|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Аеростат. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Аеростат (спрощено і не зовсім точно - повітряна куля) - літальний апарат легший за повітря, що використовує для польоту підйомну силу ув'язненого в оболонці газу (або нагрітого повітря) із щільністю меншою, ніж щільність навколишнього повітря (згідно із законом Архімеда). Точно не відомо, коли і де було піднято перший монгольф'єр. Сенсаційне відкриття було зроблено в 1973 році: у стародавній країні інків, на території сучасного Перу, на наскельних малюнках знайшли зображення повітряної кулі з оболонкою у вигляді тетраедра з підвішеною до нього знизу двомісною гондолою - човником. Більше того, були показані етапи підготовки монгольф'єра до польоту, розведення багаття, наповнення оболонки гарячим повітрям та здійснення польоту. Вказувалися навіть порівняльні розміри оболонки. Виконана за такою схемою нашими сучасниками повітряна куля була піднята в повітря, вона виявилася цілком життєздатною, набравши висоту сто метрів за одну хвилину. У XIV столітті чернець Альберт Саксонський писав, що дим багаття набагато легший за повітря і внаслідок розширення повітря під впливом вогню піднімається в ньому. У XVI столітті англійський вчений Скалігер пропонував зробити з найтоншого золота оболонку та наповнити її гарячим повітрям. Ще через сто років з'явився роман Сірано де Бержерака "Інше світло, або Держави та імперії Місяця", в якому поряд з цілою низкою цікавих проектів літальних апаратів для повітряних подорожей описано пристрій, схожий на монгольф'єр. Герой роману з допомогою двох герметичних, наповнених димом оболонок долітає майже аж Місяця, де випускає дим, і, користуючись оболонками як парашутом, спокійно опускається її поверхню. У першій половині XVIII століття, згідно з літописом, рязанський подьячий Крякутний зробив велику кулю, "налив димом поганим і смердючим, від нього зробив петлю, сів у неї, і нечиста сила підняла його вище берези". І все ж таки відлік прийнято вести з 5 червня 1783 року, коли у французькому місті Аннон брати Етьєн і Жозеф Монгольф'є підняли в повітря шовкову кулю об'ємом 600 кубічних метрів. Оболонка кулі зсередини була обклеєна папером, а на нижньому його отворі були укріплені грати з виноградних лоз, які встановлювалися на підмостках. Під підмостками було розведено багаття, і гаряче повітря з димом підняло кулю на висоту двох кілометрів. Ось чому сталася назва монгольф'єр на відміну від шарльєра, названого на честь професора Шарля, який запустив 27 серпня 1783 кулю, наповнену воднем.
Перший політ із людьми відбувся 21 листопада 1783 року. Величезна повітряна куля заввишки 21 метр із двома сміливцями на борту плавно відірвалася від землі. Обидва аеронавти старанно підтримували вогонь у кошику. Політ тривав 45 хвилин та закінчився плавним спуском за містом на відстані дев'яти кілометрів від місця старту. До речі, цікаво відзначити, що Жозеф Монгольф'є лише один раз піднявся на кулі своєї конструкції, а його брат Етьєн жодного разу!
Через десять днів після підйому перших людей на монгольф'єрі професор Шарль наповнив оболонку діаметром вісім метрів воднем і разом із помічником Робертом увійшов до підвішеної під кулею гондоли. Політ тривав дві години п'ять хвилин і проходив на висоті близько 2 метрів. Після приземлення Шарль вирішив продовжити політ один. Висадивши Роберта, він піднявся на висоту 5 кілометри і за півгодини, випустивши частину водню, здійснив м'яку посадку. Але... виходячи з гондоли, Шарль поклявся "ніколи більше не наражати себе на небезпеку таких подорожей". До останнього дня свого життя Шарль заперечував у Монгольф'є славу винаходу повітряної кулі - адже куля з нагрітим повітрям була винайдена задовго до Монгольф'є. Шарль винайшов мотузкову мережу, що охоплює кулю і передає на неї вагові навантаження, він винайшов клапан, повітряний якір і перший застосував пісок як баласт, сконструював барометр для вимірювання висоти. Порівняно з монгольф'єром шарльєр був досконалішою конструкцією. Але шарльєри мали і великий недолік - для їх наповнення необхідно мати на місці старту запас газу легше за повітря (водень або гелій), у матеріаломісткій тарі, а після закінчення польоту цей газ потрібно випускати в атмосферу. Це підвищувало вартість експлуатації куль, що використовують як наповнювач водень або гелій. Попереду монгольф'єри і шарльєри мали довгий шлях до наших днів, нічим особливо не примітний, що відзначався короткочасними злетами і падіннями аж до другої половини XX століття. Поява нових термостійких матеріалів для оболонок, ефективних пальників надихнуло на них друге життя.
Незабаром після другого народження повітряних куль з'явилися комбіновані конструкції, що поєднують у собі переваги обох традиційних. Оболонка була поділена на дві частини. Верхня наповнюється легким та негорючим гелієм, а нижня – гарячим повітрям. Підігріваючи його в ході польоту пропаном, етаном або гасом, що спалюється в спеціальних пальниках, аеронавти регулюють висоту польоту. Цей тип повітряних куль називають іноді роз'єрами - на честь одного з перших повітроплавців Жана Франсуа Пілатра де Розьє, який загинув у 1785 році, коли його куля, наповнена сумішшю гарячого повітря та водню, спалахнула в польоті. Вибір палива для нагрівання повітря в оболонці є визначальним фактором у льотно-технічних характеристиках монгольф'єрів. Адже чим більшою теплотою згоряння має кілограм палива, тим менше палива необхідно брати в політ, тим кращими льотно-технічними характеристиками матиме монгольф'єр: він зможе довше перебувати в повітрі, пролетить більшу відстань або підніметься на більшу висоту. Наші попередники для нагрівання повітря спочатку використовували все, що могло горіти, - гілки дерев, солому, вугілля і т.д. Надалі перейшли до нафти, горючих газів, деревного вугілля. Вибиралося те паливо, яке могло швидко та ефективно прогріти повітря у монгольф'єрі, бути дешевим та доступним. У результаті зупинилися на суміші пропану з бутаном у рівних частках. Вона, правда, дещо гірша за чистий пропан, тому що має меншу випаровуваність і пальники доводиться оснащувати додатковими пристроями для збільшення випаровуваності. "Незважаючи на це, - пише у своїй книзі Ю.С. Бойко, - переважна більшість сучасних монгольф'єрів працює на пропан-бутані. Він широко поширений у побуті, дешевий, а технологія його зберігання та транспортування добре відпрацьована. Він відрізняється легкістю запалення та гасіння , малою кількістю твердих продуктів згоряння та нетоксичністю. Невпізнано змінилися й пальники. Тепер це пристрої, насичені регулюючими та контролюючими механізмами, що автоматично підтримують необхідну температуру гарячого повітря в оболонці. Газові балони зазвичай виконуються з алюмінієвих сплавів. Рідкий пропан в них знаходиться під тиском 10-20 атмосфер, причому над рідким пропаном знаходиться газоподібний пропан, що надходить до гніт, що горить від початку польоту до кінця. Силу горіння гніт настроюють регулятором. Призначення гніт - запалювати основний пальник під час польоту. Після прогріву до необхідної температури повітря в оболонці основний пальник з метою економії газу вимикають. Коли пілот помічає по варіометру початок спуску монгольф'єра, що викликається охолодженням повітря в оболонці, основний пальник знову вмикається, повітря підігрівається і піднімається монгольф'єр. Потужність пальників сучасних монгольф'єрів складає 1,8-4,6 МВт. Однак повітря в оболонці можна нагріти, не тільки спалюючи якесь паливо на борту повітряної кулі. Є ще одне джерело тепла – сонце. І якщо оболонку пофарбувати в чорний колір, вона акумулюватиме сонячну енергію. За таким принципом у 1973 році в США збудували монгольф'єр "Солар файрфлай", який здійснював польоти з використанням тільки енергії сонячних променів. У Франції було розроблено низку повітряних куль, що використовують інфрачервоне випромінювання сонця. Вони отримали назву СВІТ. Основна їхня відмінність у тому, що повітря в оболонці нагрівається не тільки атмосферною радіацією інфрачервоного діапазону, а й земною. Оболонка СВІТ розділена на дві частини. Верхня частина практично не випромінює інфрачервоної радіації через особливе покриття зовнішньої поверхні оболонки, наприклад, алюмінієвим майларом, тому тепло накопичується під нею. Нижня частина виконана із прозорої поліетиленової плівки з отвором унизу. Коли такий аеростат летить над районом землі, де вгору спрямований тепловий потік, оболонка нагрівається і з'являється додаткова аеростатична підйомна сила. Вдень повітряна куля піднімається, вночі опускається, але не до землі, а до деякої висоти, де випромінювання землі достатньо підтримки підвищеної температури повітря в оболонці. Звичайно, висота польоту повітряної кулі буде залежати від багатьох факторів: широти місцевості та сезонів року, ясності неба та часу доби і т.д. вдень і вночі. Висоту польоту вдень і вночі дозволяє змінити повітряний клапан, що знаходиться у верхній частині оболонки та керований невеликим двигуном, що живиться від бортового джерела енергії. Коли клапан відкритий, тепле повітря в оболонці заміщається холодним, що надходить через нижній отвір, діаметр якого більший за діаметр клапана. Причому обсяг оболонки залишається незмінним. Багатоденні польоти на повітряних кулях стимулювали змагальний дух аеронавтів. Багато ентузіастів повітроплавання мріяли здійснити політ навколо Землі. Спочатку робилися спроби перелетіти якийсь океан. Найбільш підходящим виявився Атлантичний, північна частина якого поцяткована численними повітряними та морськими трасами. Це полегшувало спостереження за польотом та пошук сміливців, які ризикнули здійснити переліт Атлантики. 14 вересня 1984 року 58-річний американець Д. Кіттінджер, у минулому військовий льотчик-випробувач, стартував з міста Карібу в штаті Мен, і завдяки сильному попутному вітру приблизно через 70 годин опинився біля берегів Франції. Траса його польоту пролягла над Ньюфаундлендом, потім на південь від Гренландії і перед Ірландією круто повернула на південний схід. Це дещо утруднило вибір місця посадки, оскільки над Європою аеронавт виявився значно південнішим за ті місця, де планувалося приземлення. Пролетівши вздовж північних відрогів Піренеїв та Середземноморського узбережжя Франції, він приземлився у лісистій місцевості біля італійського міста Савона. Фініш був важким, аеронавта викинуло з гондоли з висоти трьох метрів, він зламав ногу і був одразу ж доставлений до шпиталю. 1998 року рекорд перебування в польоті поставив Стів Фоссетт. Вирушив він у політ новорічної ночі, обвішавши всю гондолу балонами з пропаном, щоб довше підігрівати повітря в оболонці. Однак у польоті з ним сталася неприємність - відмовила комп'ютерна система опалення кабіни і він став мерзнути. Довелося спуститися у тепліші шари атмосфери. На висоті 914 метрів повітроплавець перетнув російський кордон у районі Анапи. Через деякий час від нього надійшов сигнал про екстрене зниження - техніка остаточно відмовила, і він був змушений приземлитися біля хутора Гречана Балка, що в Краснодарському краї. Рекордсменом же 1998 року виявився міжнародний екіпаж у складі швейцарця Бертрана Пікара, бельгійця Біма Верстраетена та англійця Енді Елсона. Стартувавши з Європи в небеса без особливого галасу на кулі "Братлінг Орбітер-2", вони пролетіли понад двадцять тисяч кілометрів. Але, потрапивши до несприятливих метеоумов, були змушені приземлитися в Бірмі. Ажіотаж наростав. 1999 року один за одним стартували екіпажі з різних країн і найчастіше зазнавали невдачі. Основна боротьба розгорілася між європейцями. Британці Енді Елсон та Колін Прескот, стартувавши першими з Іспанії 17 лютого 1999 року, провели у повітрі понад дванадцять діб, побивши світовий рекорд тривалості та дальності польоту, але все-таки були змушені приземлитися – закінчилося паливо. Слідом за рекордсменами рушила інша повітряна куля, яка стартувала 1 березня, в неділю вранці, зі швейцарського містечка Шато д'Е з тією ж метою - здійснити безпосадковий обліт нашої планети. Його командором став онук знаменитого швейцарського вченого та мандрівника Огюста Пікара – Бертран. Стартувати вчасно, тобто напередодні Нового року, йому завадили дві причини: несприятлива погода та відсутність дозволу Пекіна на проліт повітряного простору КНР. Відсіки "Орбітера-3" були наповнені не гелієм, а пропаном, тому він виявився більшим і важчим, ніж куля Елсона та Прескота. Його висота була 55 метрів, а важила вона 9 тонн. Зате він зміг узяти великі запаси пального, і це, зрештою, виправдало себе. "Пікар та його напарник, британський пілот Браян Джонс, сподівалися облетіти Землю за 16 діб, - пише в журналі "Техніка - молоді" С. Миколаїв, - маючи у вигляді переваги дозвіл на проліт над південною частиною Китаю. Однак експедиція складалася далеко не просто Стартувати довелося при сильному наземному вітрі, не чекаючи гарної погоди, оскільки Пікар боявся прогаяти попутні стратосферні течії, відразу ж після старту їх понесло до Іспанії, проте їм вдалося трохи виправити напрямок польоту, потрапити над Мавританією в попутну повітряну течію, яка направила. бік Індії, Китаю та через Тихий океан до Каліфорнії. Кілька разів куля обмерзала і починала стрімко втрачати висоту. Спостерігалися також неполадки в системах постачання киснем та управління кулею. Лише коли повітряна куля "Орбітер-3" на вісімнадцятий день минула американський континент і опинилася над Атлантикою, повітроплавці стали всерйоз сподіватися на благополучний результат своєї експедиції. Надія надала їм сили, які на той час перебували вже під кінець. Аеронавти доповідали на контрольний пункт, що у них вийшов з ладу один із обігрівачів, і температура на борту не перевищує восьми градусів за Цельсієм. Обидва сильно застуджені. Бертран Пікар, за основною професією, лікар-психіатр, був змушений навіть вдатися до гіпнозу, щоб відновити сили".
21 березня близько десятої години ранку неймовірно стомлені повітроплавці, пролетівши понад сорок тисяч кілометрів, змогли залишити свою тісну кабіну. "Орел здійснив посадку", - радували вони до Швейцарії, приземлившись неподалік села Мут, що за 800 кілометрів на південний захід від Каїра. Отже, рекорд встановлено. Про що тепер мріяти сучасним повітроплавцям? Про переліт через обидва полюси? Або влаштувати гонки на кулях навколо земної кулі – хто здійснить кругосвітню подорож швидше? Ймовірно, логічніше піти іншим шляхом. Фахівці НАСА збудували для астрономічних досліджень гігантський аеростат, схожий на гарбуз. Його діаметр – близько 128 метрів, а висота – 78. Одна зі спроб навесні 2001 року закінчилася невдачею. Куля опустилася через витік, піднявшись на висоту 20 кілометрів. Передбачається, що подібний гігант плаватиме на висоті 35 кілометрів із 1350 кілограмами наукової апаратури та залишатиметься у повітрі до ста днів. І за цей час, за наявності сприятливих вітрів, разів п'ять облетить довкола нашої планети. При цьому все керування здійснюватиметься по радіо та за допомогою автопілота. Передбачається використання сонячних батарей для живлення бортових систем. Запуск кулі обійдеться як мінімум втричі дешевше, ніж запуск супутника, причому апаратуру, що спускається парашутом, можна використовувати кілька разів. Інший оригінальний проект запропонували американські студенти-дизайнери Ерік Рейтер та Девід Гудвін: 180-метровий повітряний корабель попливе в небесах подібно до кліпера. Нижня частина його вертикальної структури послужить кілем-стабілізатором, тоді як наповнені гелієм понтони - центральний і два бічні - працюватимуть як вітрила. Аеростат-гігант можна буде використовувати як наукову базу або туристичне повітряне судно. Автор: Муський С.А.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Потужний перемикач для DC-DC-перетворювачів ▪ Переробка одноразових масок у паливо ▪ Бюджетні мікроконтролери Microchip PIC16F152 ▪ Нова мембрана здешевить фільтрацію води
▪ розділ сайту Найважливіші наукові відкриття. Добірка статей ▪ стаття Бабуся надвоє сказала. Крилатий вислів ▪ стаття У якій державі світу найнижча народжуваність? Детальна відповідь ▪ стаття Стрілолист. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Дивовижна стрілка. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page