Возрождение летучих кораблей: дирижабли снова поднимутся в воздух

Законы физики не меняются со временем. Принцип, открытый Архимедом почти две тысячи лет назад, был справедлив и тогда, и в позапрошлом веке, и в нынешнем. Благодаря ему дирижабли способны плавать в атмосфере исключительно за счет подъемной силы, выталкивающей их наверх. Большой объем закачанного в оболочку легкого газа не расходуется и позволяет не тратить энергию на удержание груза в воздухе – только на его перемещение.

При этом проблемы безопасности, из-за которых «золотая эра» дирижаблей закончилась, легко решаются за счет использования современных материалов, двигателей и электронных систем управления. Грандиозная катастрофа дирижабля «Гинденбург» сегодня вряд ли возможна.

«"Гинденбург" и другие цеппелины были реально опасны, – объясняет технический директор компании Aeronova Федор Константинов. – Алюминиевые сплавы, из которых изготавливали каркас, при определенной температуре могли самовозгораться; материал баллонов – прорезиненная хлопчатобумажная ткань – был слишком горючим и недостаточно герметичным. И, конечно, сам несущий газ – водород – в смеси с кислородом воздуха давал гремучую смесь. Но даже при этом было выпущено больше сотни цеппелинов, и каждый из них совершил множество безаварийных рейсов, в том числе и через Атлантику. Ну а сегодня вся материальная база дирижаблей поменялась в корне».

В распоряжении современных конструкторов имеется углепластик – композит, в разы более легкий и прочный, чем традиционные металлические сплавы, к тому же практически негорючий. От взрывоопасного водорода отказались в пользу инертного гелия. А оболочку производят из прочного лавсана или кевлара с полимерной герметичной пленкой, способной удерживать летучий газ почти без потерь.

«Кроме того, резко увеличился КПД двигателей, – добавляет Федор Константинов. – Так что еще одна давняя проблема – слабая управляемость – решается тяговооруженностью. Если пожертвовать частью полезной нагрузки, можно установить на дирижабль более мощные двигатели, использовать больше пропеллеров. Это сделает его более маневренным и независимым от погодных условий».

Большой пузатый корпус – главная часть дирижабля, и он в корне меняет концепцию полета, превращая его в воздухоплавание. Испытывая заметное влияние ветра, такой корабль редко может двигаться по прямой. Однако, если освоить перемещение галсами – то под одним, то под другим углом к потоку, можно преодолевать огромные расстояния экономичнее, чем на самолете.

Такая разница понятна на примере морских судов: моторный катер идет к цели почти напрямик, сжигая бензин, а парусная яхта постоянно меняет ход, подстраиваясь под ветер. До пункта назначения доберутся оба; яхта, скорее всего, отстанет, зато почти не потратит топлива.

«К тому же на больших высотах в атмосфере есть устойчивые ветры, которые стабильно дуют в определенных направлениях и меняются только вместе с сезонами, – объясняет Федор. – На них можно опереться при разработке логистических маршрутов – например, из России в Китай или в Европу. Достаточно "подвесить" груз на нужной высоте, и энергию вообще не придется тратить: дирижабль станет перемещаться как бы вниз по течению реки. Да, цеппелин никогда не будет летать, как истребитель, но такого и не требуется. Зато можно подняться в небо, выключить двигатели – и плыть. Причем с комфортом. И это не говоря уже о большом полезном пространстве на борту и невероятной грузоподъемности».

«С точки зрения обычного пассажира, самолет несется слишком быстро. Окошко маленькое, уши закладывает, ничего не успеваешь ни почувствовать, ни сообразить. Просто перемещаешься из точки в точку, как при телепортации, – продолжает Федор Константинов. – В вертолете еще хуже: все трясется и гремит, шум ужасный. А в дирижабле – как на лодке выйти на спокойную воду. Он парит неторопливо в тишине, разговаривать можно, не повышая голоса. Летишь низко, внизу видны все детали. Можно даже открыть окно и осмотреться, будто с очень высокого балкона».

Первой ласточкой Aeronova стал экспериментальный дирижабль Nova-2 с мягким корпусом объемом 2000 кубометров – совсем небольшой, всего-то 11 м от дна до «макушки», чтобы помещаться в авиационный ангар.

Двигатель – бельгийский вертолетный ULPower UL520iS – напрямую вращает механическую поворотную трансмиссию, которая передает усилие на два винтокольцевых движителя, которые расположены по бокам гондолы и способны синхронно поворачиваться. Дополнительное кормовое устройство с собственным электродвигателем вращает винты поменьше – вертикальный и горизонтальный. Они используются для рулежки на стоянке, при нулевой скорости, когда ветер не обтекает дирижабль и не позволяет разворачиваться за счет хвостового оперения.

«Основной двигатель запитывает все электри ческие и электронные устройства на борту. Кроме того, с помощью генератора через небольшой буферный аккумулятор он питает хвостовое под руливающее устройство, – говорит Федор. – Теоретически у него есть полный российский аналог, АПД-520 "Лидер", разработанный S7 Group для легких самолетов и беспилотников. Именно поэтому мы выбрали бельгийский двигатель: после запуска отечественного серийного производства можно будет без доработок перейти на российскую версию. Следующий шаг – полноценная гибридная система, и мы к нему уже готовимся».

Дело в том, что с увеличением линейных размеров дирижабля резко растут и его полезные свойства. Объем оболочки увеличивается пропорционально кубу длины; соответственно увеличивается подъемная сила, позволяя наращивать и энерговооруженность.

«Большой дирижабль позволит использовать микротурбинный генератор с КПД, сравнимым с КПД дизельных двигателей. Это будет оптимальный вариант: компактный, производительный генератор и много, до 20–30, маршевых электродвигателей с пропеллерами, распределенных по борту от носа до хвоста. Но всё это требует определенной подъемности, а значит, и размеров. Наш следующий дирижабль, Nova-8, который будет иметь объем уже 8000 кубометров, сможет использовать такую силовую установку», — объясняет Федор Константинов.

Но по-настоящему гигантскими станут дирижабли следующего этапа: объем Nova-35 планируется на уровне 75 тыс. кубометров, грузоподъемность – до 60 т (против 3 т у Nova-8). Это минимальный размер, начиная с которого требуется жесткая оболочка с герметичными мешками, заключенными внутри твердого каркаса. Она надежнее мягкой, удерживающей форму только под давлением закачанного внутрь газа, и к тому же позволяет достичь куда больших размеров и в итоге повысить вместительность и рентабельность.

Недаром германские цеппелины прошлого века имели жесткую конструкцию, структура которой – серия продольных стрингеров, укрепленных поперечными шпангоутами, – считается оптимальной и сегодня.

«Сконфигурировать дирижабль можно по-разному, делая конструкцию надежнее и легче, адаптируя под новые материалы, – рассказывает Федор. – Здесь работает непривычная логика: машина держится в воздухе за счет подъемной силы. Она как бы все время стремится "упасть вверх", а не вниз, и чем больше ее объем, тем сильнее. Это можно представить как авоську, которая по мере заполнения все сильнее оттягивает руку вверх. Основная нагрузка приходится на верхнюю кромку жесткого корпуса».

«Но лично мой фаворит – самоотверждаемый каркас, который сейчас апробируется для использования на орбитальных космических станциях, – добавляет Федор Константинов. – Он на поминает надувной батут: сетка из широких труб, которая приобретает и удерживает заданную форму благодаря большому давлению изнутри. Это технологично, инновационно и очень много обещающе: такая структура будет еще прочнее и легче. Конечно, пока никто не использовал ее на практике, так что пневмокаркас остается делом довольно рискованным. Но на будущее мы отрабатываем и эту технологию».

Первый демонстратор Nova-2 поднимется в воздух уже в 2026 году, а еще через год Aeronova собирается начать поставки заказчикам. Параллельно проходит сертификация: по счастью, дирижабли до сих пор фигурируют во всех нормативно-правовых актах, связанных с воздушными полетами. Для них установлены нормы летной годности; по словам Федора, американские, европейские и российские требования в этой области примерно одинаковы.

«При сертификации мы ожидаем трудностей скорее не бумажных, а организационных, – объясняет руководитель. – Уж очень редко такая процедура проводится для дирижаблей. У организаций, которые должны организовать испытания и вообще участвовать в процессе, нет большого опыта. Процедура не отлажена, и заняться этим придется нам».

«По нашим данным, сейчас наиболее востребованы небольшие дирижабли для рекламы, а также грузовые с повышенной грузоподъемностью, – отмечает Федор Константинов. – Остро необходимы также аппараты для мониторинга. Россию опутывают огромные сети нефте- и газопроводов, линий электропередачи. Это десятки и сотни тысяч километров проводов и труб, и для контроля за их состоянием нет ничего лучше дирижаблей».