История технических инноваций

В дальнейшем парусный флот продолжает совершенствоваться: парусное оснащение становится все более изощренным, возникают целые системы парусов, многочисленные команды искусно и слаженно управляют этими сложными системами. Вскоре парусные корабли приобретают возможность ходить не только по ветру, но и под достаточно острым углом. Меняя направление движения, корабль, движимый ветром, в итоге перемещается против его направления! В результате скорость передвижения кораблей значительно возрастает. Водоизмещение этих произведений технического искусства того времени постоянно возрастает. Вскоре оно оказывается достаточным для того, чтобы оторваться от берегов и пуститься в океанское плавание в поисках новых торговых путей и богатых земель. Начинается эпоха великих географических открытий, романтическим символом которой становится парусник.

Но возможности парусников еще не исчерпаны и сегодня, поэтому они продолжают радовать своей красотой на фоне пароходов, теплоходов и атомоходов. Например, клипер «Чемпион оф сиз» в 1854 г. за один день преодолел 462 морские мили (856 км). Это расстояние он прошел за 23 ч 17 мин в южной части Индийского океана при попутном северо-западном штормовом ветре. Средняя скорость составила 19,97 узла (37 км/ч). Даже для современного судна такой результат является вовсе не плохим.

А самым большим когда-либо построенным парусным судном является «Франция II» (водоизмещением 5898 т), спущенное на воду в 1911 году. Это был пятимачтовый барк с длиной корпуса 127,4 м. Но ради справедливости необходимо уточнить, что на корабле были установлены два паровых двигателя. Все современные парусники имеют двигатели, так сказать, «на всякий случай».

Идея использования ветра для движения судов оказалась настолько удачной, что продолжает развиваться и в наше время. С появлением новых конструкционных материалов и компьютеров появилась возможность проектирования и постройки судов, в которых парусом является поворачиваемое в разных плоскостях и наклоняемое крыло, которое должно обеспечить сразу два действия: вытаскивать лодку из воды и одновременно тянуть ее вперёд.

Изобретатель математик Стивен Боерн из организации оборонной науки и технологий (Defence Science and Technology Organisation - DSTO) - подразделения министерства обороны Австралии намерен построить такую лодку и побить на ней мировой рекорд скорости для парусных судов.

Но известный исследователь моря и изобретатель Жак Ив Кусто сумел создать принципиально новое ветрило. Он использовал удачную разработку талантливого ученого-аэродинамика Люсьена Малавара и построил уникальное турбопарусное судно - «Алкиону», прототип кораблей будущего.

При ближайшем рассмотрении турбопарус «Алкионы» напоминает округлое крыло авиалайнера, вертикально укреплённое на палубе. Для такого паруса оказывается подходящим не только попутный ветер, но боковой и даже встречный. Турбопарус автоматически поворачивается под максимально благоприятным углом к ветру и обеспечивает скорость до 15 узлов. На «Алкионе» есть и дизельный двигатель, но были случаи, когда в длительных океанских экспедициях его ни разу не включали!

Конечно, главный недостаток парусников и в этом случае сохранился: в случае полного отсутствия ветра он не сможет двигаться. Именно поэтому сочетание плавательного средства с двигателем открыло новый этап развития мореплавания.

Первый пароход построил американец Джон Фич. Созданное им судно «Персеверанс» прошло в 1787 году по реке Делавар со скоростью 6 км/час. Причем интересно, что предприимчивый американец использовал патент англичанина Брейма, полученный им двумя годами ранее, и оснастил свое судно гребным винтом.

Следующий паровой водный транспорт был спущен на воду в 1788 году. Его построил английский инженер Уильям Саймингтон. Он оснастил свой паровой бот гребными колесами. Это надолго определило внешний вид речных пароходов, ещё очень долго шлепавших после этого плицами по воде.

Когда паровик Саймингтона совершал свой пробный рейс, среди зрителей на берегу находился и американец Роберт Фултон. Пораженный увиденным, он сконструировал и пустил в Париже на Сене свой собственный пароход. Причем в качестве движителя он приспособил… механические весла, приводившиеся в движение через систему рычагов, копирующих движение рук гребца. Сложная система в действии, наверное, выглядела весьма забавно, но она веселила зрителей недолго, так как утонула.

Тогда упорный американец создал… гусеничный пароход. Он прикрепил гребные лопасти к длинной ленте, замкнутой в кольцо. Теперь его судно стало похоже не на галеру, а на трактор, загребающий гусеницами по воде. К сожалению, новый транспорт был похож на трактор не только внешним видом, но и скоростью.

В 1797 году Фултон построил очередной пароход, на котором был установлен созданный им паровой двигатель в 20 л. с. В этот раз изобретатель решил не рисковать и поставил уже испытанное колесо. Этот водоколесный пароход он предложил Наполеону. Но Фултону не везет: разыгравшаяся вскоре буря разбила судно в щепы, и оно затонуло, даже не успев получить название. Будущий император не впечатлился таким результатом, и вопреки собственному высказыванию, ввязываться в постройку боевых пароходов не стал и денег не дал.

Тогда неугомонный Фултон уехал обратно в Америку, где построил новый пароход под названием «Клермонт», который в октябре 1807 года и проплыл по реке Гудзон от Нью-Йорка до Олбани, открыв тем самым эру передвижения кораблей без помощи ветра и весел. История вознаградила настойчивость изобретателя - именно он считается изобретателем парохода, тогда как его пароход был не первым, и даже не вторым.

Но все же надо отдать ему должное: построенное судно оказалось очень надежным в эксплуатации. В течение года оно исправно плавало, перевозя пассажиров и рекламируя преимущества парового транспорта перед парусным.

Затем низкоэффективные гребные колеса были заменены на винты, и в начале ХХ века наступило звездное время пароходов. Бронированные дредноуты считались вершиной технического прогресса, а их огневая мощь приводила врагов в ужас. Легендарный крейсер «Варяг», мятежный крейсер «Потемкин», революционная «Аврора» - все это корабли на паровой тяге. Их уже никак нельзя просто пароходами - это свидетельства отваги и мужества русских моряков, символы времени и исторических событий той эпохи.

Но приходит и их черед уступить свое место. Паровые двигатели повсеместно заменяются дизелями, которые легче, надежнее и не требуют для топлива столько места, сколько занимает уголь.

Первые дизельные суда в мире появились не где-то на реках далекой Америки, а в России, благодаря фирме «Товарищество нефтяного производства братьев Нобель».

Изобретение немецкого инженера Рудольфа Дизеля инженерам фирмы Нобеля удалось превратить в работопригодный судовой дизель. В 1903 году на нефтеналивную речную баржу «Вандал» (построенную на Сормовском заводе и привезённую в Петербург) было установлено три дизеля, каждый мощностью в 120 л.с. Это был первый теплоход в мире. Со временем теплоходы полностью заменили пароходы.

Но движение большого судна по воде требует огромных энергетических затрат. Огромные емкости с десятками и сотнями тонн дорогостоящего топлива не обеспечивают и теплоходу достаточно долгое автономное плавание, ему приходится постоянно закачивать в портах солярку для своих многочисленных и прожорливых дизельных двигателей.

После появления ядерных реакторов стало возможным построить ядерные судовые энергетические установки, предоставляющие возможности, доселе кажущиеся фантастическими. Теперь боевой корабль, оснащенный такой энергетической установкой, может годами не заходить в порт для пополнения запасов топлива. Энергии, вырабатываемой реактором, хватает для движения судна, отопления помещений, электроснабжения. В случае необходимости его энергетическая установка может обеспечить электроэнергией целый город. Суда с ядерной энергетической установкой получили название атомоходов». Различают атомоходы гражданские (атомные ледоколы, транспортные суда) и военные (авианосцы, подводные лодки, крейсеры, фрегаты). Первый в мире гражданский атомоход - ледокол «Ленин» был спущен на воду в СССР 5 декабря 1957 года. Трехвинтовой ледокол имел водоизмещение 17 300 т и был способен продвигаться непрерывным ходом со скоростью 2 узла в сплошном ледяном поле толщиной до 2,4 м. Этот ледокол мощностью 44 тыс. л.с. мог работать без пополнения запасов топлива 210 суток. Ведь суточный расход топлива составлял всего 200 г. (при условии, что машины работали все время на полную мощность!), т.е. около 70 кг в год. Для любого другого ледокола такой же мощности годовой расход каменного угля выразился бы числом в 2,5 млн раз больше - 175 тыс. т!

Сегодня Россия - единственная в мире держава, имеющая в эксплуатации столько атомоходных ледоколов: «Арктика», «Сибирь», «Россия», «Советский Союз», «Ямал», «Таймыр».

Если освоение поверхности мирового океана обусловлено практической необходимостью, то вглубь океанской толщи человека влекло, в основном, чистое любопытство. Еще Александр Македонский (356 - 323 годы до н.э.) погружался в море в большом стеклянном сосуде. Какова была конструкция этого сосуда - неизвестно. Вполне возможно, что легендарному полководцу приписывают подвиги, которых он не совершал. Но пусть точных документальных свидетельств таких погружений и не сохранилось, но можно быть уверенным, что попытки заглянуть в таинственные водные глубины осуществлялись человеком всегда. Уже тогда возникло два принципиальных предложения решения проблемы обеспечения водолаза воздухом: брать его с собой или подавать непрерывно с поверхности. Аристотель упоминает о греческих водолазах, которые брали с собой под воду некую заполненную воздухом емкость, сделанную, вероятно, из козьей шкуры. Древнеримский изобретатель Флавий Вегетиус в 375 г. н.э. предложил одевать на голову кожаный мешок, соединенный трубкой с поверхностью. Опуститься под воду и подняться оттуда живым так же сложно, как успешно приземлиться после прыжка со скалы с бумажными крыльями на руках.

Первый «серьезный» результат таких попыток был достигнут известным английским ученым физиком, астрономом и изобретателем Эдмондом Галлеем, построившим в 1690 году подводный колокол, вмещавший более одного водолаза. В 1716 году он решил проблему подачи в колокол свежего воздуха: он поступал из бочки через кожаный шланг, пропитанный пчелиным воском и маслом. В бочку через отверстие вливалась вода и выталкивала воздух в колокол.

Логическим продолжением технического развития подводного колокола становится его уменьшение до размеров человека. И это сделал англичанин А. Зибе в 1837 году. Он сконструировал водолазный костюм с металлическим шлемом, принцип действия которого используется при подводных работах на глубинах до 60 метров и в наше время. Воздух накачивается под большим давлением, поэтому водолаз достаточно долго может работать на большой глубине.

Второе направление технической эволюции подводного колокола связано с его увеличением, обретением автономности и превращением в итоге в передвигающийся подводный аналог аэростата. Промежуточная «форма жизни» от колокола к батискафу - «батисфера» была создана американским ученым Бибом. Водолазный аппарат Биба и Бартона представлял собой стальной шар, который подвешивался на стальном тросе к специальному судну. 15 августа 1934 года Биб и Бартон достигли на своей батисфере рекордной глубины в 923 метра, а в 1949 году Бартон погрузился даже на глубину в 1360 метров. Из-за проблем с колебаниями троса, на котором был подвешен аппарат, испытатели подвергали себя смертельному риску, но им везло, и их результат долгое время оставался непревзойденным.

Подводный дирижабль был сконструирован швейцарским ученым - профессором Огюстом Пикаром. Аппарат наполняется веществом легче воды - бензином. Для погружения он утяжеляется балластом - грузом, удерживаемом под днищем дирижабля электромагнитом. Это обеспечивает надежность сброса: в случае неисправности электрической цепи груз тут же отцепляется. Аппараты подобной конструкции стали называться батискафами.

Собственное же имя первый батискаф получил совсем не романтичное - «ФНРС - 2». 26 октября 1948 года состоялось его первое погружение на глубину 25 м. А 3 ноября батискаф побил рекорд батисферы и погрузился на 1380 м.

Далее батискаф стал совершенствоваться, был создан ФНРС-3, затем батискаф, удостоенный, наконец, собственного имени - «Архимед». С 1961 года по 1966 год тезка великого ученого совершил 57 погружений.

Логическим завершением всех этих погружений стало покорение самой большой глубины на Земле - Марианской впадины. 23 января 1960 года Жак Пикар и Дон Уолш достигли ее дна на батискафе «Триест». Глубина оказалась равной 10917 м! Толстый иллюминатор, несмотря на его прочность, при приближении ко дну покрылся трещинами, так что покорители глубин испытали немало волнительных минут не только вследствие осознания своего первенства. В дальнейшем на дно Марианской впадины опускались только автоматические аппараты.

Сегодня такие подводные суда, управляемые с поверхности, используются для наблюдений и строительства при подводной добыче нефти и газа, для осмотра трубопроводов, ремонта и обслуживания платформ.

В 1943 году Жак Ив Кусто и Эмиль Ганьян сделали изобретение, которое хоть и не позволяет человеку опускаться на большие глубины, но сделало подводный мир доступным не только профессиональным исследователям с их дорогостоящими аппаратами и тяжелыми водолазными костюмами, но и широким массам. Именно акваланг позволил человеку по настоящему свободно передвигаться под водой и почувствовать себя полноценным обитателем водной стихии. Внешне простое и удобное устройство появилось не сразу по воле гения его изобретателей. Как это обычно бывает, ему предшествовал целый ряд других изобретений.

Прибор из контейнера со сжатым воздухом и шланга был запатентован французским горным инженером Бенуа Рукейролем в 1866 году. Предназначался он для шахтеров. В 1878 году Генри Флюсс изобрёл первый удачный подводный аппарат с замкнутой схемой дыхания, использующий чистый кислород (ребризер). Аппарат предназначался не для увеселительных прогулок по морю, а для спасения шахтеров при затоплении шахты.

В 1910-е был усовершенствован регулятор подачи кислорода и изготовлены баллоны, которые могли выдерживать давление газа до 200 кгс/смІ.

И, наконец, Жак Ив Кусто усовершенствовал эту систему, и сегодня акваланг - неизменный атрибут военных, ученых и миллионов простых любителей подводного плавания.

Технические достижения используются не только в познавательных целях, любая интересная идея тут же становится предметом внимания военных. Понятно, что возможность скрытного продвижения под водой всегда вызывала повышенный интерес у военных. Именно поэтому задолго до изобретения батискафа осуществлялись попытки создания машин, способных погружаться на несколько метров и передвигаться под водой.

Одна из первых подводных лодок была построена в 1620 году Корнелиусом ван Дреббелем. Приводимая в движение двадцатью гребцами, она плавала по Темзе на глубине 5 метров. Надо было проявить недюжинный талант, чтобы решить проблемы устранения течи воды в отверстиях для весел, движения самих весел под водой, чтобы они двигали лодку вперед, а не гоняли впустую воду туда-сюда. Наконец, нужно было решить проблему навигации. Скорее всего, эти проблемы не были решены, поэтому лодка осталась не более чем аттракционом.

Попытки подводного передвижения осуществлялись не только в Англии. В 1718 году мастеровой Никонов из подмосковного села Покровское подал челобитную царю Петру I, в которой писал, что «сделает он к военному случаю на неприятелей угодное судно, которым на море в тихое время будет разбивать корабли, хотя б десять или двадцать, и для пробы тому судну учинит образец…».

Спустя несколько лет на Неве царю было представлено творение Никонова, сделанное плотниками и бочкарями. «При спуске у того судна повредилось дно», Изобретатель едва не погиб в затопленной лодке и был спасен при личном участии самого Петра, одобрившего саму идею.

Петр вскоре умер. После него технические исследования на государственном уровне не велись, но в сохранившихся архивах можно насчитать более 135 попыток создания подводных кораблей.

Следующий более или менее работоспособный российский вариант появился в 1834 году, когда была построена подводная лодка К.А. Шильдера. Она была первым в России судном обтекаемой формы с цельнометаллическим корпусом. Интересно, что приводить лодку в движение должны были… те же гребцы! Зато вооружить подводную лодку предполагалось вполне современным оружием - зажигательными ракетами и минами.

Конечно, использование гребцов сегодня может вызывать смех, но двигателей, которые могли работать под водой, еще не было.

Для освежения воздуха в лодке стоял вентилятор, соединявшийся с трубой, выходившей на поверхность, а вот освещение внутренних помещений предполагалось свечное.

Традиционная для России реализация передовых идей допотопными средствами не позволила Шильдеру довести дело до конца по традиционной уже для изобретателей всех стран причине - у него закончились средства.

Аналогичная судьба постигла и подлодку конструкции И.Ф. Александровского, испытания которой начались 19 июня 1866 года в Кронштадте. Она тоже была металлической, по форме напоминала рыбу. Для совершения диверсий водолазами на лодке имелась специальная камера с двумя люками, позволявшая десантировать людей из подводного положения. Двигателем служила пневматическая машина, а для подрыва неприятельских кораблей подлодка оснащалась особыми минами.

Испытания и усовершенствования субмарины продолжались до 1901 года и были прекращены ввиду полного разорения изобретателя, большую часть работ проводившего на собственные средства.

Оплачивал все расходы из собственного кармана и изобретатель С.К. Джевецкий, в 1876 году разработавший проект одноместной подлодки-малютки. Осенью 1878 года он продемонстрировал возможности своего изобретения группе офицеров на рейде Одесского порта. Под водой он приблизился вплотную к барже, установил мину под ее днищем, а затем, отойдя на безопасное расстояние, произвел подрыв. Комиссия выразила пожелание, чтобы «для практических военных целей» в будущем была построена лодка большего размера. Но денег на проект опять-таки не дали.

Практическое использование подводных лодок начинается с Фултона, который в 1800 году построил небольшую подводную лодку. Корпус лодки, названной «Наутиль», был сделан из дерева и имел форму эллипсоида. Лодка приводилась в движение людьми вручную, при помощи механической передачи, вращающей вал с закрепленным на нем винтом Архимеда. «Наутиль» был спущен на воду Сены вблизи Руана в 1800 г. На нем Фултон с двумя помощниками произвел погружение на глубину 7,5 м.

Первая настоящая подводная лодка, принявшая участие в вооружённых действиях, была создана в США Хорасом Л. Ханли во время Гражданской войны во флоте Конфедерации. Она представляла собой паровозный котёл, на обоих концах которого были смонтированы заострённые оконечности. Погружение осуществлялось заполнением двух балластных цистерн на носу и корме, которые для всплытия продувались ручными помпами, а для срочного всплытия сбрасывался железный балласт, закреплённый на днище. Гребной винт вращался при помощи коленчатого вала восемью матросами. Вооружение состояло из мины, закреплённой на длинном стальном шесте на носу лодки. Наблюдение, вход и выход экипажа из лодки осуществлялись через две небольшие башенки.

17 февраля 1864 года эта подводная лодка потопила винтовой корвет северян Housatonic. Хотя ей удалось спастись после взрыва, спустя 45 минут она затонула от приливной волны, захлестнувшей открытый люк, открыв счёт авариям на подводных кораблях. Но возможность боевого применения подлодок была экспериментально доказана.

С этих пор все технические новинки тут же обязательно используются на подводных лодках. Как только появился дизель, сразу же были созданы дизельные подлодки. Как только стали производиться электрические двигатели, в первую очередь, они стали востребованы именно для подлодок. Возможность обходиться без тяжелого, громоздкого, дымного и прожорливого парового котла сразу же изменила статус подлодки.

Во время Первой мировой войны подводные лодки с дизельным двигателем для движения на поверхности и электрическим для движения под водой показали, что они представляют грозную боевую силу, способную решать исходы морских сражений.

Неудивительно, что ведущие морские державы к началу Второй мировой войны старались максимально увеличить количество подводных лодок. Вот их количество:

СССР - ~200;

Италия - 105;

США - 99;

Франция - 77;

Великобритания - 58;

Германия - 57;

Япония - 56.

За время второй мировой войны всеми подводными лодками иностранных государств было потоплено 4330 транспортных судов общей грузоподъёмностью около 22,1 млн. т, уничтожено 395 боевых кораблей, в том числе: 75 подводных лодок, 17 авианосцев, 3 линкора, 122 эсминца и 146 кораблей других типов. Правда, при этом погибло 1123 подводные лодки. Это вовсе неудивительно, если учесть, что лодки не ходили под водой, а ныряли на короткое время, а потом им обязательно требовалось всплытие для зарядки аккумуляторов.

Подводные лодки ВМФ СССР внесли свой вклад в победу, они потопили 328 транспортов, 70 боевых кораблей и 14 вспомогательных судов противника общим водоизмещением 938 тыс. т.

Современные подводные лодки используют в качестве источника энергии атомные установки, дизельные моторы, аккумуляторы, двигатели Стирлинга или топливные элементы. Атомные ракетоносцы могут без всплытия обогнуть земной шар, с их борта ракетой может быть выведен на орбиту спутник. Советские атомные подлодки неоднократно проходили под льдами Северного Ледовитого океана. Ракетоносцы имеют сверхпрочные титановые корпуса, специальное внешнее резиновое покрытие, уменьшающее сопротивление воды при движении. Эти подводные гиганты оснащены самым совершенным навигационным оборудованием и средствами связи.

Можно сказать, что современный атомный ракетоносец является самым сложным техническим комплексом из всех, когда либо созданных человеком. Страна, способная создавать такие машины, по праву может считаться великой технической державой. И Россия - среди них.

Но основные будущие достижения нашей страны и всего мира, мы надеемся, будут связаны с мирным освоением огромных ресурсов мирового океана: добычей полезных ископаемых, промыслом рыбы, использованием энергии океанских течений, ветров и волн, постройкой плавучих и подводных городов.

В океанской воде содержится 90 млрд т йода, 5 млрд т урана, не меньше 10 млн т золота. Уже сегодня в мире добывается порядка 60 млн т рыбы в год и примерно еще столько других морепродуктов. Море может дать еще больше, но при этом надо помнить, что главной задачей является сохранение природы нашей не такой уж и большой планеты, которая по праву могла бы называться «Вода».

Темы для докладов и рефератов

Реки - главные транспортные артерии времен Ермака.

Типы парусных судов.

Парусники будущего.

Подводный дом Кусто.

Устройство и принцип действия подводного скафандра.

Устройство и принцип действия акваланга.

История покорения глубин.

Атомная подводная лодка - вершина современного технического прогресса.

История развития российского атомного флота.

Атомные ледоколы - властелины северных морей.

Дискуссии

Подводные города будущего.

Литература

fictionbook.ru/author/stanislav_nikolaevich_zigunenko/100_velikih_zagadok_istorii_flota/ - С.Н. Зигуненко. 100 великих загадок истории флота.

book.uraic.ru/elib/

submarine.id.ru - энциклопедия подводного флота.

www.deepstorm.ru Энциклопедия отечественного подводного флота.

www.submarines.narod.ru «Русский Подплав». Интернет-энциклопедия подводного флота России.

legion.wplus.net Тенденции развития архитектуры подводных лодок.

MEMBRANA: Подводные самолёты. Часть первая: глубокие полёты.

MEMBRANA: Подводные самолёты. Часть вторая: быстрые приводнения.

www.potomy.ru Изобретатели подводной лодки.

www.vokrugsveta.ru «Подводный меч».

3.3 Воздух

Крылья - свобода, только когда раскрыты в полете, за спиной они - тяжесть.

Марина Цветаева

Время, место	Событие
1488-1489 гг., Италия	Леонардо да Винчи предлагает проект вертолета
1783 г., 21 ноября, Париж, Франция	Запуск первого воздушного шара братьями Монгольфье
1783 г., Франция	Жак Француа Пилар де Розье ставит на воздушный шар горелку
1783 г., 21 ноября, Франция	Жак Александр Сезар Шарль поднимается в воздух на шаре, наполненном водородом
1804 г., Англия	Джордж Кейли дал определения подъемной силы, тяги и лобового сопротивления и построил первый моноплан
1872 г., Австрия	П. Хейнлейн построил дирижабль с газовым двигателем внутреннего сгорания
1878 г., Россия	А.Ф. Можайский экспериментально установил зависимость подъемной силы крыла от скорости
1881 г., 3 ноября, Россия	А.Ф. Можайский получает первый в мире патент на самолет
1882 г., 20 июля, Россия	Самолет А.Ф. Можайского совершает первый полёт
1883 г., Франция	Г. и А. Тиссандье поставили на дирижабль электродвигатель
1903 г., 14 декабря, США	Братья Уилбер и Орвилл Райты провели первое испытание своего аэроплана «Флайер»
1903 г., США	С.П. Лэнгли испытывает модель моноплана с бензиновым двигателем
1905 г., Россия	Н.Е. Жуковский сформулировал теорему о подъемной силе крыла
1942 г., 15 мая, СССР, аэродром «Кольцово», Свердловск	Взлетел первый реактивный истребитель БИ-1, пилотируемый капитаном Бахчиванджи
1947 г., 14 октября, США	Самолёт Bell X-1 с ракетным двигателем XLR-11 достиг сверхзвуковой скорости в управляемом полёте
1968 г., 31 декабря, СССР	Совершил полёт Ту-144 - первый в мире пассажирский сверхзвуковой самолёт

Человек всегда с завистью наблюдал за полетом птиц. Неудивительно, что первые попытки полетов были, так или иначе, связаны с имитацией маховых движений птиц. Одним из наиболее ранних свидетельств того, что люди пытались подняться в воздух, является китайская рукопись «Цяньханьшу» («История ранней династии Хань»), относящаяся к 1 в. н.э. В IV в. н.э. изобретатель Го Хун посчитал возможным подъем человека в небо на воздушном змее. Он писал, что при помощи их связки можно «встретить ветер, оседлать его и, не останавливаясь, подняться на высоту 40 ли» (около 200 км).

Попытки практической реализации такого полета предпринимались несколько веков. Причем вероятность удачного приземления была настолько мала, что пилотами в этих летательных аппаратах являлись осужденные на смерть преступники и военнопленные. Поэтому такие попытки можно назвать формой казни и никак нельзя назвать полетом.

Впервые человек поднялся в воздух на достаточно безопасном для него устройстве, по своему внешнему виду и принципу действия даже отдаленно не напоминающему стремительных птиц. Это был воздушный шар. Первый его официально зарегистрированный запуск состоялся в Париже 21 ноября 1783 года. В этот день братья Жозеф Мишель и Жак Этьен Монгольфье запускают шар, наполненный горячим воздухом, а в привязанной снизу корзине находятся первые в мире люди-аэронавты - Жак Француа Пилар де Розье и маркиз Д' Арланд. А первыми аэронавтами были утка, петух и баран, запущенные братьями на два месяца раньше. Имен этих пионеров воздухоплавания история не сохранила.

Наполнение шара горячим воздухом имеет ряд существенных недостатков: так как плотность горячего воздуха ненамного меньше, чем у холодного, для подъема человека шар должен быть очень большим; кроме того, шар быстро остывает и теряет свою подъемную силу.

Жак Француа Пилар де Розье усовершенствует воздушный шар, помещая на него специальную жаровню. Такой шар называется розьером и является сегодня весьма популярным. Проводятся многочисленные соревнования, слеты, праздники, на которых можно увидеть захватывающее зрелище: сотни шаров разного цвета и формы, неторопливо двигаютсяся под шипение газовых горелок.

В те времена таких удобных источников тепла еще не было, поэтому даже усовершенствованные шары Розье были крайне ненадежны. Сам изобретатель погиб в 1885 году при неудачной попытке перелета на своем шаре через пролив Ла-Манш.

Но процесс эволюции шаров уже был запущен. Жак Александр Сезар Шарль, хорошо известный школьникам из учебника физики, поднимается в воздух на шаре, наполненном водородом. Этот способ позволяет уменьшить размеры шара и избавляет от необходимости постоянно его подогревать, но при этом имеет один, но существенный недостаток: водород очень горюч и воспламеняется от малейшей искры.

Воздушные шары стали применяться для увеселительных, спортивных и научных целей, а также в вооруженных силах для наблюдения за противником и передачи сигналов. Это сразу же показало возможные сферы применения летательных аппаратов. Но одна важная функция шарами выполнялась крайне неудовлетворительно: как средство целенаправленного передвижения воздушный шар не мог соперничать не только с паровозом, но даже с самым неторопливым и взбалмошным ослом. Парусные корабли и то давно научились плавать галсами против ветра, а пилот воздушного шара должен бессильно и терпеливо ожидать устойчивого ветра в требуемом направлении.

Естественно, что зародилась идея оснастить аэростат движителем и применить его для дальней разведки, бомбометания, перевозки грузов и пассажиров. Голландец Ван Гекк на воздушном шаре опробовал несущие винты в качестве средства увеличения подъемной силы. Но мускульной силы человека явно недостаточно для преодоления силы ветра, а паровой двигатель по своим внушительным габаритам явно не мог составить компанию такому утонченному созданию, как воздушный шар. Для этого требовался более легкий и мощный двигатель. Именно поэтому управляемые воздухоплавательные аппараты - аэростаты, появились почти через сто лет, после изобретения двигателя внутреннего сгорания.

В 1872 году австриец П. Хейнлейн построил дирижабль с газовым двигателем внутреннего сгорания, который приводил в действие пропеллер.

В 1883 году французские конструкторы Г. и А. Тиссандье поставили на дирижабль электродвигатель. Но требуемые для питания гальванические элементы были едва ли легче, чем старый добрый паровой двигатель, поэтому от идеи пришлось отказаться.

Воздушный шар для уменьшения сопротивления воздуха в направлении движения вытянулся и стал похожим на сосиску, сзади у него появилось оперение, а открытая корзина трансформировалась в теплую и уютную кабину. Этот птеродактиль начала воздушной эры прочно завоевал воздушное пространство. К концу 90-х годов XIX века появилась новая отрасль - дирижаблестроение.

Бразильский аэронавт А. Сантос-Дюмона в 1899 году облетает Эйфелеву башню и возвращается на место! При этом была зарегистрирована скорость в 25 км/ч! Это один из первых удачных коммерческих полетов аэростата, так как бразильцу был вручен первый приз в 100 000 франков.

Но наибольшего расцвета дирижабли достигли благодаря графу Цеппелину, который наряду с Эдисоном, Маркони и Томсоном может по праву называться инноватором, редким образцом сочетания изобретателя и предпринимателя в одном лице.

Естественно, что в книге, посвященной истории технических инноваций, мы просто обязаны более подробно рассмотреть деятельность такого человека и сделать для себя поучительные выводы.

Фердинанд фон Цеппелин родился 8 июля 1838 года в дворянской семье в городе Констанц. После окончания кадетского училища в 1858 году ему было присвоено звание лейтенанта. В этом же году он поступает на курсы в городе Тюбингене, где изучает общественно-политические науки, машиностроение и химию.

С делом всей своей дальнейшей жизни он встречается в США, где в качестве военного наблюдателя в войне между Севером и Югом Фердинанд фон Цеппелин впервые поднимается на воздушном шаре. Уже в Европе он использовал воздушные шары для наблюдения за противником и снискал славу хорошего разведчика.

Начиная с 1874 года, Цеппелин постоянно работал над проектами воздухоплавательных аппаратов. Ему хотелось быть не только наблюдателем, но и активным участником полета. В 1887 г. он предоставил меморандум с изложением своих идей королю Вюртембергскому, в котором был изложен план построения больших летательных аппаратов для использования их в качестве транспорта, как для мирных, так и для военных целей.

И тут он получает первый удар - его проект высмеян и раскритикован всеми, как военными, так и научными кругами.

Но он не сдается, и в 1894 представляет новый проект составного «воздушного поезда» из соединённых между собой аэростатов. И этот проект был подвергнут специалистами острой критике и насмешкам.

Но благодаря настойчивости и фанатичной преданности делу, в 1896 году Цеппелин был принят в ряды Союза немецких инженеров. А благосклонная оценка комиссией его работы позволила ему в 1898 году основать «Акционерное общество содействия воздухоплаванию» с основным (базовым) капиталом в 800 000 золотых марок.

Эти деньги были выпущены в воздух, причем в буквальном смысле: все средства пошли на постройку первого управляемого летательного аппарата Цеппелина - LZ12. Под насмешки зевак на Боденском озере в 1900 году Цеппелин осуществляет три успешных управляемых полёта.

Но это почему-то не убедило Союз инженеров в целесообразности оказания финансовой поддержки. Работы прекратились на несколько лет, и возобновились после того, как изобретателю удалось уговорить оказать помощь короля Вильгельма II Вюртембергского.

И эти деньги ушли туда же - в воздух. В январе 1906 начались испытания нового аппарата - LZ2. При полете забарахлил мотор, Цеппелин приземлился и начал его ремонтировать. И вот новый удар судьбы - вдруг внезапно на короткое время подул ураганный ветер. Он быстро стих, но аппарат уже не подлежал восстановлению.

Третий по счёту летательный аппарат Цеппелина - Z1В изобретатель строит за собственный счёт. В октябре того же 1906 года последняя надежда воздухоплавателя поднимается в небо. И наконец-то безграничное упорство отставного офицера оказывается вознаграждено: правительство Германии выделило средства на строительство нового ангара взамен старого, а в январе 1908 года после ряда успешных испытаний Z1 был приобретён военным ведомством!

Летом 1908 года воодушевленный испытатель запускает новый дирижабль - LZ4. Он пролетает половину Европы и возвращается в Германию. Но незадолго до окончания триумфального полёта, о котором говорил уже весь мир, происходит взрыв водорода и дирижабль прекращает свое существование. Цеппелин начинает собирать пожертвования из разных источников, ему удается собрать более 5,5 млн марок, и в 1909 году фон Цеппелин основывает новую компанию Luftschiffbau-Zeppelin. Весной того же года он пролетел на своём очередном дирижабле 1100 км за 38,5 ч. За свои достижения он был приглашён на торжественный обед в резиденции кайзера Вильгельма II.

Наконец-то на этот вид транспорта обращают внимание военные. Ими было закуплены три аппарата класса «Саксония», в октябре 1912 года - ещё один. Но дирижабли Цеппелина применялись не только в военных, но и в гражданских целях. Так, к 1914 году было совершено 1588 полётов, во время которых были перевезены 34 028 пассажиров.

Наступил звездный час изобретателя, которого никто не может назвать баловнем судьбы - все, чего он достиг, сделано им вопреки, а не благодаря обстоятельствам.

Вершиной технической эволюции дирижаблей стал LZ 127 «Граф Цеппелин», названный, как уже понятно, в честь своего изобретателя, не дожившего до триумфа своей идеи. Этот крупнейший и наиболее передовой дирижабль в мире был построен в Германии в 1928 году. Судьба его оказалась удачной, он провёл в воздухе около 17200 часов, совершил 590 полётов в разные страны мира, преодолел почти 1,7 млн. км, перевёз 13 110 пассажиров и около 70 т грузов и почты; при этом он 143 раза пересёк Атлантический океан и 1 раз - Тихий.

Это был, пожалуй, самый внушительный аппарат из всех, когда-либо поднимаемых в воздух. Длина дирижабля составляла 236,6 м, максимальный диаметр - 30,5 м, объём - 105000 мі, водород размещался в 17 отсеках. Силовая установка состояла из 5 моторов мощностью 530 л.с. каждый.

Даже самые большие современные самолеты по сравнению с этим гигантом выглядят как акулы на фоне синего кита, то есть весьма и весьма скромно.

Полезная нагрузка дирижабля составляла порядка 25-55 т, максимальная скорость - 128 км/ч, крейсерская - около 115 км/ч. Дальность полёта - более 10000 км. Экипаж насчитывал 40-45 человек, что ещё больше подчеркивает сходство дирижабля с большими морскими судами.

Экипаж размещался в гондоле, прикреплённой к передней части корпуса дирижабля. Ее длина составляла 40 м, ширина - 6 м и максимальная высота - 2,25 м. В ее передней части находилась рубка управления, за ней - служебные и далее - пассажирские помещения. Пассажиры размещались в 10 двухместных оборудованных каютах со спальными местами. На этом воздушном судне даже была просторная кают-компания площадью 25 мІ. Через наклонные окна кают и салона обеспечивались достаточно хороший обзор и освещение. Кухня была рассчитана на обслуживание более 50 человек в течение нескольких суток. Кроме того, имелись почта, умывальные комнаты и пр.

Как видно из этого описания, уровню комфорта этого дирижабля могут позавидовать даже современные авиакомпании. Неудивительно, что в начале ХХ века это казалось фантастикой, а стоимость билетов на это чудо техники была сопоставима с сегодняшней стоимостью туристического полета на международную космическую станцию. Именно поэтому Цеппелин - дирижабль и человек ещё и стал символом буржуазной, непомерной роскоши.

Но век этих «динозавров» воздуха подходил к концу, так как мелкие, но быстрые, юркие и более дешевые аэропланы, подобно млекопитающим, постепенно вытеснили величественных, но неповоротливых конкурентов. Ряд катастроф, произошедших с дирижаблями, окончательно подорвал их авторитет. И люди снова вернулись к разработке древней идеи полетов на аппаратах тяжелее воздуха.

Во время Второй мировой войны дирижабли использовались весьма скромно: для противовоздушной обороны. Бомбардировщики не могли опускаться ниже дирижаблей, так как рисковали удариться о многочисленные подцепленные к ним тросы. В результате точность бомбометания значительно понижалась.

Большую роль, как это ни покажется странным, дирижабли сыграли в освоении… космоса! Именно на них человек вышел в космическую «прихожую» - стратосферу, смог изучить космическое излучение, и разработать устройства для нахождения человека в сильно разряженном пространстве.

Сегодня используются аэрозонды для метеонаблюдений и розьеры для спорта и развлечений. Но конструкторы и ученые не исключают возможности возрождения дирижаблей на новом витке научно-технической эволюции.

Но вернемся к идеям создания аппаратов тяжелее воздуха. Машины с неподвижными крыльями, типа воздушных змеев, как мы отмечали выше, если и поднимали человека в воздух, то опускали его на землю невредимым исключительно редко. Данное обстоятельство заставляло изобретателей снова возвращаться к проектам летательных аппаратов с машущими крыльями.

В Институте Франции в Париже имеются рукописи знаменитого художника и великого изобретателя Леонардо да Винчи. Из них можно узнать, что в 1488-1489 гг., он разрабатывал проект аппарата, сегодня называемого вертолетом. Но этот гениальный проект опередил свое время на несколько столетий, и поэтому так и остался только на бумаге.

Первым человеком, определившим и правильно записавшим параметры полета тел тяжелее воздуха, стал англичанин Джордж Кейли. В 1849 - 53 годах он построил два планёра, на одном из них был совершен полёт человека. Естественно, что первый планер был похож на птицу. Его планер как и все последующие был сделан из дерева и обтянут тканью. Планерист управлял аппаратом при помощи рычагов, которые позволяли изменять угол наклона несущих поверхностей крыла.

Планеры с разной степенью удачи разгоняли посредством лошадей, сбрасывали с обрыва и т.п. Иногда планеры зацепляли кучеров, уносили их с собой и падали, не пролетев и десятка метров. Постепенно дальность полетов планеров увеличивалась, а кучеров - уменьшалась. Облик планеров изменяется, они приобретают привычные нам формы: корпус фюзеляжа становится обтекаемым, крылья удлиненными. Но все еще дальность не позволяет перелететь даже достаточно большое поле, поэтому о конкуренции с дирижаблями, пересекающими океаны, пока не может и идти речи.

В России также делались попытки развития идей планеризма. Н.А. Арендт в 1888 г. даже выпустил труд под названием «О воздухоплавании, основанном на принципах парения птиц». Но на этом дело и закончилось. Но все же России удалось внести свой вклад в освоение воздушного океана.

Воздушные шары обзавелись двигателями и стали дирижаблями. Рано или поздно аэропланы также должны были вступить в симбиоз с двигателями и превратиться в нечто новое. И произошло это в России! Создателем первого в мире самолета является Александр Федорович Можайский. Он построил и испытал первый самолет на двадцать лет раньше американцев братьев Райт, которые в Америке и Европе считаются изобретателями самолета.

Александр Федорович был потомственным морским офицером. Мысль о создании летательного аппарата тяжелее воздуха появилась у него еще в 1855 году. Отслужив на боевом корабле положенный срок, в 1876 г. Можайский начал работать над проектом давно задуманного им летательного аппарата. В 1872 г. после множества экспериментов Можайский установил зависимость между подъемной силой и лобовым сопротивлением при различных углах

атаки.

После множества расчетов и экспериментов в 1876 году Можайский построил первую летающую модель самолета. Эта модель, названная им «летучкой», состояла из небольшой лодочки-фюзеляжа, к которой под углом в 3° была прикреплена одна прямоугольная несущая поверхность. Тягу модели создавали три воздушных винта, один из которых располагался в носу лодочки, а два других - в специально сделанных прорезях крыла. Винты приводились в движение заведенной часовой пружиной. Для взлета и посадки модель имела четыре колеса, расположенных под фюзеляжем. Модель совершала устойчивые полеты со скоростью свыше 5 м/с с нагрузкой около 1 кг. Известный инженер-кораблестроитель, член Морского технического комитета, полковник П.А. Богословский писал по этому поводу: «Изобретатель весьма верно решил давно стоящий на очереди вопрос воздухоплавания. Аппарат, при помощи своих двигательных снарядов, не только летает, бегает по земле, но может и плавать. Быстрота полета аппарата изумительная; он не боится ни тяжести, ни ветра и способен летать в любом направлении… Опыт доказал, что существовавшие до сего времени препятствия к плаванию в воздухе блестяще побеждены нашим даровитым соотечественником».

Модель имела размеры, сообразные финансовым возможностям изобретателя. Однако при увеличении размеров модели до параметров настоящего самолета кроме пропорционального увеличения финансирования возникала принципиально новая проблема: винты уже нельзя привести в движение пружинкой, для этого требуется двигатель.

Для решения первой проблемы Можайский в 1877 г. решает «подвергнуть свое изобретение суду научной критики, предложив военному министерству использовать свой проект для военных целей в предстоящей войне с Турцией».

20 января 1877 г. по распоряжению военного министра графа Милютина для рассмотрения проекта Можайского была образована особая комиссия. В состав этой комиссии вошли крупнейшие представители русской науки и техники: в том числе и Д.И. Менделеев, Н.П. Петров (автор всемирно известной гидродинамической теории трения).

После двух заседаний комиссия представила Главному инженерному управлению подробный доклад о проекте Можайского. В докладе было указано, что изобретатель «в основание своего проекта принял положения, признаваемые ныне за наиболее верные и способные повести к благоприятным конечным результатам».

В итоге изобретателю выделено 3000 рублей на дальнейшие работы. 14 февраля 1877 г. Можайский представил Главному инженерному управлению свою программу опытов над моделями летательного аппарата, в которой были предложены принципиальные конструктивные решения постройки самолета: определены размеры и формы рулевых и несущих поверхностей, рассчитана удельная нагрузка на крыло и т.п.

Но самым главным результатом исследований Можайского была формулировка одного из важнейших законов аэродинамики - о значении скорости для создания подъемной силы. В начале 1878 г. он писал: «…для возможности парения в воздухе существует некоторое отношение между тяжестью, скоростью и величиной площади или плоскости, и несомненно то, что чем больше скорость движения, тем большую тяжесть может нести та же площадь».

Математическое обоснование возникновения подъемной силы, как известно, впервые было дано в 1905 г. русским ученым Н.Е. Жуковским в его труде «О присоединенных вихрях», в котором он вывел теорему о подъемной силе крыла.

Весной 1878 г. А.Ф. Можайский представил комиссии подробные чертежи самолета, обоснованные расчетами и пояснительную записку. В описании говорилось, что самолет состоит:

1) из лодки, служащей для помещения машины и людей;

2) из двух неподвижных крыльев;

3) из хвоста, который может подниматься и опускаться и служить для изменения направления полета вверх и вниз, равно через движущуюся в нем вертикальную площадь вправо и влево получать направление аппарата в стороны;

4) из винта большого переднего;

5) из двух винтов малых на задней части аппарата;

6) из тележки на колесах под лодкою, которая служит для того, чтобы аппарат, поставленный площадью своих крыльев, и хвоста наклонно, около 4 градусов к горизонту, переднею частью вверх мог сперва разбежаться по земле против воздуха и получить ту скорость, которая необходима для парения его;

7) из двух мачт, которые служат для укрепления его крыльев и связи всего аппарата по его длине и для подъема хвоста.

Но комиссия, на этот раз состоящая из далеких от науки людей, усомнилась, что аппарат сможет парить в воздухе при помощи воздушных винтов, и предложила автору проекта построить снаряд «…на совершенно иных основаниях, с подвижными крыльями, могущими менять не только свое положение относительно гондолы, но и свою форму во время полета».

Таким образом, комиссия вернулась к заблуждениям китайцев начала нашей эры. Следовать этим советам Можайский, естественно, не стал.

Далее начинается печальная история его обращения в разные инстанции, которая ни к чему не привела. Но Можайский продолжал работать над своим изобретением и 3 ноября 1881 г. он получает патент на изобретенный им «воздухолетательный снаряд». Это был первый в мире патент на самолет, и он был выдан русскому изобретателю-моряку капитану 1 ранга А.Ф. Можайскому.

Далее продолжается типичная для всех изобретателей история с поиском средств на работу. Можайский проявил недюжинное упорство и через череду отказов дошел до царя, который ему отказал окончательно.

На деньги, вырученные от продажи личных вещей и занятые у родных и заинтересованных лиц, Можайский весной 1882 г. закончил сборку самолета. Размах крыльев машины был около 24 м при длине 15 м. При полетном весе около 950 кг полезная нагрузка самолета была 300 кг. Расчетная скорость полета не превышала 40 км/час при общей мощности машин 30 л. с.

20 июля 1882 года на военном поле в Красном селе самолет, поднялся в воздух и, пролетев некоторое расстояние по прямой, сел.

Если после удачных полетов своих дирижаблей Цеппелин получил известность и приличные деньги от Германского правительства, то А.Ф. Можайский не получил ничего: его изобретение хотя и засекретили, но денег не дали.

Несмотря на это, верный своей идее, энтузиаст науки и неутомимый труженик, Можайский сразу после первых испытаний приступил к улучшению созданной им конструкции самолета и спроектировал для него новые, более мощные машины.

Однако в итоге, под давлением иностранных специалистов, идея Можайского была окончательно похоронена. После смерти изобретателя его самолет долгие годы стоял под открытым небом в Красном селе и, после того как военное ведомство отказалось его купить, был впоследствии разобран и перевезен в имение Можайских близ Вологды.

Основываясь на опытах А.Ф. Можайского, русские инженеры-конструкторы создали в 1913 г. на Балтийском заводе в Петербурге тяжелый самолет «Русский витязь». Вслед за ним в 1914 г. была построена серия самолетов типа «Илья Муромец» улучшенной конструкции. Это был первый в мире тяжелый многомоторный бомбардировщик с моторами, расположенными в крыле. Исключительным по своим качествам оказался самолет-гигант «Святогор», спроектированный в 1915 г. конструктором В.А. Слесаревым.

Братья Уилбер и Орвилл Райты, считающиеся изобретателями самолета, задумали его постройку лишь в 1902 г. после удачных испытаний планера.

14 декабря 1903 г. конструкторы провели первое испытание своего аэроплана «Флайер», в ходе которого удалось продержаться в воздухе всего 3,5 сек. и пролететь 32 м. Братья боялись, что их изобретение будет украдено, и изо всех сил старались его скомпроментировать перед журналистами, чтобы не привлекать внимания «патентных воров». Им это удалось на славу, так что когда пришло время выйти «в свет», их изобретением никто особо не заинтересовался.

Более того, 50000 долларов, заплаченные американскими военными изобретателю С.П. Лэнгли только за краткий вид падения его самолета в реку Потомак, заставили их настороженно отнестись к проектам братьев. Этот краткий полет с приводнением в 1903 году как-то не очень торжественно знаменовал появление монопланов - самолетов с одной несущей плоскостью.

С 1908 братья начали войну с изобретателем - промышленником Гленном Кёртиссом, который в свое время не прятал свои достижения, а наоборот, успешно развил дело по постройке и продаже самолетов. С точки зрения братьев он нарушал их патентные права. В январе 1914 года Окружной апелляционный суд утвердил решение суда в пользу Райт против Кёртисса, но «патентная война» продолжалась до 1920-х годов. В результате братья были окончательно признаны «правообладателями», но их имя в результате долгих и неприглядных тяжб стало нарицательным, символизирующим жадность и стяжательство. Поэтому и случилось то, чего братья боялись больше всего: они не смогли выжать максимальную прибыль от использования своего изобретения.

...