уборы русских кавалергардов, и восхищались богатству русского царя, выдающего своим солдатам каски из серебра. А потом узнали, что каски были просто баснословно дороги, потому что из алюминия! Но прогресс не стоял на месте, прошли десятилетия, и к середине XIX века стоимость алюминия заметно уменьшилась. И всё же за свой сервиз для императорского стола Наполеон III, по слухам, выложил миллион франков. Зато на званых обедах удивлял иностранных дипломатов дорогой алюминиевой посудой.

Итак, свойства алюминия дю Трапмлю были известны. Но делать из него трубки?

Однако каковы птичьи кости? А они очень лёгкие – потому что полые внутри. Кости птиц и есть трубки. Вот где дю Трампль подсмотрел своё решение лёгкого и прочного крыла.

Хотя заметим: крыло дю Трампля было весьма диковинной формы, никакого профиля оно не образовывало – а почему? Да из-за парадокса д'Аламбера никто из настоящих учёных не верил, что подъёмную силу создаёт профиль крыла! Крыло надо рассматривать как парус, вот вроде воздушного змея – и крылья дю Трампля как раз подобной конструкции.

Что ж, мы точно знаем, что свой самолёт дю Трампль построил. Возможно даже испытал. Мог ли в принципе аппарат такой диковинной формы оторваться от земли? Да почему нет! Но вот сумел ли он на деле совершить этот заветный отрыв? Этого мы не знаем.

Можайский

В 1856 г, то есть за год до получения дю Трамплем во Франции своего патента на аэроплан, и стало быть не ведая об изысканиях француза, в России, о создании аэроплана задумался контр-адмирал Александр Фёдорович Можайский. Задумался, благо выдался небольшой перерыв в дальних плаваниях. И размышлял он о полётах, наблюдая птиц. А что, вон же как лихо летают всякие чайки над волнами, значит поди и человек может? Можайский серьёзно изучал и птичий полёт и анатомию птиц. А с паровыми машинами он хорошо был знаком по флотской службе.

Сперва запускал воздушных змеев, затем в 1876 г летал на планёре-змее собственной конструкции, который тянула тройка лошадей – чем наводил страх на окрестных крестьян, решивших что не иначе как барин знается с нечистой силой. В Петербурге демонстрировал полёты модели самолёта с пружинным двигателем, которая взлетала с собственного шасси, да ещё и могла нести на себе в качестве груза кортик морского офицера. Это весьма серьёзное достижение для модели. Кстати, она развивала полётную скорость чуть более 5 м/с – что вполне типично и для современных лёгких моделей.

Аэродинамической трубы у Можайского не было, но он придумал аэродинамическую тележку, на которой под нужным углом закреплялась пластина. И при буксировке тележки с помощью особых весов – по сути аэродинамических весов – измерялись подъёмная сила и лобовое сопротивление пластины.

3 ноября 1881 года Александру Фёдоровичу Можайскому выдан первый в России патент на самолёт.

Насколько известно, построенный с огромными трудностями аэроплан потерпел аварию при попытке взлёта. По мнению некоторых очевидцев, возможно при этом он оторвался от земли.

Но почему самолёт вышел таким – каким вышел?

Можайский высчитал, что на постройку натурного самолёта нужно 19 тысяч рублей – сумма весьма большая по тем временам. Получить такие деньги от правительства он не смог (он же не Матильда Кшесинская), а своих на постройку не хватало. Отсюда и пагубная экономия. Фюзеляж, сделанный из морского барказа – явно слишком тяжёлый. Зато барказ достался даром. Паровые машины Можайский купил за границей, купил на какие денег хватило, их на аэроплане Можайского стояло 2 – одна, весом около 48 кг, выдавала 20 л.с., а другая, весом около 29 кг, выдавала 10 л.с.