Возвращение цеппелина, часть 3

Alexey Pasechnik написал(а) к All в Feb 08 18:48:40 по местному времени:

From: "Alexey Pasechnik" <a.pas@piter.com>

Невыполненные дирижабли

Оболочка жесткого дирижабля не может расширяться, и объем вытесняемого ею
воздуха по мере подъема аппарата остается постоянным, в то время как плотность
воздуха с высотой уменьшается. На некоторой высоте вес вытесненного воздуха
сравняется с весом дирижабля и дальнейший подъем прекратится. Поэтому высотные
дирижабли строятся по так называемой 'невыполненной' схеме. Хотя более точно
было бы называть такие дирижабли 'ненаполненными', поскольку весь секрет
состоит в том, чтобы не наполнять оболочку газом под завязку, а оставить ей
возможность расширяться по мере уменьшения внешнего атмосферного давления при
подъеме дирижабля. Возможно, вы обращали внимание на то, что при запуске
стратосферных баллонов они выглядят сморщенными вытянутыми луковицами,
привязанными стропами к стартовой площадке. Такие баллоны обычно наполнены на
1/10, а иногда даже всего на 1/100 их максимального объема. По мере подъема
давление наружного воздуха падает, газ, находящийся внутри баллона,
расширяется и подъемная сила остается постоянной. Так происходит до тех пор,
пока баллон не надуется полностью и не примет сферическую форму. Если мы
наполнили стратостат на 1/10 от его максимального объема, то это произойдет на
высоте, где давление воздуха составляет 1/10 нормального атмосферного
давления, то есть около 16 километров. Невыполненные дирижабли принципиально
не отличаются от невыполненных стратостатов. Первый фактически представляет
собой баллон стратостата, называемый 'баллонетом', помещенный внутрь жесткой
внешней оболочки, позволяющей сохранять неизменными аэродинамические свойства
дирижабля. Часто баллонетов в корпусе дирижабля несколько, и изменение степени
их наполнения позволяет перераспределять центр плавучести воздушного судна,
компенсируя неравномерное распределение груза или внешние воздействия. При
подъеме такого дирижабля гелий расширяется и баллонет, раздуваясь, вытесняет
воздух из пространства между ним и внешней оболочкой, заполняя на максимальной
высоте весь объем корпуса корабля.

Падать будет мягко

Но гибридный дирижабль обладает принципиальным недостатком -- как и самолет,
он тяжелее воздуха, а значит, в случае отказа двигателей транспорт падает.
Однако падение гибридного дирижабля будет более 'мягким', чем аварийная
посадка самолета, поскольку из-за большой парусности дирижабль будет падать со
скоростью не более 100--150 км/ч.

Возможно, вы видели страшные аварии в 'Формуле-1', когда гоночный болид на
скорости 250 км/ч врезается в ограждение и разлетается на мелкие обломки?
После чего пилот зачастую, как ни в чем не бывало, выбирается из остатков
кокпита и спокойно отправляется в бокс своей команды. Все дело в особой
конструкции гоночного болида: принимая на себя основные нагрузки при
столкновении и складываясь, он значительно смягчает удар.

У самолетов такого резерва конструкции нет. Складываясь и разрушаясь при
ударе, его корпус неизбежно травмирует пассажиров. В дирижабле пассажирский
салон можно разместить таким образом, что при аварии основные нагрузки примут
внешние конструкции дирижабля, обеспечив достаточно мягкую 'посадку' даже в
случае неуправляемого падения летательного аппарата.

При экстренной остановке тормозной путь автомобиля, движущегося со скоростью
100 км/ч, составляет около 60 метров. Для безопасности пассажиров в случае
аварии воздушного лайнера необходимо обеспечить такой же тормозной путь
пассажирской кабине. При общей длине дирижабля в 200--300 метров это вполне
осуществимо.

И все же наибольшие возражения у скептиков вызывает тихоходность дирижабля.
Можно оснастить его более мощными двигателями, например реактивными. Но при
увеличении скорости возрастает сопротивление воздуха, а значит, двигатели
понадобятся еще более мощные, увеличится расход топлива и пропадет весь
экономический эффект. Чтобы уменьшить сопротивление воздуха, надо подняться
повыше, туда, где плотность атмосферы меньше. А это -- еще одно преимущество
дирижаблей. 'Аэробусы' и 'Боинги' не могут летать выше 11 тысяч метров. Из
ныне эксплуатирующихся пассажирских самолетов наибольший практический потолок
у Ту-154 -- 12 500 метров. На этой высоте плотность атмосферы в пять раз
меньше, чем на уровне моря. Дирижабль может подняться куда выше. На высоте 16
километров плотность воздуха составляет 1/10 от обычной, на высоте 25
километров -- еще в несколько раз меньше. Здесь дирижабль уже становится очень
экономичным.

Чтобы достичь такой высоты, он должен быть построен по так называемой
'невыполненной' схеме и снабжен двигателями, способными работать в разреженном
воздухе. Скорее всего, это будут гибридные турбовентиляторные реактивные
двигатели, способные переходить на большой высоте в прямоточный режим работы.
Дирижабль, снабженный такими двигателями, будет способен перемещаться на
высоте 25 километров со скоростью 650 км/ч. Особенно удобным он окажется для
межконтинентальных рейсов. Полет из Москвы в Нью-Йорк или в Токио (7,5 тысячи
километров) займет на таком лайнере около 12 часов. А путешествие на другую
сторону земного шара (20 тысяч километров) -- немногим больше суток, но это
будут сутки, проведенные в комфортабельных условиях, а не три перелета по
восемь часов с промежуточными посадками.

Вместо спутников связи

Идея поднять ретранслятор так высоко, чтобы он охватывал большую площадь, но в
то же время так низко, чтобы можно было ограничиться передатчиком небольшой
мощности, возникла после экономического провала проекта спутниковой телефонии
'Иридиум'. В мире оказалось мало клиентов, готовых покупать дорогие и тяжелые
трубки, способные поддерживать связь со спутником, летящим на высоте около 20
тысяч километров. В массовой системе связи чувствительности и мощности обычных
сотовых телефонов должно быть достаточно для обеспечения устойчивой связи, и
при этом комплекс должен покрывать обширную территорию. Для реализации такого
плана компанией 'Авгуръ' разработан проект стратосферного дирижабля 'Беркут',
который поднимается на высоту 20 километров, откуда сможет покрывать
территорию в радиусе до 400 километров. В частности, такие дирижабли могут
обеспечить сотовую связь даже в открытом море. Энергию для работы обеспечат
солнечные батареи -- ведь аппарат будет постоянно находиться выше облаков.
Такая конструкция позволит месяцами не опускать дирижабль на землю.

Похожий проект разрабатывает и американская компания Sky. Его технические
детали пока держатся в строгом секрете. Тем не менее известно, что планируется
запустить до 250 беспилотных ретрансляторов на высоту 20 километров и
обеспечить тем самым полное покрытие сотовой связью всей территории Северной
Америки.

Земная атмосфера служит надежной защитой всего живого от губительного
космического излучения и жесткого солнечного ультрафиолета. В результате
инфракрасное и ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение космических
объектов, по сути, большую часть электромагнитного спектра нельзя наблюдать с
поверхности Земли.

Выводить исследовательское оборудование на орбиту хотя и очень эффективно, но
крайне дорого. К тому же на орбите нельзя легко заменить или доработать
прибор. Фактически любое серьезное изменение требует запуска нового спутника.
В некоторых случаях астрономы поднимают свои инструменты на стратостатах, но
тогда длительность наблюдений ограничена временем их полета.

Дирижабль способен достичь высоты в 25--30 километров и оставаться там очень
долго практически без затрат топлива. Конечно, 30 километров -- не космос, но
этого уже достаточно для решения многих наблюдательных задач. А если учесть,
что на его борту можно разместить оборудование весом несколько сотен тонн и
целый штат сотрудников для его обслуживания, преимущества использования
дирижабля в качестве летающей обсерватории становятся очевидными.

Самой сложной стороной многих проектов является не технология, а
финансирование. Сегодня не существует никаких технических трудностей, которые
бы помешали построить дирижабль любого целевого назначения. Надежность,
дальность, скорость, грузоподъемность, комфорт -- все эти вопросы давно
решены. Проблема состоит лишь в том, чтобы убедить людей, и в первую очередь
тех, кто принимает стратегические экономические и государственные решения, в
том, что старые технологии могут эффективно использоваться для новых целей.

С уважением Алексей Пасечник

--- ifmail v.2.15dev5