Зачем они возвращаются: нужны ли сегодня дирижабли

Дирижабль — это управляемый самодвижущийся аэростат. В отличие от обычного воздушного «шара, который летит» исключительно по направлению ветра и может маневрировать только по высоте в попытке поймать ветер нужного направления, дирижабль способен двигаться относительно окружающих воздушных масс в направлении, выбранном пилотом. Для этой цели летательный аппарат оснащен одним или несколькими двигателями, стабилизаторами и рулями, а также имеет аэродинамическую («сигарообразную») форму. В свое время дирижабли «убила» не столько череда ужаснувших мир катастроф, сколько авиация, развивавшаяся в первой половине ХХ века сверхбыстрыми темпами. Дирижабль тихоходен — даже самолет с поршневыми двигателями летает быстрее. Что уж говорить о турбовинтовых и реактивных машинах. Разгонять дирижабль до самолетных скоростей мешает большая парусность корпуса — сопротивление воздуха слишком велико. Правда, время от времени говорят о проектах сверхвысотных дирижаблей, которые поднимутся туда, где воздух сильно разрежен, а значит, и сопротивление его значительно меньше. Это якобы позволит развивать скорость в несколько сотен километров в час. Однако пока подобные проекты проработаны только на уровне концепции.

Проигрывая авиации в скорости, управляемые аэростаты при этом имеют ряд важных преимуществ, благодаря которым, собственно, возрождается дирижаблестроение. Во-первых, сила, которая поднимает аэростат в воздух (известная всем со школьной скамьи сила Архимеда), совершенно бесплатна и не требует затрат энергии, в отличие от подъемной силы крыла, которая напрямую зависит от скорости аппарата, а значит, от мощности двигателя. Дирижаблю же двигатели нужны в основном для перемещения в горизонтальной плоскости и маневрирования. Поэтому летательные аппараты такого типа могут обходиться моторами значительно меньшей мощности, чем потребовались бы самолету при равной величине полезной нагрузки. Отсюда, а это уже во-вторых, вытекает большая по сравнению с крылатой авиацией экологическая чистота дирижаблей, что в наше время чрезвычайно важно.

Третий плюс дирижаблей — их практически неограниченная грузоподъемность. Создание сверхгрузоподъемных самолетов и вертолетов имеет ограничения по прочностным характеристикам конструкционных материалов. Для дирижаблей же таких ограничений нет, и воздушный корабль с полезной нагрузкой, например, 1000 т — вовсе не фантастика. Добавим сюда возможность длительное время находиться в воздухе, отсутствие необходимости в аэродромах с длинными взлетно-посадочными полосами и большую безопасность полетов — и у нас получится внушительный список достоинств, которые вполне уравновешивают тихоходность. Впрочем, и тихоходность, как выяснилось, можно скорее отнести к достоинствам воздушных кораблей. Но об этом чуть позже.

Наша страна — один из мировых центров возрождающегося дирижаблестроения. Лидер отрасли — группа компаний «Росаэросистемы». Побеседовав с ее вице-президентом Михаилом Талесниковым, мы выяснили, как устроены современные российские дирижабли, где и как они используются и что нас ждет впереди.

Сегодня в работе находятся два типа дирижаблей, созданных конструкторами «Росаэросистем». Первый тип — это двухместный дирижабль AU-12 (длина оболочки 34 м). Аппараты такой модели существуют в трех экземплярах, и два из них время от времени используются московской милицией для патрулирования МКАД. Третий дирижабль продан в Таиланд и применяется там в качестве рекламного носителя.

Гораздо более интересная работа у дирижаблей системы AU-30. Аппараты этой модели отличаются более крупными габаритами (длина оболочки 54 м) и, соответственно, большей грузоподъемностью. Гондола AU-30 способна вместить десять человек (двух пилотов и восемь пассажиров). Как рассказал нам Михаил Талесников, в настоящее время ведутся переговоры с заинтересованными сторонами о возможности организации элитных воздушных туров. Полет на небольшой высоте и на малой скорости (вот оно — преимущество тихоходности!) над красивыми природными ландшафтами или памятниками архитектуры и в самом деле сможет стать незабываемым приключением. Подобные туры проходят в Германии: дирижабли возрожденной марки Zeppelin NT катают туристов над живописным озером Бодензее, в тех самых краях, где когда-то отправился в полет первый немецкий дирижабль. Однако российские дирижаблестроители уверены, что главное предназначение их аппаратов не реклама и развлечения, а выполнение серьезных задач промышленного характера.

Вот пример. Энергетические компании, имеющие в своем распоряжении линии электропередач, должны регулярно проводить мониторинг и диагностику состояния своих сетей. Удобнее всего это делать с воздуха. В большинстве стран мира для такого мониторинга применяются вертолеты, однако у винтокрылой машины есть серьезные недостатки. Помимо того что вертолет неэкономичен, у него еще и весьма скромный радиус действия — всего 150−200 км. Понятно, что для нашей страны с ее многотысячекилометровыми расстояниями и обширным энергетическим хозяйством это слишком мало. Есть и еще одна проблема: вертолет в полете испытывает сильную вибрацию, в результате чего чувствительное сканирующее оборудование дает сбои. Движущийся медленно и плавно дирижабль, способный преодолевать тысячи километров на одной заправке, напротив, идеально подходит для задач мониторинга. В настоящий момент одна из российских фирм, разработавших основанное на лазерных технологиях сканирующее оборудование, а также программное обеспечение к нему, использует два дирижабля AU-30 для оказания услуг энергетикам. Дирижабль этого типа может применяться и для разнообразных видов мониторинга земной поверхности (в том числе в военных целях), а также для картографирования.

Практически все современные дирижабли, в отличие от цеппелинов довоенной эпохи, относятся к мягкому типу, то есть форма их оболочки поддерживается изнутри давлением подъемного газа (гелия). Объясняется это просто — для аппаратов сравнительно небольших размеров жесткая конструкция неэффективна и уменьшает полезную нагрузку из-за веса каркаса.

Несмотря на то что дирижабли и аэростаты относят к классу аппаратов легче воздуха, многие из них, особенно при полной загрузке, имеют так называемый перетяж, то есть превращаются в аппараты тяжелее воздуха. Это относится и к AU-12 и AU-30. Выше мы уже говорили о том, что дирижаблю, в отличие от самолета, двигатели нужны в основном для горизонтального полета и маневрирования. И вот почему «в основном». «Перетяж», то есть разница между силой земного притяжения и архимедовой силой, компенсируется за счет небольшой подъемной силы, которая появляется, когда встречный поток воздуха набегает на имеющую специальную аэродинамическую форму оболочку дирижабля — в данном случае она работает как крыло. Стоит дирижаблю остановиться — и он начнет опускаться к земле, ведь архимедова сила не полностью компенсирует силу притяжения.

Дирижабли AU-12 и AU-30 имеют два режима взлета: вертикальный и с небольшим пробегом. В первом случае два винтовых двигателя с переменным вектором тяги переходят в вертикальное положение и таким образом отталкивают аппарат от земли. После набора небольшой высоты они переходят в горизонтальное положение и толкают дирижабль вперед, в результате чего возникает подъемная сила. При посадке двигатели вновь переходят в вертикальное положение и включаются на реверсивный режим. Теперь дирижабль, напротив, притягивается к земле. Такая схема позволяет преодолеть одну из главных проблем эксплуатации дирижаблей в прошлом — сложность со своевременной остановкой и точным причаливанием аппарата. Во времена могучих цеппелинов их приходилось буквально отлавливать за спущенные вниз тросы и закреплять у земли. Причаливающие команды насчитывали в те времена десятки и даже сотни человек.

При взлете с пробегом двигатели изначально работают в горизонтальном положении. Они разгоняют аппарат до возникновения достаточной подъемной силы, после чего дирижабль поднимается в воздух.

Маневрирование по высоте и управление подъемной силой пилот осуществляет, в частности, меняя тангаж (угол наклона горизонтальной оси) дирижабля. Этого можно добиться как с помощью закрепленных на стабилизаторах аэродинамических рулей, так и путем изменения центровки аппарата. Внутри оболочки, накачанной находящимся под небольшим давлением гелием, находятся два баллонета. Баллонеты — это мешки из воздухонепроницаемой материи, в которые нагнетается забортный воздух. Управляя объемом баллонета, пилот изменяет давление подъемного газа. Если баллонет раздувается, гелий сжимается и плотность его растет. При этом архимедова сила падает, что приводит к снижению дирижабля. И наоборот. При необходимости можно перекачивать воздух, например, из носового баллонета в кормовой. Тогда при изменении центровки угол тангажа примет положительное значение, а дирижабль перейдет в кабрирующее положение.

Нетрудно заметить, что современный дирижабль имеет довольно сложную систему управления, предусматривающую работу рулями, варьирование режима и вектора тяги двигателей, а также изменение центровки аппарата и величины давления подъемного газа с помощью баллонетов.

Еще одно направление, в котором работают отечественные дирижаблестроители, — это создание тяжелых грузопассажирских дирижаблей. Как уже говорилось, для дирижаблей ограничений по грузоподъемности практически не существует, а потому в перспективе могут быть созданы настоящие «воздушные баржи», которые будут способны перевозить по воздуху почти все что угодно, включая сверхтяжелые негабаритные грузы. Задача упрощается тем, что при изменении линейных габаритов оболочки грузоподъемность дирижабля вырастает в кубической пропорции. К примеру, AU-30, имеющий оболочку длиной 54 м, может брать на борт до 1,5 т полезного груза. Дирижабль нового поколения, разрабатываемый сейчас инженерами «Росаэросистем», при длине оболочки всего на 30 м больше возьмет полезную нагрузку 16 т! В перспективных планах группы компаний — строительство дирижаблей с полезной нагрузкой 60 и 200 т. Причем именно в этом сегменте дирижаблестроения должна произойти маленькая революция. Впервые за многие десятилетия в воздух поднимется дирижабль, выполненный по жесткой схеме. Подъемный газ будет помещаться в мягких баллонах, жестко прикрепленных к каркасу, укрытому сверху аэродинамической оболочкой. Жесткий каркас добавит дирижаблю безопасности, так как даже в случае серьезной утечки гелия аппарат не утратит аэродинамическую форму.

Другой интересный проект, по которому в группе компаний «Росаэросистемы» уже проведены НИОКР, — это геостационарный стратосферный дирижабль «Беркут». В основе идеи — свойства атмосферы. Дело в том, что на высоте 20−22 км ветровой напор относительно невелик, причем ветер имеет постоянное направление — против вращения Земли. В таких условиях довольно легко с помощью тяги двигателей зафиксировать аппарат в одной точке относительно поверхности планеты. Стратосферный геостационар можно использовать практически во всех областях, в которых сейчас применяются геостационарные спутники (связь, передача теле- и радиопрограмм и т. д.). При этом дирижабль «Беркут» будет, разумеется, существенно дешевле любого космического аппарата. Кроме того, если спутник связи выходит из строя, ремонту он уже не подлежит. «Беркут» же в случае любых неполадок всегда можно будет спустить на землю, чтобы провести необходимую профилактику и ремонт. И наконец, «Беркут» — это абсолютно экологически чистый аппарат. Энергию для двигателей и ретранслирующей аппаратуры дирижабль возьмет от солнечных батарей, размещенных на верхней части оболочки. В ночное время питание будет производиться за счет аккумуляторов, накопивших электричество в течение дня.

Все дирижабли, о которых шла речь в этой статье, относятся к газовому типу. Однако существуют еще и тепловые дирижабли — фактически управляемые монгольфьеры, в которых подъемным газом служит нагретый воздух. Они считаются менее функциональными, чем их газовые собратья, в основном из-за более низкой скорости и худшей управляемости. Основная сфера применения тепловых дирижаблей — аэрошоу и спорт. И именно в спорте России принадлежит высшее достижение.

17 августа 2006 года пилот Станислав Федоров достиг на тепловом дирижабле российского производства «Полярный гусь» высоты 8180 м. Однако и спортивным дирижаблям, возможно, будет найдено практическое применение. «Полярный гусь», поднявшись на высоту 10−15 км, сможет стать своего рода первой ступенью системы космических запусков. Известно, что при космических стартах значительное количество энергии тратится именно на начальной стадии подъема. Чем дальше от центра Земли находится стартовая площадка, тем больше экономия топлива и тем большую полезную нагрузку удается вывести на орбиту. Именно поэтому космодромы стараются размещать ближе к экваториальной области, чтобы выиграть (за счет приплюснутой формы Земли) несколько километров.