История полёта. От крыльев Икара до космических ракет

Его проекты существуют в чертежах и считаются пригодными к полёту в принципе, однако непосредственно он никогда не летал на своих аппаратах. По его чертежам и из материалов, доступных в его время, в конце XX века был построен аппарат, который мог летать.

Предполагалось, что летательный аппарат будет подниматься вверх с помощью пятиметрового винта из прозрачной льняной материи. Винт, по замыслу Леонардо, должен был приходить в движение за счёт мускульной силы четырёх человек.

Современные учёные утверждают, что этой силы не хватило бы, чтобы поднять машину в воздух. Однако аппарат вполне мог взлететь, если бы в конструкции использовалась, например, мощная пружина.

Переключившись со стрекоз на птиц, учёный уделил самое пристальное внимание механике их полёта. Приблизительно в 1490 году у да Винчи родилась идея махолета, или орнитоптера, – летательного аппарата, подъёмная сила которого создается благодаря маховым движениям крыльев.

Леонардо начал с того, что рассчитал силу, необходимую для подъёма в воздух человека весом 90 кг. Используя мышцы рук и ног, оснащённых крыльями достаточного размера, человек смог бы взлететь. Оставалось решить, как помочь ему удержаться в воздухе: одной только мускульной силы было недостаточно. Изобретатель думал использовать что-то вроде натянутого лука, а затем и силу раскручиваемой спиральной пружины, но тогда проблемой становилась скорость её раскручивания.

Так и не найдя разумного решения, учёный оставил мысли о полётах на целых 15 лет, а вернулся к ним с новой идеей: мускульную силу человека должен дополнить ветер. В своих поисках и вычислениях Леонардо пришел к разработке планёра – летательного аппарата с плоским крылом, который закреплялся на спине летчика.

Однако его схематичный проект реализовывался с учётом современных знаний о аэродинамических принципах, а вот полётел ли бы построенный самим Леонардо аппарат, неизвестно. Модель, которую он строил для испытательного полёта в 1496 году, не летала, а некоторые другие проекты, такие как прообраз вертолёта с четырьмя людьми на борту, имеют серьёзные недостатки.

Ни одна из идей великого учёного при его жизни не была осуществлена. Однако не так давно в английском графстве Суррей нашелся некий энтузиаст, построивший планёр по чертежам Леонардо да Винчи и только из тех материалов, которые были доступны в те далекие времена. Оказалось, что машина способна подняться в воздух и продержаться 17 с на максимальной высоте 10 м.

Первым европейцем, успешно испытавшим восходящую к Леонардо модель парашюта в 1617 г., считается хорватский учёный Фауст Вранчич.

В XVII веке турецкий путешественник Эвлия Челеби сообщил, что в 1630–1632 гг. он видел турецкого учёного Хезарфена Ахмеда-челеби, который на аппарате с крыльями, перелетел Босфор. Он спрыгнул с Галатской башни (высота 55 м) в Стамбуле и предположительно пролетел расстояние около 3 км, приземлившись на другой (азиатской) стороне Босфора без каких-либо травм. Планирующий полёт на расстояние 3 км с высоты 55 м потребовал бы использования современного планёра и хорошие навыки и практику управления им, хотя известно, что Челеби начал заниматься своим аппаратом задолго до своего полёта.

В 1633 г. брат Хезарфена, Лагари Хасан Челеби, поднялся в воздух на ракете, которая была сделана из большой клетки с конической вершиной и специальных полостей, заполненных порохом. Это был первый известный пример полёта пилотируемой ракеты и аппарата с искусственным двигателем. Полёт был совершён во время празднований в честь рождения дочери султана Мурада IV. Эвлия сообщил, что Лагари совершил мягкую посадку при помощи крыльев, прикреплённых к его телу и сыгравших роль парашюта после того, как порох был использован. Полёт продолжался по оценкам около 20 секунд, максимальная высота достигала порядка 300 метров.

В 1670 году Франческо де Лана-Терци издал работу, которая предлагала технологию полёта на аппарате легче воздуха из сфер, в которых был создан вакуум, и который будет настолько легче, чем замещённый воздух, что поднимет воздушный корабль вверх. Однако он не учитывал того, что эти сферы будут раздавлены давлением воздуха.

Любители побороться с земным притяжением находились и на Руси. В рукописи святого Даниила Заточника, жившего в XIII веке, говорится о людях, которые «слетают с церкви или с высокого дома на шёлковых крыльях».

Первая официально подтверждённая попытка взлететь относится к 1695 году. Некий человек обратился к царю Петру I с просьбой дать денег на изготовление крыльев, на которых можно было бы «летать, как журавль». Получив из казны 18 рублей, изобретатель сделал крылья вначале из слюды, а потом из кожи, однако, как ни старался, сколько ими ни размахивал, так и не смог оторваться от земли.

Первой печатной публикацией об авиации были «Эскизы машины для полёта по воздуху» Эммануила Сведенборга, изданные в 1716 году. Эта летающая машина состояла из лёгкого каркаса с натянутой на него крепкой тканью и имела два больших весла или крыла, двигающихся на горизонтальных осях таким образом, что при движении вверх они не встречали сопротивления, а при движении вниз создавали подъёмную силу. Сведенборг знал, что эта машина не будет лететь, но рассматривал её как отправную точку и был уверен, что проблема будет решена. Он говорил:

«Кажется, что легче говорить о такой машине, чем создать её в действительности, поскольку она требует большей силы и меньше веса, чем есть в человеческом теле. Наука механика могла бы, возможно, предложить способ, а именно использовать сильную спиральную пружину. Если эти преимущества и требования были бы достигнуты, возможно, однажды найдётся тот, кто сможет понять, как лучше использовать наш эскиз и изыскать возможность сделать дополнения, которые позволят достигнуть того, что мы можем только предложить. Всё же в природе есть достаточно доказательств и примеров, когда такие полёты могут быть безопасными, тем не менее, когда настанет время первых испытаний, вам, вероятно, придётся заплатить за этот опыт, но вы не сможете обойтись силой рук или ног».

Сведенборг показал в своей работе, что наличие двигателя у летательного аппарата является важнейшим условием полёта.

Изобретателями первого устройства, чей полёт по воздуху был подтверждён официальными историческими документами, стали французы, братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьенн Монгольфье. Сконструированный ими в 1783 году летательный аппарат представлял собой воздушный шар из холста диаметром 39 футов (около 12 м), оклеенного бумагой.

За 10 минут устройство с почти 200-килограммовым грузом поднялось в воздух, было отнесено ветром на 4200 футов (приблизительно 1280 м), где и опустилось на землю. Вскоре братья отважились поместить в свой летательный аппарат живых «пассажиров» – барана, петуха и утку.

Наконец 21 ноября 1783 года первый документально подтверждённый полёт совершили маркиз Франсуа Лорен д’Арланд и физик Жан-Франсуа Пилатр де Розье.

Они пролетели 8 км на воздушном шаре разработки братьев Монгольфье, наполненном горячим воздухом. Воздушный шар нагревался огнём от сжигаемой древесины и не был управляемым, то есть перемещался по воле ветра.

Очень скоро у братьев появился соперник – французский профессор Жак Александр Сезар Шарль.

27 августа 1783 года на глазах свыше 300 000 зрителей его аэростат поднялся в небо над Марсовым полем в Париже.

В основе устройства лежал принцип, отличный от применённого братьями Монгольфье: шар наполнялся не горячим дымом, а водородом, который изначально легче воздуха. Это позволило избавить летательные аппараты от необходимости поднимать запасы топлива, а пассажиров – от обязанности поддерживать огонь в горелке.

Летательный аппарат профессора Шарля уже имел клапан, позволявший выпускать газ из оболочки и тем самым регулировать высоту полёта. Балласт в виде мешков с песком облегчал подъём и опускание, а сетка защищала купол, выполненный из шёлковой материи.

На случай аварии шары стали оснащать первыми парашютами – кусками ткани диаметром почти 6 м. Для закрепления шара на одном месте начали использовать якорь. Оставалось изобрести средство управления аэростатом, то есть найти возможность перемещать его независимо от потоков ветра.

Жан-Пьер Франсуа Бланшар 7 января 1785 года перелетел на таком аэростате через пролив Ла-Манш.

В то время как приверженцы воздухоплавания совершенствовали привод и улучшали способы управления своими машинами, в мире по-прежнему находились люди, желавшие летать, как птицы, – с помощью крыльев и независимо от воли ветра. К таковым принадлежал британский аристократ Джордж Кейли. В 1799 году он разработал схему планёра, уже очень напоминавшего современный. Машина была снабжена хвостовым оперением, которое должно было обеспечить её управляемость, а пилот помещался ниже. В 1804 году планёр Кейли совершил первый полёт. В последующие 50 лет изобретательный лорд продолжил работать над теорией полётов, введя в новую науку – аэродинамику – такие термины, как «подъёмная сила» и «лобовое сопротивление».

В своих поисках Кейли вплотную приблизился к идее оснащения летательного аппарата двигателем. В 1849 году он поднял в воздух первую полноценную летающую машину с пороховым двигателем, по одним данным, беспилотную, по другим – с 10-летним пассажиром на борту.

В 1853 году лорд Кейли совершил повторный полёт, оснастив машину таким же двигателем и посадив на борт своего кучера. Пролетев по воздуху около 100 м, первый в мире пилотируемый самолёт упал на землю. К счастью, кучер остался жив.

В 1802 году Жан Батист Мари Шарль Мёнье предложил оснастить воздушный шар тремя винтами-пропеллерами, управлять которыми должны были 80 человек. Аппарат Мёнье имел эллипсоидную форму для облегчения маневрирования и две оболочки, внешнюю и внутреннюю.

Изменяя объем газа, можно было регулировать высоту полёта.

Запуск воздушных шаров-зондов стал популярным развлечением в Европе в конце XVIII века, таким образом, человек начал покорять высоту и атмосферу.

Работа над созданием управляемого воздушного шара (дирижабля) (который получил название воздушный корабль) продолжалась в течение 1800-х годов.

В 1848 году соотечественник Кейли Джон Стрингфеллоу испытал свою машину, оснащённую паровым двигателем. Эта модель была беспилотной и, сорвавшись с направляющей проволоки, сумела пролететь около 10 м.

В 1868 году французский пилот Жан-Мари Ле Бри впервые сумел подняться на своём летательном аппарате выше стартовой точки. Его машина называлась «Альбатрос» и приводилась в действие с помощью конной тяги. Пилот достиг 100-метровой высоты, преодолев при этом расстояние в 200 м.

В 1872 году опыт повторил инженер Станислав-Анри-Лоран Дюпюи де Лом, который пришел к необходимости придать аппарату сплюснутую форму и связать воедино все его части, то есть сам шар и корзину с пассажирами. К главному шару добавился другой, малый, служивший для управления высотой полёта. С убыванием воздуха из аэростата аппарат начинал снижаться, при наполнении – вновь подниматься.

В 1874 году соотечественник Жана-Мари Ле Бри Феликс дю Темпл построил большой летательный аппарат из алюминия – моноплан. Размах крыла достиг 13 м, а вес конструкции без пилота составил 80 кг. планёр мог стартовать с высокого трамплина и благополучно приземляться.

Таким образом, к 1880-м годам стало ясно, что создание летающей машины тяжелее воздуха, способной преодолевать значительные расстояния над землей, возможно. Оставалось найти для нее подходящий двигатель.

Первый управляемый оснащённый паровым двигателем аппарат поднялся в 1852 году, когда француз Жиффар пролетел 24 км.

Стартовал шар Анри Жиффара, вмещавший 2500 м

газа, с парижского ипподрома. Невзирая на ветер, стал выполнять различные манёвры и повороты.

В 1842 году английский механик и изобретатель Уильям Хенсон получил патент на летательную машину с паровым двигателем «для транспортировки по воздуху почты, грузов и пассажиров».

В 1848 году Джон Стрингфеллоу осуществил успешный испытательный полёт модели с паровым двигателем в Чарде, Сомерсет, Англия. Эта модель была «беспилотной».

В 1863 году в Париже изобретатель Понтон д’Амекур, его друг моряк и писатель де Лаландель и фотограф, писатель и воздухоплаватель Надар издали манифест, в котором они призвали всех изобретателей и исследователей в вопросах управляемого полёта приложить все силы и знания для разработки управляемых летательных аппаратов тяжелее воздуха. В частности, в манифесте есть следующие слова: «Каждая эпоха оставляет свой след в истории веков. Мы несколько в долгу у нашего века, века пара, электричества и фотографии, мы обязаны дать ему ещё воздушную навигацию…»

Д’Амекур, Надар и де Лаландель многие годы пытались осуществить свои замыслы, разрабатывая, в частности, модель геликоптера. Мечта их жизни так и не была осуществлена, однако заставила многих исследователей начать работать в том же направлении.

Ещё одним человеком, который внёс вклад в искусство полёта, был Фрэнсис Герберт Венхэм, который неудачно пытался построить ряд беспилотных планёров. Он обнаружил, что больший вклад в подъём от крыла, похожего на птичье, производится в передней его части, из чего заключил, что длинные и тонкие крылья будут эффективнее, чем похожие на крылья летучей мыши, обычно используемыми его коллегами, потому как они имеют больший передний край относительно их веса. Сегодня эта характеристика известна как относительное удлинение крыла. Он представил свои исследования недавно созданному Королевскому Аэронавигационному Обществу Великобритании в 1866 году и решил получить практическое подтверждение, построив первую в мире аэродинамическую трубу в 1871 году. Члены Общества использовали аэродинамическую трубу и определили, что изогнутые крылья обладают значительно лучшими показателями подъёма, чем ожидалось по исследованиям Кэйли, основанными на ньютоновской механике, а аэродинамическое качество при 15 градусах составляет приблизительно 5:1. Таким образом была ясно продемонстрирована возможность практического строительства аппаратов тяжелее воздуха; оставались, однако, проблемы двигателей и управления полётом.

В 1877 году Энрико Форланини создал беспилотный вертолёт, оснащённый паровым двигателем. Он поднялся на высоту 13 метров, где оставался в течение около 20 секунд, вертикально взлетев в парке в Милане.

В 1876 году изобретатель Александр Фёдорович Можайский совершил полёт на воздушном змее, который буксировала телега, запряженная тройкой лошадей. Модели А. Ф. Можайского поднимались в воздух с помощью винтов, приводимых в действие часовой пружиной. Одна из них, под названием «летунья», на глазах у зрителей развила скорость 15 км/ч, подняв при этом в воздух кортик. Стали появляться мысли о полноценном летательном аппарате.

Можайский родился в семье адмирала русского флота. Ещё ребенком был отдан в Морской кадетский корпус. Потом ходил по морям, в своих странствиях добрался до берегов Японии.