Развитие идей полета в России в 19 веке

    Введение

 
    В античные века и в эпоху средневековья  совершались безуспешные попытки полета, основанные на подражании полету птиц, возможность оторваться от земли с помощью искусственных крыльев породила попытки полета на крыльях после прыжка с высоты. Эти эксперименты обычно кончались увечьем или гибелью  испытателя.

    Несмотря  на многочисленные неудачи, попытки  полетов с помощью орнитоптеров-мускулолетов продолжались долгие годы. Вера в осуществимость машущего полета была столь сильна, что крупнейший ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи смог осознать бесплодность этих попыток и создал несколько объектов летательных аппаратов с машущими крыльями.

    Развитие  идеи полета в России, как и в  других странах, началось с попытки полета «по-птичьему». В старинных русских былинах говорится о полете богатыря Тугарина Змеевича на бумажных крыльях. Есть упоминания о полетах идей и в рукописи Даниила Заточника (XIII век), перечисляя увеселения славян, Даниил Заточник писал: «Иные, вскочив на коня, скачут по ристалищу, рискуя жизнью, а иные летают с церкви или с высокого дома на шелковых крыльях ...». Первое документальное свидетельство о попытке полета на искусственных крыльях в России относится к 1695 г.. Неизвестный изобретатель создал два варианта крыльев — сначала из слюды, а затем, стремясь уменьшить их вес , из кожи, но подняться на воздух, конечно, не смог.

    В XVIII веке в Европе зарождается машинно-фабричное производство. Это вызвало интенсивное развитие науки и техники, способствовало появлению научного подхода к решению проблемы  полета.

    В середине XVIII века великий русский ученый М. В. Ломоносов проводил исследования в области физики атмосферы и метеорологии. В связи с этими исследованиями у Ломоносова возникла мысль о создании летательного аппарата, с помощью которого можно было бы поднять над землей метеорологические регистрирующие приборы. Летательных аппаратов легче воздуха в те годы еще не было, и ученый обратился к идее вертикально взлетающего аппарата тяжелее воздуха. Исходя из приведенного описания можно предположить, что созданная М. В. Ломоносовым «аэродинамическая машина» представляла собой летательный аппарат типа вертолета.

    Бурное  развитие мануфактурного производства в XVIII веке послужило импульсом для  развития  науки  и  изобретательства. Вместе с достижениями промышленности это, в конечном счете, привело к созданию первых летательных аппаратов — аэростатов. 5 июня 1783 г. во Франции братья Ж. и Э. Монгольфье осуществили беспилотный пуск аэростата диаметром  11,5 м, выполненного из оклеенного бумагой холста с веревочной сеткой и наполненного горячим воздухом. Создание легкой,  герметичной и устойчивой по форме оболочки позволило реализовать принцип, по которому в сплошной среде тело, обладающее весом меньше вытесненной им массы этой среды, всплывает вверх.   19 сентября в Версале братья Монгольфье подняли в воздух баллон с животными, а 21 ноября  1783 г. в Париже был   осуществлен   первый полет людей на летательном аппарате.

    Одновременно французский ученый Ж. Шарль создал аэростат, наполненный водородом. В отличие от шара братьев Монгольфье, возникшего  чисто  эмпирически,   этот  более  совершенный  летательный аппарат  появился в результате целенаправленного освоения достижений науки  и промышленности (разработка методов добычи водорода, получение каучука, примененного Шарлем в конструкции оболочки аэростата). Первый полет людей на аэростате конструкции  Шарля состоялся 1 декабря 1783 г. Было преодолено расстояние около 40 км. Совершенство конструкции аэростата Шарля выразилось, помимо применения водорода для создания подъемной силы, в различных технических деталях, облегчающих его эксплуатацию.

    Создание  летательного» аппарата легче воздуха  явилось поворотом в развитии идеи полета. Казалось, что это достижение означает осуществление долгожданной мечты человека о полете. Наступила эра воздухоплавания.

    Развитие  идеи полета в России в 19 веке 

    Огромный  интерес к вопросам воздухоплавания и сравнительная простота постройки воздушных шаров способствовали началу практических работ в области воздухоплавания в России. Первые опыты ограничивались запусками беспилотных аэростатов.

    Однако  русское правительство весьма недоброжелательно отнеслось к развитию воздухоплавания, опасаясь пожаров. В связи с этим первые пилотируемые полеты на аэростате в России были осуществлены лишь в 1803 г., когда в нашу страну приехал известный французский воздухоплаватель Ж. Гарнерен. Им было совершено два полета в Петербурге и один в Москве. Последний из указанных полетов продолжался 7 ч 15 мин и был одним из самых длительных среди предпринятых до этого времени.

    Полеты  Гарнерена носили чисто развлекательный  характер. Однако уже в 1804 г. Академия наук организовала первый в мире полет  воздушного шара с научными целями. 30 июня академик Я. Д. Захаров поднялся на воздушном шаре, управляемом бельгийским воздухоплавателем Робертсоном. Во время полета были проведены замеры давления, температуры, взяты пробы воздуха на различных высотах, выполнены опыты со статическим электричеством и магнитом, некоторые простейшие физиологические эксперименты.

    Первый  самостоятельный полет на воздушном  шаре был выполнен в Москве осенью 1805 г. нашим соотечественником штабс-лекарем Кашинским.

      В августе 1828 г. на воздушном шаре поднялась первая русская воздухоплавательница Ильинская. Высота подъема составила более 600 м. Уже в первые годы после изобретения аэростата этот летательный аппарат начали применять для решения военных задач.

    Во  второй половине XIX века в России также были предприняты шаги в направлении использования привязанных аэростатов для военных целей. В 1869г. Военно-ученый комитет образовал специальную комиссию под председательством генерала Э. И. Тотлебена. Работы, проведенные этой комиссией, доказали полезность применения аэростатов для военных целей.

    Создание  аэростата не позволило полностью решить проблему полета.  Основным его недостатком являлась невозможность совершить полет по заранее намеченному маршруту. Поэтому вскоре после первых полетов на аэростатах изобретатели многих стран начали работать над проблемой создания управляемого аэростата. Было очевидно, что для обеспечения управляемого полета летательного аппарата легче воздуха необходимо: снабдить аэростат двигателем, обладающим достаточно малым удельным весом;

    установить  на аэростате двигатель;

    уменьшить   сопротивление   воздуха   в   направлении   полета;

      обеспечить  аэростат  органами  управления.

    Решение  некоторых   из   этих   задач   могло   быть   найдено   из опыта кораблестроения,  который, в частности,  подсказывал, что  для выполнения двух последних условий следовало придать летательному аппарату удлиненную форму и снабдить его рулями в форме парусов или жестких плоскостей.

    Опыт  морского дела облегчил также выбор двигателя управляемого аэростата, прообразами которого могли служить весла и гребной винт.

    Наиболее  сложной задачей являлось создание двигателя, обладающего достаточно малым удельным весом для его применения на аэростате.

    В рассматриваемый период в качестве энергетических установок для летательных аппаратов могли быть использованы: мускульная сила  человека,   паровая   машина и реактивный   (ракетный) двигатель.

    Первый  в России проект управляемого аэростата  основывался на использовании мускульной силы человека. Согласно этому проекту, предложенному правительству России в 1812 г. Ф. Леппихом, аэростат больших размеров должен был иметь рыбообразную форму и перемещаться в воздухе с помощью двух подвижных крыльев, прикрепленных по бокам аппарата. Для управления полетом предусматривались специальные аэродинамические поверхности. Аэростат предлагалось использовать для борьбы с армией Наполеона.

    В 1812—13-е гг. Леппих вел в России постройку своего аэростата. Работа не увенчалась успехом.

    Начало  XIX века ознаменовалось широким распространением паровых машин. Усовершенствование их посредством применения водотрубных котлов высокого давления, использование перегрева пара, а также теоретические исследования в области термодинамики (Карно, Джоуль, и др.) привели к повышению их компактности и уменьшению веса. Это натолкнуло ученых и изобретателей, занимавшихся проблемами воздухоплавания, на мысль о возможности применения паровой машины для движения аэростата.

    Первым  предложил это сделать английский ученый Д. Кейли. В 1816 г. в своем проекте  Кейли дал расчет конструкции  и потребной тяговооруженности управляемого аэростата длиной 90 м с экипажем 7 человек. Паровая машина с мощностью. должна была, по оценке изобретателя, сообщить аэростату скорость около 25 км/ч. Эти расчеты были ошибочны, что вскоре понял и сам Кейли. В 1837 г. он предложил создать управляемый аэростат больших размеров, стремясь уменьшить относительную долю веса силовой установки.

    В России идею применения парового двигателя на аэростате впервые высказал изобретатель Н. Архангельский в 1851 г. Помимо винтов, служащих для поступательного движения летательного аппарата. Архангельский предусмотрел также подвижные крылья, которые служили для подъема аппарата вверх.

    В это же время над проблемой  управления аэростатом с помощью  винтов и парового двигателя работал. Р. Черносвитов. Идея управления аэростатом с помощью парового двигателя и пропеллера была принципиально правильной. Однако в отсталой в техническом отношении России в те годы осуществить указанные выше проекты наших соотечественников было невозможно.

    Успешный опыт применения в России боевых ракет, значительная тяга и простота конструкции порохового ракетного двигателя побудили изобретателей к разработке реактивных летательных аппаратов. Аэростаты, предложенные в проекте Третеского в 1849 г., должны были приводиться в движение при помощи струи газа или пара. В качестве источника движущей силы изобретатель предложил применять пары воды или спирта, пороховые газы и сжатый воздух. В соответствии с этим он подразделял свои летательные аппараты на паролеты, газолеты и воздухолеты.

    Указанный проект являлся в те годы невыполнимым, однако труд Третеского, основанный на математических вычислениях и снабженный большим количеством схем и чертежей, заслуживает внимания как первая в России попытка научного решения  вопроса о применении принципа реактивного движения к задачам воздухоплавания. Следует отметить также сделанное изобретателем предложение разделить оболочку аэростата на ряд изолированных отсеков.

    Другой  проект реактивного аэростата был  разработан в 1866 г. Н. М. Соковниным. В соответствии с этим проектом горизонтальное перемещение аэростата должно было осуществляться за счет реакции сжатого воздуха, вытекающего из труб, расположенных по бокам летательного аппарата.

    Вопросом   применения   пороховых   ракет  в  задачах  воздухоплавания занимался в 1850-е годы К.И. Константинов, который на основании опытов, проведенных при помощи ракетного баллистического маятника, пришел к выводу о невозможности использования   ракет   для   перемещения   аэростатов. Появление аэростатов на долгий срок отвлекло внимание ученых и изобретателей от идеи летательного аппарата тяжелее воздуха. В частности, в России после работы М. В. Ломоносова по созданию «аэродинамической машины» проекты летательных аппаратов тяжелее воздуха появились вновь более чем через 100 лет. Однако   не  следует  считать  эпоху  воздухоплавания   застойным этапом в развитии идеи полета. Работы по созданию управляемых аэростатов   способствовали    накоплению    практического    опыта, сыгравшего затем положительную роль в разработке летательных аппаратов тяжелее воздуха. Именно на воздухоплавательных аппаратах впервые были  применены пропеллеры, тепловые двигатели,  аэродинамические рули,  исследованы принципы уменьшения   аэродинамического  сопротивления. 

    Сложность создания летательных аппаратов тяжелее воздуха по сравнению с воздухоплавательными аппаратами состояла, в первую очередь, в том, что для полета необходима аэродинамическая подъемная сила.

    В 1869 г. А. Н. Лодыгин, известный впоследствии своими изобретениями в области электротехники, предложил проект аппарата вертикального взлета с электрическим двигателем. Летательный аппарат, названный Лодыгиным «электролет», предназначался, в частности, для решения таких военных задач, как воздушная разведка и даже бомбардировка.

    Во  второй половине XIX века проблемой создания вертолета занимался также выдающийся отечественный метеоролог М. А. Рыкачев. Как и Ломоносов, Рыкачев стремился разрешить проблему исследования верхних слоев атмосферы с помощью летательных аппаратов. Совершив лично несколько подъемов на воздушном шаре, ученый убедился в несовершенстве аэростатов для намеченных изысканий и обратился к разработке летательных аппаратов тяжелее воздуха. Отсутствие материальных возможностей заставило ученого ограничиться экспериментами по изучению работы несущего винта.