Історія винаходу аеростату
З давніх-давен люди мріяли піднятися в повітря, щоб парити там подібно до птахів. Саме їм вони наслідували у своїх перших спробах відірватися від землі. Але, на жаль… Численні досліди зі штучними крилами давали той самий результат — людина не могла злетіти, як не намагалася.
У середні віки, коли була відкрита здатність гарячого повітря піднімати легкі тіла, з'явилася ідея використовувати його для підйому людини. Декілька дотепних конструкцій аеростату було запропоновано різними вченими протягом XVI-XVII століть. Однак реально ці ідеї втілилися в життя лише наприкінці XVIII ст.
У 1766 році Кавендіш відкрив водень - газ, який у 14 разів легший за повітря. У 1781 році італійський фізик Кавелло провів досліди з мильними бульбашками, наповненими воднем - вони легко виносилися у висоту. Таким чином, було розроблено принцип аеростату. Залишалося знайти матеріал щодо його оболонки. Це вдалося не одразу. Усі використовувані раніше тканини були або занадто важкі, або пропускали через себе водень.
Завдання вдалося вирішити паризькому професору Шарлю, який вигадав зробити оболонку з шовку, просоченого каучуком. Але перш, ніж Шарль встиг приступити до будівництва аеростату, свою повітряну кулю запустили брати Етьєн та Жозеф Монгольф'є, сини паперового фабриканта з міста Анонє.
Брати Монгольф'є не мали тих наукових знань, якими володів Шарль, зате вони мали багато ентузіазму і наполегливості. Щоправда, їхні перші спроби були невдалими. Спочатку вони намагалися наповнити паперову кулю парами, потім димом. Пізніше їм потрапив твір Пристлея про різні пологи повітря, в якому було багато важливих спостережень про різні властивості газів.
Озброївшись цими відомостями, Монгольф'є спробували наповнити кулю воднем, але їмне вдалося виготовити оболонку, яка б утримати цей легкий газ. До того ж водень коштував тоді досить дорого. Залишивши його, брати повернулися до своїх дослідів із повітрям. Вони вважали, що з рубаної суміші соломи і вовни повинна утворитися при горінні особлива електрична пара, що має велику підйомну силу. Незважаючи на абсурдність цього припущення, досліди із нагрітим повітрям дали добрий результат.
Перша куля, об'ємом трохи більше кубічного метра, після наповнення гарячим повітрям піднялася на висоту 300 метрів. Натхненні цим успіхом, брати почали виготовлення великого аеростату обсягом близько 600 кубічних метрів і діаметром 11 метрів. Його шовкову оболонку зсередини обклеїли папером. Над нижнім його отвором було укріплено ґрати з виноградних лоз, де розміщувалася жаровня.
Коли Шарль дізнався про успішний політ монгольф'єра (так почали називати кулі, наповнені гарячим повітрям), він із подвоєною енергією взявся за будівництво свого аеростату. Вправні механіки брати Робери допомагали йому. Оболонку діаметром 3, 6 м виготовили з прогумованого шовку. Внизу вона закінчувалася шлангом з клапаном, через який її наповнили воднем.
На ті часи це було непросте завдання. Перша скрута полягала у отриманні водню. Для цієї мети Шарль придумав наступний прилад: у бочку поклали залізну тирсу і налили на них води. На кришці бочки просвердлили дві дірки. В одну всунули шкіряний рукав, з'єднаний з повітряною кулею, а в іншу влили сірчану кислоту.
Однак, виявилося, що реакція йде дуже бурхливо, вода розігрівається і у вигляді пари захоплюється разом з воднем всередину кулі. У воді був розчин кислоти, яка починала роз'їдати оболонку. Щоб уникнути цього, Шарльпридумав пропускати одержуваний водень через посудину з холодною водою. Таким чином, газ охолоджувався та одночасно очищався. Справа пішла успішніше, і на четвертий день роботи установки куля була наповнена.
Більшість із них подумали, що впав Місяць. Коли ж селяни побачили, що чудовисько лежить цілком спокійно, вони напали на нього з ланцюгами та вилами і в короткий термін страшенно покололи та розірвали рештки кулі. Шарль, що примчав з Парижа на місце падіння свого аеростата, знайшов лише жалюгідні його лахміття. Прекрасне творіння рук людських, на яке було витрачено близько 10 тисяч франків, загинуло безповоротно. Втім, якщо не брати до уваги цього сумного фіналу, загалом досвід пройшов успішно.
Після огляду тварин було виявлено, що півень пошкодив крило, і цього було достатньо, щоб між вченими розгорілися спекотні суперечки про можливість життя великих висотах. Побоювалися, що живі істоти можуть задихнутися, якщо піднімуться на висоту понад кілометр, адже ніхто ще не досліджував цієї таємничої атмосфери. На наступний монгольф'єр, що будується, король Людовік XVI наказав посадити двох злочинців, які перебували у в'язниці.
Однак професор Шарль і брати Робери теж не гаяв часу. Оголосивши передплату, вони зібрали 10 тисяч франків на виготовлення нового шарльєра для підйому двох людей. При конструюванні свого другого аеростата Шарль вигадав майже все спорядження, яким користуються повітроплавці і досі.
Усі пізніші повітряні кулі дуже мало відрізнялися від тих, що вигадали Монгольф'є та Шарль. Взагалі, хоча брати Монгольф'є першими виготовили аеростат, справжнім його творцем слід вважати все-таки Шарля, оскільки саме його конструкція виявилася найбільш практичною та зручною. Крім того, Шарль винайшовмотузкову мережу, що охоплює кулю і передає на неї вагові навантаження, винайшов клапан і повітряний якір, перший застосував пісок як баласт і пристосував барометр для визначення висоти.
Наступні аеронавти не додали нічого істотного до створеної ним моделі аеростату. Подібно до Шарля, вони досі користуються для заповнення кулі дешевим воднем. Він вибухонебезпечний, проте має невисоку ціну і має найбільшу підйомну силу (1 кубічний метр створює підйомну силу 1, 2 кг).
Гелій, який у 40-50 разів дорожчий за водень, створює підйомну силу в 1,05 кг. Нагріте до 100 градусів повітря має підйомну силу всього 0,33 кг. Тому монгольф'єри при одній вантажопідйомності з шарльєрами мають об'єм у 3-4 рази більший, крім того, вони повинні нести паливо для пальника. Велика площа поверхні монгольф'єра сприяє величезній втраті тепла.
Політ будь-якого аеростату підпорядковується закону Архімеда - підйомна сила несучого газу, що заповнює оболонку, є різниця між вагою повітря, витісненого оболонкою, і вагою несучого газу. Чим менша питома вага газу, тобто чим він легший, тим більшою підйомною силою має аеростат.
З цього видно, що найбільшою підйомною силою мав би аеростат, що має усередині своєї оболонки вакуум. Вперше ідею такого аеростата запропонував у 1670 році чернець де Лана Терці. Ця ідея досі не здійснена, але якби вдалося подолати атмосферний тиск, який стискатиме кулю із силою 10 тонн на кожен квадратний метр, вона цілком могла б дати свої результати.
На великій висоті, де тиск повітря менший, газ усередині оболонки починає розширюватися, розпирати оболонку і зрештою розриває її. Щоб уникнути цього, перші повітроплавці були змушені залишати відкритою трубку,через яку відбувалося заповнення кулі воднем (апендикс). Піднімаючись, аеростат «видавлював» із себе через апендикс надлишок газу. Оболонці внаслідок цього вже не загрожував розрив, але з витіканням газу зменшувалась підйомна сила аеростату. Доводилося полегшувати гондолу, скидаючи баласт.
Посадка аеростату завжди була небезпечною справою. Щоб зробити її менш ризикованою, Шарль забезпечив свою кулю кількома захисними пристроями. На екстрений випадок він передбачив розривний пристрій для швидкого випуску газу. Зазвичай, бажаючи опуститися, аеронавт випускав газ потроху через спеціальний клапан, але за вітряної погоди існувала велика небезпека, що куля з гондолою волочитиметься по землі, тому перед торканням землі пасажири, потягнувши мотузку, відкривали великий отвір для виходу газу.
Для зменшення швидкості спуску застосовували гайдроп – товстий канат завдовжки 60-100 метрів, який скидали перед приземленням. При торканні гайдропом землі вага аеростату зменшувався на вагу гайдропа, що знаходиться на землі, і спуск дещо сповільнювався. Маневруючи баластом, газовим клапаном та гайдропом, досвідчені повітроплавці могли досить успішно регулювати висоту польоту, злітати та приземлятися. Що ж до напрямку польоту, то тут аеронавт був у повній владі повітряних течій. Всі спроби керувати польотом повітряної кулі за допомогою крил, весел або гвинтів, що наводяться людиною, виявилися неефективними.
Багато в чому внаслідок цього практична користь від повітроплавання, враховуючи колосальні витрати на нього (особливо в епоху захоплення дирижаблями, яка припала на першу третину XX століття), завжди була незначною. Але не слід судити про це чудове завоювання людського розуму тільки з точки зору практичноївигоди. Аеростат вперше дав людям можливість відірватися від землі і злетіти під хмари, подібно до птаха; він задовольнив багатовікову мрію людини про політ. Тому його створення має бути поставлене до ряду найбільших людських винаходів.
Увійдіть до групи, і ви зможете переглядати зображення в повному розмірі