Неспешное возвращение цеппелина

Самое длинное воздушное судно в мире пойдет в серию. Первый летный экземпляр дирижабля Airlander 10 должен подняться в воздух в начале 2020-х годов, британская Hybrid Air Vehicles (HAV) уже получила одобрение от Управления гражданской авиации. По словам представителей HAV, это будет пассажирская версия для элитного туризма. В компании заявили, что нынешний прототип перестраиваться не будет, в ближайшее время не планируется больше и летных испытаний.

Airlander 10 в народе получил название «летающий зад» (англ. Flying Bum) за свое поразительное сходство с задницей. В самой HAV с юмором относятся к своеобразному внешнему виду своего детища, охотно упоминая это прозвище на собственном сайте.

Длина судна составляет 92 метра, ширина — 43,5 метра. С экипажем на борту аппарат может находиться в воздухе до пяти дней. Его грузоподъемность составляет десять тонн.

Разработка Airlander 10 ведется с середины 2000-х. Аппарат имеет газовые объемы, заполненные гелием. Дирижабль приводят в движение четыре турбодизельных мотора мощностью по 325 л. с. каждый. Согласно проектным расчетам, они должны обеспечивать воздушному судну скорость до 148 км/ч.

Перспективы мягких дирижаблей

Помимо Великобритании, Германии и США одним из центров мирового дирижаблестроения является Россия. Для воплощения идеи модернизации аэростатов друзья детства Геннадий Верба и Игорь Пастернак еще в 1980-х годах создали кооператив. Однако впоследствии пути конструкторов разошлись: они создали компанию Worldwide Aeros в США, а затем Геннадий вернулся в Россию и возглавил «Авгуръ — РосАэроСистемы».

«Мировые компании, которые реально строят дирижабли, можно перечислить буквально на пальцах одной руки, — рассказал “Стимулу” вице-президент “РосАэроСистем” Михаил Талесников. — Что значит реально строят? Это значит, что они их сертифицируют, получают летную годность и эксплуатируют в каких-то целях. В России это мы, одна компания. Есть компания “Цепеллин” в Германии, британская HAV и американские Lockheed Martin и Worldwide Aeros. Мы, Worldwide Aeros и Lockheed Martin занимаемся созданием транспортного дирижабля».

Что касается детища компании HAV, то, по мнению специалистов в области воздухоплавания, этот аппарат не имеет будущего, как и все прочие дирижабли мягкого типа.

«Аппараты HAV — это мягкая тряпка. Их форма поддерживается за счет внутреннего давления газа. Если взять наши аппараты AU-12, AU-30 — это тоже блимпы так называемые. Как только такой аппарат наполняют подъемным газом, он уже не выключается, в отличие от других летательных аппаратов. При этом на земле, даже в ангаре, условия более сложные, потому что у него есть жесткая точка касания к земле. Если вдруг система поддержания давления перестает работать, форма теряется, и это неминуемо приводит к повреждениям, авариям. На тряпке держится много жестких элементов: оперение, вентиляторы, двигатели. А чтобы форма не терялась, двадцать четыре часа работает газовоздушная система».

Здесь стоит рассказать о принципе газовоздушной системы. Внутри большой гелиевой оболочки есть еще одна оболочка, иногда две. Это баллонеты, мешки с воздухом. Когда аппарат набирает высоту, гелий расширяется и выжимает воздух. Поскольку гелий дорогой, терять его невыгодно. При снижении он еще понадобится. Он выдавливает воздух из баллонетов, они находятся в нижней части аппарата. Там есть клапан, отрегулированный на определенное давление. Именно размером баллонетов определяется высота полета дирижабля. Если при наборе высоты остается около 10% объема баллонетов — значит, дальше подниматься нельзя. Потому что если вырастет температура, к примеру, при воздействии прямых солнечных лучей, то гелий расширится и в дальнейшем начнет расти давление. Чтобы оболочка не взорвалась, придется стравливать этот гелий через клапан безопасности.

Эта система все время дышит. Температура падает, гелий сжимается, автоматически включаются вентиляторы, и баллонеты увеличиваются, чтобы давление было постоянным, потому что именно оно поддерживает форму. Температура растет, гелий расширяется, через клапан выдавливается воздух. Кроме того, тримаран компании HAV — это гигантский аппарат. При его форме на нем может скопиться большое количество снега. В северных районах снегопад не только не даст ему подняться, он его раздавит. Давление снега, который скопится сверху, будет выше внутреннего давления аппарата.

Основные сферы применения Au-30 - это патрулирование, специальный контроль линий электропередачи и трубопроводов, фото и видео съемка, спасательные операции, а также элитный туризм

"РосАэроСистемы"

Плюсы и минусы

Как утверждают в «РосАэроСистемах», будущее дирижаблей — перевозка грузов. Но в истории человечества грузовых дирижаблей пока не было. Были транспортно-пассажирские дирижабли, те самые «Цепеллины», которые летали через Атлантику по маршрутам Берлин — Нью-Йорк, Берлин — Сан-Паулу. Уровень комфорта был очень высокий. Такой комфорт на летательном аппарате и по сей день недостижим, потому что пассажирам невозможно предоставить столько площади. Но это были не грузовые, а транспортно-пассажирские аппараты.

«Многие дилетанты — апологеты дирижаблестроения говорят, — рассуждает Михаил Талесников, — что 90 процентов ресурса двигателей и топлива расходуется на поступательное движение, потому что в воздухе его держит Архимед — даром, за счет силы подъемного газа. Поэтому экономика дирижабля заведомо лучше, чем у любого другого летательного аппарата. Ими можно возить куда угодно и что угодно. Но тут возникает вопрос: почему же тысячи аппаратов уже не бороздят небо, если все так хорошо?»

Есть несколько основных проблем, из-за которых дирижабли до сих пор не стали эффективным средством доставки грузов. Эти аппараты имеют сильные ограничения по погоде. Они очень большие, из-за этого относительная энерговооруженность, то есть отношение количества лошадиных сил к объему, невелика. Они совершенно неавтономны: чтобы такой аппарат взлетел, большое количество людей держит его за веревки, подводит к причальной мачте. Необходимо также огромное поле с твердым грунтом. То есть для большого дирижабля необходим дирижабледром — наземная инфраструктура, не сильно уступающая хорошему аэропорту с ВВП для грузового самолета.

Есть еще один очень существенный недостаток дирижаблей: при отдаче груза они теряют вес и становятся значительно легче воздуха.

«Вот, представьте, — говорит Михаил Талесников, — у вас дирижабль грузоподъемностью сто тонн — такой создать вполне реально. Если вы куда-то прилетели и эти сто тонн сняли с борта, возникают сто тонн всплывной силы. Колоссальная сила, которая тащит вас в стратосферу. Аппарат становится страшно нестабильным. Что делали на старых “Цепеллинах”? Когда такой аппарат прилетал, надо было, чтобы вышли 72 пассажира, были выгружены их чемоданы. Кроме того, он сжигал за перелет пару десятков тонн топлива. Это надо было как-то компенсировать. Его хватали десятки людей за усы, держали, он выпускал шланг и закачивал в себя воду, десятки тонн балласта, и только тогда уже нормально стоял и пассажиры выходили».

Но есть у этого вида транспорта и несомненные преимущества. «Дирижабли очень эффективны в полете, намного дешевле стоит полетный час, тонно-километр, но, чтобы такие аппараты реально работали, нужно создать сеть дирижабледромов, что на сегодняшний день является утопией. Кроме того, эти аппараты нужны в первую очередь для того, чтобы обслуживать такие места, где нет ни аэродромов, ни взлетных полос, ни портов, а таких мест достаточно много. В нашей стране это 70 процентов территории. Плюс арктические зоны, бразильская сельва, Африка — очень много мест на Земле, куда нет транспортной доступности. Доставку туда обеспечивает только авиация, причем внеаэродромная. А это сейчас вертолеты, а у них самая высокая стоимость аппаратно-взлетного часа и тонно-километра, очень небольшая дальность и очень небольшая грузоподъемность. Самый грузоподъемный в мире вертолет — Ми-26. Декларируется, что он поднимает 20 тонн, но это именно поднимает. А если надо везти груз километров на сто пятьдесят — двести, то это уже 12 тонн, потому что остальное — топливо».

Крушение «Гинденбурга» фактически стало концом коммерческого использования дирижаблей в транспортных целях

Wikipedia

Как избавиться от недостатков

Передовые компании мира сейчас пытаются избавить дирижабль от главных недостатков: необходимости принимать балласт на борт при отдаче груза, создавать серьезную инфраструктуру для обслуживания в точках прибытия и иметь большие наземные команды. Как решить все эти проблемы и при этом сохранить преимущества — дальность, экономическую эффективность при дальнем полете, огромные внутренние объемы, которые позволяют возить очень крупные грузы?

Есть всего три способа управлять всплывной аэростатической силой. Первый — сбрасывать несущий газ, компенсируя отдачу груза. От этого способа сразу отказались, потому что, во-первых, это очень дорого, а во вторых, газ является элементом конструкции. Если его сбросишь, то уже не взлетишь.

Второй способ — так называемое термобалластирование. Если подъемный газ греть, всплывная сила у него увеличивается, если охлаждать — уменьшается. Но анализ и расчеты показали, что это способ совершенно неприменим. Во-первых, он очень энергозатратен. По словам Михаила Талесникова, прогревать такой объем несущего газа — это еще везти с собой вагон с мазутом на борту, чтобы весь полет поддерживать нужную температуру. Ведь аппарат постепенно остывает, поскольку внешняя температура значительно ниже внутренней. К тому же охлаждаться и нагреваться он будет очень долго из-за огромного объема. И материалы, которые будут изолировать отсеки и выдерживать высокую температуру, — тяжелые.

И остается последний способ — изменение давления несущего газа. Этот способ эффективен и более реализуем с технологической точки зрения.

«В качестве подъемного газа у нас используется гелий, — поясняет Михаил Талесников. — В нормальном состоянии — загрузились, надо лететь — он в мизерном сверхдавлении находится, практически без сверхдавления. Имея нужную подъемную силу, мы полетели. Мы сжигаем топливо, и нам надо приготовиться отдавать груз. Внутри газового объема у нас есть специальная емкость. Сегодня это тканевые емкости. Ткань очень прочная, силовые нити в несколько раз прочнее того же кевлара, чтобы они могли выдержать давление с нужным запасом прочности, необходимым для сертификации в авиации».

Из основного объема газ перекачивается в эти баллоны высокого давления. Происходит освобождение объемов: туда, где находился газ, через специальные технологические отверстия заходит воздух, который в несколько раз тяжелее гелия. Сжатый газ имеет меньшую подъемную силу. «И получается, что мы на наших аппаратах с этой системой остаемся на земле тяжелыми, — рассказывает Михаил Талесников. — Даже при максимальной дальности перелета и отдаче груза. Это решает все проблемы».

Такой способ управлять подъемной силой знали и сто пятьдесят лет назад. Но не было ни агрегатов, ни материалов. Нужное давление обеспечивали только твердые баллоны — сначала стальные, потом композитные. Но они тяжелые. Очень тяжелыми были и сами нагнетатели, вентиляторы, которые должны создавать давление. То есть получаемый эффект был меньше веса этой системы. Сегодня тканевые емкости и очень мощные легкие турбонагнетатели позволяют эффективно пользоваться этим способом.

АТЛАНТы будут даже автономнее вертолета. Они смогут садиться на воду и взлетать с нее

"РосАэроСистемы"

Российские АТЛАНТы

«Два ведущих проекта — это наш АТЛАНТ и аппараты компании Worldwide Aeros нашего коллеги и бывшего однокурсника в Америке Игоря Пастернака, — рассказывает Михаил Талесников. — Они похожи по принципу. АТЛАНТ — это аббревиатура: аэростатический транспортный летательный аппарат нового типа. Это реально аппарат нового типа. Во-первых, он глубоко гибридный. То есть он использует аэростатическую подъемную силу, силу тяги двигателей и аэродинамическую силу, возникающую во время горизонтального полета на корпусе аппарата. В конструкции предусмотрены вертикальные взлет и посадка. В результате мы получаем аппарат, который даже автономнее вертолета. Он способен сесть на воду и взлететь с нее. Транспортные вертолеты этого не могут. Наш АТЛАНТ не требует наземной команды, он приземляется и садится без сопровождения. Ему не нужно принимать на борт жидкий или сыпучий балласт при отдаче груза. С потребительской точки зрения мы получаем супервертолет, способный брать на борт десятки и сотни тонн груза большого габарита и при этом лететь на тысячи километров. А стоимость его эксплуатации в десять-пятнадцать раз ниже стоимости использования вертолета».

По предварительной оценке, себестоимость перевозок на АТЛАНТах будет колебаться в пределах 10–45 рублей за тонно-километр в зависимости от грузоподъемности аппарата. Они могут применяться как для распределительных перевозок средней и малой дальности, которые свяжут существующие транспортные узлы с удаленными регионами, так и для дальнемагистральных перевозок с возможностью доставки грузов «от двери до двери».

Внедрение таких аппаратов, как считают в «РосАэроСистемах», позволит создать принципиально новую транспортную инфраструктуру удаленных регионов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, ускорить освоение уникальных удаленных месторождений полезных ископаемых с минимальным ущербом для окружающей среды. Без промежуточных перевалочных пунктов существенно сократится время доставки крупногабаритных, технологически сложных и неделимых грузов. Кроме того, удастся решить проблему северного завоза путем круглогодичной доставки грузов до каждого населенного пункта.

Благодаря аттракциону «Аэролифт» люди могут взглянуть на мир с высоты птичьего полета

"РосАэроСистемы"

Дело за инвестициями

«Мы находимся на такой стадии, что готовы строить аппараты, — рассказывает Михаил Талесников. — Заканчиваем эскизно-технические проекты. У нас со многими идут переговоры. Мы долгие годы пытались договориться и с “Газпромом”, и с “Роснефтью”, и с “ЛУКойлом”, и с “Межрегионразвитием”, и в Госдуме докладывали, и в Совете федерации. Никто не готов инвестировать. Когда говоришь, что аппараты появятся через четыре-пять лет, серийный выпуск начнется через семь-восемь, а окупаемость — через десять-пятнадцать, российским инвесторам становится неинтересно. Хотя для авиации это очень быстро».

По оценкам специалистов компании, построить первый 16-тонник, а это значит получить сертификат летной годности и сертификат типа воздушного судна, позволяющий его серийный выпуск, требуются инвестиции порядка 80 млн долларов. Для 60-тонного — примерно 120 млн долларов. И еще надо вложить 150–200 млн долларов в завод, который будет их серийно выпускать.

А пока компания живет тем, что делает для заказчиков привязные аэростаты. Это совершенно другой вид аэростатической техники. У них очень широкий профиль — от охраны границ до борьбы с крылатыми ракетами. Кроме того, компания занимается аттракционами. Один из них — единственный в России — находится в Санкт-Петербурге. Это «Аэролифт» — сферический аэростат, который удерживает пассажирскую гондолу, способную вмещать до 18 человек. Желающие могут подняться на высоту 50-этажного дома и полюбоваться видами города.

«Сейчас с одним из наших зарубежных партнеров мы разрабатываем экскурсионный вариант, модернизацию AU30, с большим остеклением, он будет менее шумным. Этот проект мы делаем за рубежом. На такие аппараты есть покупатели, которые даже готовы вносить предоплату. Но это все небольшой бизнес, он помогает держаться на плаву. Будущее, мы считаем, за проектом АТЛАНТ, потому что возить грузы и людей на дальние расстояния — это колоссальная потребность рынка. Когда такие аппараты появятся, это уже будет постоянный, надежный, очень серьезный бизнес. Новая индустрия, новое авиационное направление», — считает Михаил Талесников.