Основные типы аэростатов
По техническому решению аэростаты делятся на два основных типа. Газонаполненные аэростаты французский профессор Жак-Александр-Сезар Шарль. Первый беспилотный полет аэростат Шарля совершил 28 августа 1783 года. Первый пилотируемый свободный полет на газонаполненном аэростате состоялся 1 декабря 1783 года, пилотами были сам профессор Шарль и механик Робер. В честь изобретателя газонаполненные аэростаты некоторое время называли шарльерами. Оболочка газонаполненного аэростата наполнялась водородом, иногда - более дешевым метаном. Сейчас для этого типа аэростатов применяется гелий. Иначе устроен тепловой аэростат, называемый также монгольфьером. У монгольфьеров оболочка наполнена горячим воздухом или паровоздушной смесью. Для поддержания высокой температуры воздуха внутри оболочки монгольфьеры оснащены горелками, работающими чаще всего на природном газе. Изобретателями теплового аэростата являются французские фабриканты братья Жозеф и Этьен Монгольфье. Увлекшись естественными науками, братья Монгольфье 5 июня 1783 года подняли в небо первый беспилотный тепловой аэростат. 19 сентября того же года ими был осуществлен подъем на монгольфьере животных. На высоту около полукилометра баран, утка и петух. Полет прошел успешно, возможность безопасного пребывания человека в небе была доказана.Первый пилотируемый полет
Подготовка пилотируемого полета потребовала от братьев Монгольфье оснащения своего аэростата топкой. Пока шли эксперименты, Этьен Монгольфье и молодой физик Пилатр де Розье осуществляли подъемы на привязном монгольфьере. 21 ноября 1783 года состоялся первый свободный пилотируемый полет аэростата. На борту находились Пилатр де Розье и маркиз д‘ Арланд. Пилоты регулировали температуру воздуха в оболочке, подбрасываю солому в топку. Полет продолжался около двадцати минут и прошел благополучно. Таким образом, приоритет в изобретении пилотируемого воздушного шара принадлежит братьям Этьену и Жозефу Монгольфье. Первыми людьми, поднявшимися в воздух, стали физик Пилатр де Розье и маркиз д‘ Арланд.Резиновый воздушный шарик
У игрушечного резинового тоже есть изобретатель. В 1824 году известный английский физик Майкл Фарадей склеил из двух пластин каучука эластичную газонепроницаемую оболочку для исследований водорода. Через несколько десятилетий именно этот в небо пузырь стал излюбленной игрушкой детей. Сейчас вместо горючего водорода в воздушных шариках применяется безопасный гелий.Название этого летательного аппарата легче воздуха говорит само за себя. Огромную оболочку из непроницаемого для газа материала - прорезиненной ткани или пластика - надувают либо теплым воздухом, который, как известно, легче холодного, либо легким газом (водородом или гелием), и воздушный шар поднимается, увлекая за собой корзину с пассажирами.
Шар, надутый теплым воздухом, назвали монгольфьером - по имени французов, братьев Жозефа и Этьена Монгольфье. Летом 1783 г. они соорудили воздушный шар, первыми пассажирами которого были баран и петух. Полет прошел удачно. Убедившись, что полеты безопасны, на монгольфьерах стали летать и люди. Первый такой полет в ноябре того же 1783 г. совершили французы Пилатр де Розье и д"Арланд. Так началась эра воздухоплавания - полетов на летательных аппаратах легче воздуха.
Поскольку монгольфьеры летали очень недолго - они опускались вниз, как только в них остывал воздух,- полеты на них были лишь чисто развлекательными. Для полетов с практическими, военными и научными целями стали использовать воздушные шары, надуваемые водородом или гелием. Для наблюдения солнечного затмения в 1887 г. на таком шаре совершил полет известный русский ученый Д. И. Менделеев.
Постепенно воздушные шары стали делать самых различных форм. Поэтому название - воздушный шар - устарело. В наше время все летательные аппараты легче воздуха называют аэростатами.
В 30-е гг. XX в. было построено несколько высотных аэростатов, предназначенных для исследования верхних слоев атмосферы - стратостатов. Чтобы люди могли подолгу находиться на большой высоте, не страдать от недостатка кислорода, гондола стратостата, в которой находился экипаж, делалась герметичной. Стратостаты с такими кабинами достигали высоты свыше 20 км.
Однако свободно летящий аэростат - игрушка ветра. Он летит не туда, куда хочет экипаж, а куда тянет его поток воздуха. Поэтому широкого распространения неуправляемые аэростаты не получили. На смену им пришли сначала управляемые аэростаты - дирижабли, а потом и летательные аппараты тяжелее воздуха - самолеты и вертолеты. Правда, во время первой и второй мировых войн в армиях многих стран в качестве подвижных наблюдательных пунктов, для подвески радиоантенн, воздушных заграждений против авиации противника использовались привязные аэростаты, связанные с наземной поверхностью прочным стальным тросом.
В настоящее время воздушные шары находят себе применение в метеорологии (см. Метеорологическая техника) для запуска на большие высоты автоматических метеорологических станций и в спортивных целях. Современные прочные газонепроницаемые материалы, газовые горелки, позволяющие без особых хлопот поддерживать высокую температуру воздуха внутри шара достаточно продолжительное время, дали возможность достичь высокой безопасности таких спортивных полетов. Спортсменам на воздушных шарах порой удается преодолеть весьма значительные расстояния. Так, в 1978 г. был совершен благополучный перелет на воздушном шаре через Атлантический океан.
Вопрос о том, кто изобрел воздушный шар, наверняка будет интересен каждому школьнику. Ведь данный летательный аппарат был создан в далеком 18 веке и выдержал проверку временем, так как его используют в воздухоплавании и в наши дни. Техника и материалы меняются и совершенствуются, однако принцип действия остался на протяжении веков все тем же. Именно поэтому обращение к личностям тех людей, которые придумали это новое удивительное средство передвижения, представляется особенно актуальным.
Краткая биография
Изобретателями были братья Монгольфье. Они жили в небольшом французском городке Анноне. Оба с детства увлекались науками, ремеслами, техникой. Их отец был предпринимателем, у него была своя бумажная фабрика. После его смерти старший из братьев Жозеф-Мишель унаследовал ее и впоследствии использовал для своего изобретения.
За свои научные достижения он впоследствии стал администратором знаменитой парижской Консерватории искусств и ремесел. Его младший брат Жак-Этьен был по своему образованию архитектором.
Он увлекался научными трудами выдающегося британского ученого-естествоиспытателя открывшего кислород. Это увлечение привело к тому, что он стал принимать участие во всех экспериментах старшего брата.
Предпосылки
Рассказ о том, кто изобрел необходимо начать с объяснения условий, которые сделали возможным столь удивительное открытие. Ко второй половине 18 века уже был сделан ряд важнейших научных открытий, который позволил братьям реализовать на практике собственные наблюдения. Выше уже говорилось об открытии кислорода. В 1766 году другой британский исследователь Г. Кавендиш открыл водород - вещество, которое впоследствии стало активно использоваться в воздухоплавании. Примерно за десять лет до проведения знаменитого опыта с поднятием воздушного шара известный французский ученый А. Л. Лавуазье разработал теорию о роли кислорода в процессах окисления.
Подготовка
Итак, история о том, кто изобрел воздушный шар, тесно связана с научной жизнью второй половины 18 века. В данном случае важно отметить, что подобное изобретение стало возможно благодаря вышеперечисленным открытиям. Братья не только были в курсе последних научных открытий, но и пытались претворить их в жизнь.
Именно эта мысль и подтолкнула их к созданию шара.
В их распоряжении были все необходимые материалы для его изготовления: бумажная фабрика, оставленная им от отца, обеспечивала их бумагой, тканями. Поначалу они делали большие кульки, наполняли их горячим воздухом и запускали в небо. Первые несколько опытов подтолкнули их к идее создания большого шара. Поначалу они наполняли его паром, однако это вещество при поднятии быстро остывало, оседало в виде водяных осадков нас стенках материи. Затем было принято решение использовать водород, который, как известно, легче воздуха.
Однако этот легкий газ быстро испарялся и улетучивался через стенки материи. Не помогла даже обшивка шара бумагой, через которую газ все равно быстро исчезал. К тому же водород был очень дорогим веществом, и браться смогли раздобыть его с большим трудом. Нужно было искать другой способ для успешного завершения эксперимента.
Предварительные пробы
При описании деятельности тех, кто изобрел воздушный шар, необходимо указать на те препятствия, которым пришлось столкнуться братьям, прежде чем их эксперимент успешно завершился. После первых двух неудачных попыток поднять конструкцию в воздух Жозеф-Мишель предложил использовать не водород, а горячий дым.
Этот вариант показался братьям удачным, поскольку это вещество также было легче воздуха и, следовательно, могло поднять шар вверх. Новый опыт оказался успешным. Слух об этом успехе быстро распространился по всему городку, и жители стали просить братьев провести публичный опыт.
Полет 1783 года
Братья назначили испытание на 5 июня. Оба тщательно готовились к этому знаменательному событию. Они изготовили шар, который весил больше 200 килограммов. Он был без корзинки - того непременного атрибута, который мы привыкли видеть в современных конструкциях. К нему были прикреплены специальный пояс и несколько канатов для удержания его в нужном положении до тех пор, пока он воздух внутри оболочки будет нагреваться. Воздушный шар братьев Монгольфье имел весьма внушительный вид и произвел огромное впечатление на собравшихся. Его горловину поместили над костром, который разогревал воздух. Восемь помощников удерживали его за веревки снизу. Когда оболочка наполнилась горячим воздухом, шар поднялся вверх.
Второй полет
Воздушный шар с корзиной был также изобретен этим людьми. Однако этому предшествовал огромный резонанс, который имело открытие никому неизвестных исследователей из маленького французского городка. Этим открытием заинтересовались ученые из Академии наук. Сам король Людовик XVI проявил такой интерес к полету шара, что братьев вызвали в Париж. на сентябрь 1783 года был назначен новый полет. Братья прикрепили к шару ивовую корзину и утверждали, что она выдержит пассажиров. Они хотели полететь сами, однако в газетах развернулась острая дискуссия по поводу большого риска. Поэтому для начала было решено поднять в корзине животных. В назначенный день, 19 сентября, шар в присутствии ученых, придворных и короля поднялся наверх вместе с «пассажирами»: петухом, бараном и уткой. После небольшого полета шар зацепился за ветки деревьев и опустился на землю. Выяснилось, что животные чувствуют себя хорошо, и тогда было принято решение о том, воздушный шар с корзиной выдержит и человека. Через некоторое время первый в мире воздушный полет осуществили Жак-Этьен и известный французский ученый, физик и химик Пилатр де Розье.
Типы шаров
В зависимости от вида газа, которым заполняют оболочку, принято выделять три разновидности этих летательных устройств. Те, которые поднимаются с помощью разгоряченного воздуха, называются монгольфьерами - по фамилии его создателей. Это один из наиболее удобных и безопасных способов наполнения материи газом, который легче воздуха и, соответственно, может поднять корзину с находящимися в ней людьми. Разные виды воздушных шаров позволяют путешественникам выбирать наиболее удобный способ передвижения. Особое значение в данной конструкции имеет горелка воздушного шара.
Ее назначение состоит в том, чтобы постоянно нагревать воздух. В тех случаях, когда нужно опустить шар, необходимо открыть специальный клапан в оболочке для того, чтобы остудить воздух. Те шары, внутренность которых наполняют водородом, получили название шарльеры - по имени другого выдающегося французского химика-изобретателя, современника братьев Монгольфьеров Жака Шарля.
Другие типы аппаратов
Заслуга этого исследователя заключается в том, что он самостоятельно, не используя разработки своих выдающихся соотечественников, изобрел собственный шар, наполнив его водородом. Впрочем, его первые опыты были неудачными, так как водород, будучи взрывоопасным веществом, вступив в контакт с воздухом, взорвался. Водород является взрывоопасным веществом, поэтому его использование при наполнении оболочки летательных аппаратов сопряжен с определенными неудобствами.
Воздушные шары с гелием также называются шарльерами. Молекулярный вес этого вещества больше чем у водорода, он обладает достаточной грузоподъемностью, он безвреден и безопасен. Единственным недостатком этого вещества является его дороговизна, поэтому его используют для пилотируемых аппаратов. Те шары, которые наполняются наполовину воздухом, наполовину - газами, получили название розьеров - по имени другого современника братьев Монгольфьеров - упомянутого Пилатра де Розьера. Он разделил оболочку шара на две части, одну из которых наполнил водородом, другую - горячим воздухом. Он попытался осуществить полет на своем аппарате, однако водород загорелся, и он вместе со своим спутником погиб. Тем не менее придуманный им тип аппарата получил признание. Воздушные шары с гелием и воздухом, или водородом используются в современном воздухоплавании.
Сложно представить, да, чтобы плетеная корзина воздушного шара стоила как новый Rolls Roice - больше полумиллиона долларов? Но именно в такой корзине полетит Федор Конюхов в одиночное путешествие вокруг земного шара. Конечно, она совсем не плетеная, напичкана электроникой и современным оборудованием, и больше похожа на батискаф, чем на старую добрую гондолу для воздушного шара...
Гондола шара "Мортон", на котором полетит Конюхов, была разработана и изготовлена специально для этого проекта в английском Бристоле. Она является одновременно и кабиной для управления полетом шара, и жилым домом для Федора, и спасательной шлюпкой с полной автономностью до 7 дней. Здесь навигационная рубка, место для сна, печка на которой можно разогреть еду - вот тот минимум удобств, который есть у пилота в гондоле. На изготовление и полное оснащение гондолы ушел почти год, а стоимость превысила 500 тысяч долларов.
Для отправки столь нестандартного и хрупкого груза из Бристоля были задействованы силы сети экспресс-доставки на международном уровне. Маршрут был рассчитан специально с учетом негабаритных размеров гондолы таким образом, чтобы на всем пути использовались только самые большие самолеты DHL, позволяющие загрузить и безопасно транспортировать такой нестандартный груз. Сначала из Бристоля на автомобильном транспорте она была доставлена в Восточный Мидландс, затем самолетом следовала по маршруту: Бристоль - Лейпциг - Бангкок - Сингапур - Сидней, а затем из Сиднея официальный автомобиль экспедиции Toyota Hilux доставил гондолу на базу команды в Нортхэм.
Ниже смотрите, как выглядит эта технологичная корзина внутри...
2. Гондола изготовлена из сверхпрочного и легкого углепластика и имеет габариты 2х2,2х1,6м. Попасть в гондолу можно через люк, расположенный на крыше, который также выполняет функцию смотрового окна.
Под днищем гондолы установлены два киля для сохранения плавучести на случай вынужденной посадки в океан. Внутри гондола напоминает отсек спасательной шлюпки с автономностью до 7 дней.
3. Как таковой передней и задней частей у гондолы нет. Но условно их можно определить следующим образом: там, где располагается все навигационное оборудование - передняя часть, а где системы жизнеобеспечения - задняя.
Штурманское место выглядит впечатляюще. Все передняя панель заполнена дисплеями, приборами и управляющими тумблерами.
На центральной консоли большой дисплей многофункционального навигатора
4. Штурманский столик и бортовой журнал на нем.
Навигационное оборудование и радиосвязь аналогичны тем, что установлены в кабине самолета. Без них невозможно было бы получить разрешения на вылет и пролет в зоне активного авиатрафика.
5. Гондола оборудована автопилотом. Спросите, что это означает, ведь у воздушного шара нет крыльев, руля высоты и вообще какого-либо руля? Задача автопилота поддерживать шар в заданном диапазоне высот, не давая выйти из воздушного потока.
Делается это при помощи управления горелками. Когда необходимо, подогревается воздух под оболочкой шара, когда необходимо, часть теплого воздуха стравливается.
6. Рабочие записи Федора Конюхова для радиообмена с авиадиспетчерами. Буквы здесь называются не так, как мы привыкли, а по первым звукам в английский словах: А - Альфа, Б - Браво и т.д... Причем, эти слова четко определены и используются авиадиспетчерами по всему миру.
7. Есть и кнопка SOS глобальной системы спасения КОСПАС-SARSAT
Это международная спутниковая система, которая является одной из основных частей глобальной морской системы спасения при бедствии и предназначена для обнаружения и определения местоположения судов, самолетов, других объектов, потерпевших аварию.
Функционирует она следующим образом. Покупается буй этой системы, который, фактический, является неким "страховым полисом".
Стоимость его достаточно высока, что позволяет аккумулировать системе спасения очень крупные суммы, которые направляются, в случае необходимости, на организацию спасательной операции. Иногда такие операции стоят сотни тысяч долларов.
Первый практический случай спасения людей с помощью системы произошел 10 сентября 1982 года еще на стадии отработки технических средств системы, когда советский спутник «Космос-1383» ретранслировал сигнал бедствия с разбившегося в горах Канады небольшого самолета. Аварийный сигнал через спутник был принят канадской наземной станцией. В результате спасательной операции были спасены три человека. На начало 2002 года с помощью системы КОСПАС-SARSAT спасено более 10 000 человек. В одном только 1998 году произведено 385 спасательных операций, в результате которых было спасено 1334 человека.
Количество же проданных спасательных модулей-буев на данный момент превышает 1 миллион
8. Управление системой жизнеобеспечения кабины. Она оборудована печкой, т.к. на высоте 5-10 км, на которых будет проходить полет в течение 2 недель очень холодно. Ни один пуховик не спасет, поэтому в кабине нужно нагревать воздух.
По техническим причинам кабину нельзя сделать герметичной, как салон самолета, чтобы в ней было комфортно находиться все две недели полета.
Дело в том, что в процессе полета Федору придется не один раз выбираться на верхнюю часть гондолы для работы с горелками, отстегивания пустых баллонов из-под газа и переключения шлангов подачи газа с пустых баллонов на полные.
9. Будильник, который был у Федора на лодке, когда он переплывал на ней Атлантику и Тихий океан.
10. Рабочие записи... Они пригодятся там, в небе, во время экспедиции
11. Задняя часть гондолы, она же бытовая. Кармашки для мелочей, трубы отопления, по которым будет циркулировать теплый воздух
12.
13. Внутренний объем не такой уж и большой, как может показаться. В передней части навигационная панель, по бокам рундуки, одновременно являющиеся и спальным местом. В них, внизу, хранятся необходимые вещи, продукты, запас воды.
14. Верхняя часть гондолы. Она не менее технологичная, чем внутренняя. Это система горелок, которые должны безотказно отработать во время всего перелета на экстремальных высотах при экстремальных температурах
15. Подвес гондолы. Стальные тросы пропущены сквозь корпус из карбона насквозь.
16. Наружная часть печки.
17. Место входа кабелей, идущих от внешнего навигационного оборудования.
18. Горелки снизу во время тестовых пусков.
19. GPS-передатчики расположены примерно в метре от гондолы на внешних штангах. Здесь же будет закреплено несколько камер GoPro, запитанных на постоянной основе. Управление из гондолы при помощи пульта ДУ. Если включить на постоянную запись, надолго карты памяти не хватит...
20. Телеметрический модуль ОКО, который будет мониторить полет Федора.
Этот уникальный аппарат сконструировали инженеры «Русского технического общества», которое является одним из технологических партнеров подготовки кругосветного полета Федора Конюхова на воздушном шаре «Мортон».
Устройство представляет собой куб 17х17х17 см. Оно оснащено бортовым компьютером, который будет записывать характеристики и параметры полета: высоту полета, атмосферное давление, GPS/Глонасс-координаты, скорость перемещения гондолы, направление полета, температуру окружающей среды, ускорение, крен, уровень освещённости, уровень радиации и т.д. Всего модуль будет отслеживать более 20 различных параметров. Кроме того, в устройство встроена фото-видеокамера, которая будет делать 1 снимок каждые 2 минуты на протяжении двух недель полета. Питание автономное при помощи солнечных батарей.
21. Каждый вечер на протяжении недели экспедиционная Toyota Hilux выкатывает прицеп с гондолой из ангара для отработки Федором Конюховым навыков работы с горелками. В вечернем свете это выглядит очень красиво!
22. Во время полета Федору придется быть постоянно в теплом комбинезоне и использовать для дыхания кислородную маску. Огромный баллон с кислородом также будет находиться в гондоле..
Серия репортажей о подготовке кругосветной экспедиции Федора Конюхова осуществляется благодаря спонсору экспедиции и официальному автомобилю команды
На воздушном шаре нет ни моторов, ни привычного нам руля. Из всего технологического арсенала — только горелки, мешки с песком и специальный клапан в верхней части купола для травления воздуха. Как же управлять этим летательным аппаратом?
Из истории воздухоплавания
Появление на свет воздушных шаров стало первым реальным воплощением вековой мечты человечества о покорении пятого океана. В 1306 году французский миссионер Бассу впервые описал, как находясь в Китае, стал свидетелем полета воздушного шара при вступлении на престол императора Фо Киена.
Однако родиной воздухоплавания считается французский городок Аннонэ, где 5 июня 1783 года братья Этьен и Жозеф Монгольфье подняли в небо созданный ими шарообразный аэростат, наполненный нагретым воздухом.
Полет летательного аппарата весом около 155 кг и диаметром 3,5 метров длился всего 10 минут. За это время он преодолел около километра на 300-метровой высоте, что стало выдающимся событием для своего времени. Позже, воздушные шары в честь создателей стали называть монгольфьерами.
Воздушный шар братьев Монгольфье состоял из льняной оболочки, обклеенной бумагой. Чтобы ее наполнить горячим воздухом был разведен костер из мелко нарубленной соломы. А 3 месяца спустя, в конструкцию летательного аппарата было внесено дополнение в виде специальной корзины для пассажиров.
Современные воздушные шары несомненно более совершенны, но сделаны практически по той же схеме. Для изготовления сферической оболочки шара используется специальный тонкий и прочный полиэфирный материал. Изменилась система нагрева воздуха. Функцию костра выполняет регулируемая пропановая газовая горелка, установленная в корзине прямо под куполом.
Несмотря на большую зависимость от ветра, современные воздушные шары управляемы. Высота полета регулируется выпускным отверстием в верхней части купола с помощью разрывного шнура. Для изменения курса предусмотрен боковой клапан. Существуют и более сложные конструкции, где внутри основного купола может размещаться еще один, заполненный гелием.
Как управлять воздушным шаром с корзиной
Управление воздушным шаром – занятие, требующее серьезной подготовки и немалых финансовых затрат. Достаточно сказать, что курс обучения пилота аэростата стоит сегодня около 200 тыс. рублей. Цена самого аэростата (в зависимости от модели) соизмерима с ценой легкового автомобиля.
Подготовка
Полету предшествует тщательная подготовка. Прежде всего необходимо изучить метеоусловия – облачность, видимость и скорость ветра. В соответствии с полученными данными планируется маршрут полета. Ввиду непредвиденных изменений метеоусловий выбирается именно такой маршрут, где на пути есть достаточно мест для безопасных посадок.
Взлет
Чтобы воздушный шар взлетел, необходимы усилия всего экипажа. Оптимальный вариант места для старта – ровная площадка 50 х 50 метров в открытом поле, где рядом нет никаких посторонних объектов – столбов, деревьев, ЛЭП.
Затем начинается сборка шара: к корзине крепятся горелки, которые соединяются специальными шлангами с газовыми баллонами. После пробного запуска горелки экипаж приступает к растягиванию купола (обязательно по направлению ветра). Далее растянутый купол специальными карабинами пристегивается к корзине.
Следующий этап – заполнение купола холодным воздухом с помощью вентилятора, после чего запускается горелка для нагрева воздуха. Разогретый воздух поднимает купол с земли, и экипаж (с пассажирами) занимает свои места. Чтобы шар не улетел, его предварительно привязывают к автомобилю.
Полет
Несмотря на отсутствие мотора и крыльев, воздушный шар управляем, что требует определенных навыков. Основные средства управления – горелки и выпускной клапан. Для набора высоты горелка включается и воздух дополнительно нагревается, а для снижения – клапан приоткрывается. Горизонтальный полет происходит за счет попутного ветра. Именно здесь проявляется мастерство пилота. Так, чтобы лететь быстрее, он может увеличить высоту полета, где скорость ветра сильнее.
Спуск
Место посадки выбирается заранее. Оно должно быть большим и безопасным. Идеальный вариант – футбольное поле рядом с автомобильной дорогой. О месте посадки экипаж по радио сообщает на землю. Далее пилот выпускает воздух из купола при помощи клапана. Шар плавно опускается на землю.