Дирижабли в качестве уникальной платформы для развития новых технологий и внедрения нестандартных технических решений.

Валерий Гумаров,

Нанотехнологическое общество России http://rusnor.org/

Крушения Шенандоа, R-100, «Макона», «Акрона», а особенно «Гинденбурга», снимки горящих обломков которого попали на первые полосы газет всего мира, поставили крест на целой отрасли, восхищавшей современников своими грандиозными проектами. Дирижаблестроение уступило место авиастроению.

Но авиация взяла верх над воздухоплаванием не потому, что самолеты лучше дирижаблей во всех отношениях, а потому что в 30-е годы прошлого века мир готовился к войне. А в качестве бомбовозов, вываливающих на людей свой смертоносный груз под огнем зениток и атак истребителей, самолеты, несомненно, эффективнее дирижаблей. Что же касается мирного использования дирижаблей, то здесь они имеют целый комплекс неоспоримых преимуществ перед самолетами¹.

Особенно очевидно это становится сейчас, когда перед человечеством возникает вопрос выживания в формате необходимости освоения природных ресурсов в труднодоступных уголках планеты². Где можно, мы уже почти все вычерпали. Теперь пришло время брать там, где нельзя. Или затевать передел мира ради доступа избранных к открытым и освоенным кладовым природы, которые, впрочем, не бездонны. Так что по любому, рано или поздно, перед человечеством во весь рост встанет проблема освоения недоступных ныне для хозяйственной деятельности территорий. Недоступных по причине отсутствия технических возможностей до них добраться.

На сегодняшний день проблема бездорожья и удаленности решается с помощью авиации – вертолетов и самолетов. Хотя очевидно, что ни самолеты, ни вертолеты с их прихотливостью в эксплуатации, требовательностью к наземному оборудованию, прожорливостью топлива, ужасающими последствиями просчетов в управлении и отказов техники, не способны составить серьезной конкуренции автомобильному и железнодорожному транспорту при полномасштабном освоении новых территорий.

Другое дело дирижабли. Дорогих взлетно-посадочных полос не требуется, грузоподъемность достаточная, про дороги и речи быть не может, в части безопасности, разве что железнодорожный транспорт конкуренцию составить может, в части комфорта – водный, по экономичности ни самолеты, ни вертолеты дирижаблям не соперники. Так что завоевавшая превосходство в воздушном пространстве авиация по сравнению с дирижаблями оказывается в роли техники вчерашнего дня в качестве транспортного средства для политико-экономической экспансии в условиях усугубляющегося дефицита природных ресурсов.

Если же учесть возможность использования дирижаблей в качестве передвижных цехов для переработки продуктов сельского и лесного хозяйства непосредственно на месте их производства, мобильных отелей в туристическом бизнесе, надземных центров досуга и отдыха, то возрождение дирижаблестроения представляется весьма перспективным и прибыльным делом.

Для России же с ее бескрайними просторами, несметными природными богатствами и вечной проблемой с дорогами дирижабль – вообще незаменимое транспортное средство, ключ к решению многих проблем. Особенно это касается Сибири. Воистину, кто возродит дирижабли, получит Сибирь с ее безмерными пространствами и бесчисленными сокровищами.

В свете чисто технических проблем, с которыми столкнулось человечество в связи с бурным развитием транспорта, дирижабли могут дать резкий толчок работам по созданию двигателей, работающих на водороде. Дирижабль и водородный двигатель созданы друг для друга! Ведь водород на дирижабле может стать и несущим газом, и топливом для двигателей. При использовании водородных двигателей на дирижаблях сама собой отпадает главная проблема: как работать со сжиженным водородом. Водород, как топливо, будет использоваться в своем естественном газообразном состоянии, и создавать дополнительную подъемную силу, а не съедать полезную нагрузку. Кроме того, на дирижаблях второе дыхание могут получить топливные элементы, работающие по принципу беспламенного окисления водорода с преобразованием химической энергии в электричество при очень низком шуме моторов, благо, что водорода на борту будет предостаточно, только окисляй. А там уж эти технологии и на землю спустить можно будет.

Дирижабли в начале прошлого века покорили сердца обывателей и открыли кошельки меценатов, что позволило графу Цеппелину создать целую отрасль – дирижаблестроение. Но в период между двумя мировыми войнами дирижабли были вытеснены из воздушного пространства самолетами, более приспособленными для уничтожения всего, что внизу шевелится. Начался век авиации.

На сегодняшний день, похоже, авиация достигла своего потолка, в отличие от воздухоплавания, потенциал которого со временем только увеличился, благодаря созданию новых материалов, развитию электроники, совершенствованию проектирования. И работы для дирижаблей непочатый край. Оно, конечно, можно ползать по земле, круша все на своем пути при прокладке дорог и прочих транспортных магистралей, а можно легко и элегантно воспарить над землей и доставить в любую точку планеты все, что надо: хоть груз, хоть пассажира, хоть черта с рогами (ну, это уже относится к потребам вояк³).

Дирижаблестроение возрождается во многих странах. Говорить о былом могуществе исполинов неба пока что рановато, но дело к тому идет. Дирижабли строят в США, Великобритании, Франции, Германии, Канаде, Австралии, Новой Зеландии, Китае. Первое место среди государств – производителей дирижаблей занимают Соединенные Штаты Америки. В списке аппаратов, предлагаемых покупателям американскими фирмами, можно найти термодирижабли, небольшие воздушные такси, аппараты-гибриды, грузовые дирижабли.

Но если опять вернуться к первопричинам нынешнего доминирования в воздухе авиации, то одним из козырей самолетостроения на заре покорения воздушного пространства по сравнению с дирижаблестроением была возможность создания небольших самолетов многочисленными энтузиастами. Сделать самолет и поднять его в воздух могли несколько человек, для создания и эксплуатации дирижабля требовалась куча людей. Отсюда стремительный прогресс авиации – каждый малый коллектив любителей вносил что-то новое в конструкцию и освоение машин, что позволило профессионалам быстро достичь разительных успехов в создании летательных аппаратов тяжелее воздуха.

В этом разрезе в воздухе витает очевидная мысля: начинать возрождение дирижаблестроения надо не с многотонных аппаратов, для создания которых требуются немалые людские, материальные и денежные ресурсы, а с малых форм. Невесомые материалы, миниатюрная электроника, микродвигатели дают шанс опять с триумфом подняться в небо дирижаблям. Но не в виде гигантских монстров - покорителей небес, а в формате нанодирижаблей: небольших аппаратов легче воздуха с микродвигателями на борту, миниаппаратурой для управления и осуществления поставленных задач и большими перспективами коммерческого применения⁴. Пример перед глазами – дроны. Но у нанодирижаблей по сравнению с дронами несравненно больший потенциал по части беспосадочного пребывания в воздухе.

А коли дело пойдет, нанодирижабли откроют дорогу в небо и мощным крейсерам воздушного пространства легче воздуха, которые в начале прошлого века чуть было Пятый океан не покорили, да сбиты были на взлете истребителями в преддверии людской бойни, вошедшей в историю под названием Вторая мировая война, где нужны были эффективные средства истребления себе подобных. Дирижабли тогда на эту роль не потянули.

Что касается технической стороны, то в дирижаблях могут воплотиться не только уже работающие технологии, но и еще не «сделанные в железе» наработки, которые покуда лишь в головах инженеров и конструкторов существуют. Несколько примеров полета фантазии в этом направлении.

Скоростной дирижабль. Современные схемы компоновки дирижаблей не позволяют рассматривать их в качестве уж больно скоростного вида транспорта. Но, используя в конструкции дирижабля современные полимерные материалы, изменяя аэродинамику оболочки и компоновку двигательных установок⁵, применяя забор воздуха для двигательных установок с носовой части дирижабля, уменьшая сопротивление воздуха за счет «плазменной оболочки», можно получить аппарат со скоростными характеристиками, сравнимыми с показателями дозвуковой авиации.

Вакуумный дирижабль. Современные конструкционные материалы позволяют ныне вплотную заняться давнишней мечтой дирижаблестроителей – созданием вакуумного дирижабля, где вместо несущего газа (легковоспламеняющегося водорода или всепроникающего гелия) для создания подъемной силы используется разреженный воздух⁶. В этом направлении особенно интересен вакуумный дирижабль с двумя резервуарами: один для разрежения и создания подъемной силы, другой для сжатого воздуха. Выход воздуха из резервуара высокого давления в нескольких направлениях порождает реактивную силу для создания движения и управления дирижаблем. В режиме полета – подача в резервуар высоко давления с носовой части дирижабля: создается движительная сила и уменьшается сопротивление воздуха. Выход сжатого воздуха через сопло Лаваля для получения большой скорости истечения. Возможен подогрев для увеличения скорости истечения воздуха.

Дирижабль с двигателем на сжатом воздухе⁷. Энергию сжатого воздуха можно преобразовать во вращение винтов дирижабля, приводимых в движение за счет истечения воздуха из сопел, расположенных на концах лопастей винтов. Для повышения эффективности использования энергии сжатого воздуха, его подача в сопла должна быть не постоянной, а периодической («резонансной» – увязанной с собственными частотами винтов) и регулируемой по расходу и направлению истечения воздуха. Должна быть предусмотрена возможность заправки сжатым воздухом от ветра, как на стоянках за счет флюгерирования винтов на ветру, так и в полете. Ветер из врага дирижабля должен стать его помощником.

Дирижабль из аэрогеля. В настоящее время существуют технологии создания полимерных материалов, вспененных инертными газами. Используются они, главным образом в качестве тепло- и звукоизолирующих материалов. Но сверхлегкий полимерный материал, вспененный гелием – идеальный конструкционный материал для дирижаблей. Из него можно изготавливать, многие элементы конструкции дирижабля, включая и его оболочку. Еще интереснее в этом плане аэрогели⁸. Причем наполненные не воздухом, а гелием или водородом. С тонкой оболочкой для защиты аэрогеля от воздействия внешней среды.

Дирижабль-лазер. Использование в качестве несущего газа гелий-неоновой смеси, являющейся активной средой для газового лазера⁹, открывает возможности создания лазера на платформе гелий-неонового дирижабля, где газовая смесь будет и несущим газом, и активной лазерной средой одновременно. Технические проблемы, связанные с обеднением нижнего лазерного уровня гелий-неоновых лазеров, которое сейчас осуществляется путем соударения о стенки резонатора, не позволяя увеличивать размеры и мощность гелий-неоновых лазеров, можно решить, водя в активную зону добавки, разрушающие второй энергетический уровень атомов неона. 

Сборный дирижабль. По аналогии с нанотехнологиями в дирижаблестроении надо идти снизу вверх – собирать большие дирижабли из малых дирижаблей. Преимущества конструкции – из нанодирижаблей можно собирать различные типы больших дирижаблей. Каждый нанодирижабль – функциональный элемент большого дирижабля. Использование тяги малых дирижаблей для движения большого дирижабля. Тянущая оболочка – расположенные по поверхности дирижабля нанодирижабли будут представлять собой оболочку-движитель. Разбираясь и собираясь на ходу на нанодирижабли, большой дирижабль станет многофункциональным. Каждый нанодирижабль должен самостоятельно решать определенную задачу.

Дирижабль с рыбьим хвостом. Движитель дирижабля – рыбий хвост, а еще лучше – мультихвост – блок из нескольких хвостов. Хотя можно и хвост кита – пластина, перемещающаяся в горизонтальной плоскости. Или, опять же, китовый мультихвост – блок из нескольких хвостов. Мутант – хвосты и горизонтально, и вертикально. Впрочем, самый подходящий движитель дирижабля – его оболочка. Используя ряд физических эффектов и технических приемов, оболочку дирижабля можно превратить в движитель.  

Но это все засечки на будущее. А если исходить из того, что есть на сегодня, то успешные продажи дирижаблестроителям может обеспечить небольшой радиоуправляемый дирижабль с миниатюрной видеокамерой хорошего разрежения в комплекте с портативной системой воспроизведения изображения. Такая система должна давать четкую картинку, открывающуюся на окрестности с высоты птичьего полета. Дирижабль должен обеспечивать высокую маневренность, хорошую управляемость, полеты в неблагоприятных погодных условиях (сильный ветер, низкие температуры, атмосферные осадки). Тогда будет спрос на нанодирижабли со стороны охотников, рыболовов, исследователей живой и неживой природы.

Впрочем, высокими технологиями надо заниматься играючи¹⁰. В этом плане нанодирижабль может стать основным элементом игровых комплексов таких, как «Пилот», «Воздушный бой», «Гонки», «Сумо», «Поиск сокровищ» и прочих развлечений для детей и не только.

К примеру, состав игрового комплекса «Пилот»: радиоуправляемый нанодирижабль, видеокамера для пилотирования непосредственно с дирижабля, шлем с приемником изображения и встроенным дисплеем для управления дирижаблем, органы дистанционного управления нанодирижаблем. Игровой комплекс «Гонки»: несколько нанодирижаблей в комплектации игрового комплекса «Пилот». Игровой комплекс «Воздушный бой»: комплект из двух наборов «Пилот», нанодирижабли дополнительно оборудованы лазером для ведения боя и фотодатчиками для фиксирования поражения дирижабля противника, фотодатчики программно связаны с системами управления и жизнеобеспечения дирижабля для включения программы «Поражение», которая блокирует управление и прочие системы дирижабля при его поражении лазером противника. Игровой комплекс «Пилот-наблюдатель»: радиоуправляемый нанодирижабль для видеонаблюдения и фотографирования местности, фотокамера на дирижабле для фотосъемки, видеокамера на дирижабле для передачи изображения, шлем с приемником изображения и встроенным дисплеем для управления дирижаблем и проведения фотосъемки, органы дистанционного управления нанодирижаблем, программа составления карты местности на основе аэрофотосъемки. Игровой комплекс «Сумо»: два радиоуправляемых нанодирижабля с видеокамерами для пилотирования непосредственно с дирижабля и шлемами с приемниками изображения и встроенными дисплеем для управления дирижаблем, два комплекта органов дистанционного управления нанодирижаблем, система фиксирования выхода дирижабля за пределы борцовой площадки. Игровой комплекс «Поиск сокровищ»: радиоуправляемый нанодирижабль, видеокамера для пилотирования непосредственно с дирижабля, шлем с приемником изображения и встроенным дисплеем для управления дирижаблем, органы дистанционного управления нанодирижаблем, комплект «сокровищ» - радиомаяков малого радиуса действия, приемник сигналов от «сокровищ».

Отработка пилотирования нанодирижаблями в процессе эксплуатации игровых комплексов позволит дирижаблестроителям заняться и взрослыми игрушками. Если вернуться к полноразмерным дирижаблям, то для нормального мужика встать за штурвалом современного воздушного корабля и порулить над бездорожьем на зависть более приземленным товарищам – это круто¹¹. Владельцы «Ламборджини» и яхт отдыхают. А для бизнес-леди еще круче. Подруги просто умрут от зависти.

Что касается чисто технических вопросов, таких как скорость, дальность и продолжительность полета, комфортабельность кают, которые на данный момент могут не устраивать привередливых клиентов, то это лишь вопрос времени и денег. Будут заказы – будут соответствующие аппараты. Если уж в начале прошлого века в одной Германии со стапелей сходило по несколько десятков цеппелинов в год, то в начале XXI века наладить их массовое производство – не проблема. Главная проблема дирижаблей сейчас в психологии, а не в технике. Но эта проблема поменяет свою полярность, и обратится ажиотажным спросом на воздушные яхты в среде верхушки среднего класса, как только несколько частных дирижаблей поднимутся в небо. Тот, кто это сделает, сорвет неплохой куш, да и в историю войдет, как родоначальник возрожденного воздухоплавания.

На заре подводного флота субмарины могли пробыть под водой считанные минуты и двигались со скоростью утомленного пешехода. Сейчас они в подводном положении огибают земной шар и догоняют надводные корабли, идущие по команде «Самый полный». 

На заре авиации самолеты были тихоходнее нынешних дирижаблей и могли с горем пополам перевезти лишь одного пилота. Сейчас они опережают звук и перевозят несколько сот пассажиров со всеми атрибутами комфортного путешествия.

На заре компьютеризации вычислительные комплексы занимали целые здания, и расчеты выполняли со смехотворной по нынешним меркам скоростью. Сейчас... Не современному человеку про нынешние возможности компьютеров объяснять.

Такая же стремительная метаморфоза – от воздушных пузырей с моторчиков до мощных властелинов неба – и с дирижаблями произойдет, если ими всерьез заняться.

Возможности человека не безграничны, но велики до ужаса. Одна военная техника чего стоит. Целенаправленная работа одного мудрого организатора, десятка головастых инженеров, сотен хватких техников и тысяч умелых работяг может в считанные годы произвести такой рывок в технике, про который авторитетные эксперты в один голос будут заявлять как о фантастике или в лучшем случае очень отдаленной перспективе, покуда эта фантастика не станет явью. А когда фантастика станет явью, те же эксперты наперебой начнут обоснованно доказывать, что иначе и быть не могло.  

Но чтобы возродить дирижаблестроение как отрасль народного хозяйства, мало научить дирижабли летать. Надо научить их работать¹². Одни частные инвесторы эту ношу пока не потянут: дальше коммерческого использования дирижаблей в сфере элитного туризма их фантазии не хватает. Но частники потянутся дальше, если почувствуют заинтересованность в этом деле государств в виде заказов госструктур и госкопораций на разработку дирижаблей различного назначения: для проведения спасательных операций и тушения лесных пожаров; для видеонаблюдения за транспортными магистралями, включая нефте- и газопроводы; для создания мобильных цехов по переработке сельхозпродукции и даров природы; для создания мобильных электростанций; для грузопассажирских перевозок, включая создание перевалочных пунктов, в качестве продолжения протяженности действующих автомобильных, железнодорожных, водных и авиационных магистралей.

Если же во всю ширь взглянуть на возможности дирижаблей, то это ныне забытое транспортное средство представляется уникальной платформой для развития новых технологий и воплощения нестандартных инженерных решений.

Ссылки.

¹ «Why blimps are better than airplanes» /  http://hmongbuy.com/RDhwNk5qcEMwcGMz

² Barry E. Prentice, University of Manitoba. «Transport Airships for Northern Logistics: Technology for the 21st Century» (2015) / http://www.tc.gc.ca/eng/ctareview2014/pdf/University%20of%20Manitoba%20-%20Asper%20School%20of%20Business%20-Transport%20Airships%20for%20Northern%20Transportation_final.pdf

³ Alec Johnson, David Arthur, David Mosher, CBO’s National Security Division. «Recent Development Efforts for Military Airships» (2011) / http://fas.org/irp/program/collect/cbo-airship.pdf

⁴ «Mini Indoor R/C Blimp» / https://www.youtube.com/watch?v=l7dV2B1M1dU

^{5 «}High speed airship structure», United States Patent № US 8439294 B2 / https://docs.google.com/viewer?url=patentimages.storage.googleapis.com/pdfs/US8439294.pdf 

⁶ Sean A. Barton, Florida State University. «Airship Buoyancy Control Using Inflatable Vacuum Chambers» (2011) / http://www.enu.kz/repository/2011/AIAA-2011-1717.pdf

⁷ Naveen Kumar, Utsav Banka, Manas Chitransh, Jayati Takkar, Vasu Kumar, Unish Gupta, Sushant Singh. «Compressed Air Retrofit Kit for Existing Motor Vehicles» (2013) / http://www.iaeng.org/publication/WCE2013/WCE2013_pp1913-1918.pdf

⁸ Lorenz Ratke, Institut für Materialphysik im Weltraum. «Aerogels - Structure, properties and applications» / http://elib.dlr.de/72455/1/Aerogel-Applications-2011_k.pdf

⁹ «Helium-Neon Laser» / http://www.chipdip.ru/en/video/id000281168/

¹⁰ «RC airship training (team «Windreiter»)» / http://www.youtube.com/watch?v=iizstfT9zfw

¹¹ «Flying on a blimp over St. Petersburg» / http://www.youtube.com/watch?v=7MsvtfuITlI

¹² «They must be taught to work» / http://www.youtube.com/watch?v=zcvowxXvfd0