Неистовый Сирано-изобретатель

 

Жил во Франции XVII века поразительный человек. Жизнь его настолько богата событиями, что послужила основой для пьесы, которая и по сей день идет во многих театрах мира. Кто же он был? Блестящий фехтовальщик и острослов, философ и математик, он еще поражал окружающих безудержной фантазией. В своих романах он рассказывал столь удивительные вещи, что многие его современники думали: «Не прилетел ли этот человек на Землю с Луны или какой иной планеты?»

Ну вот, скажем, в одном из своих романов, изданном в 1657 году и названном по моде того времени достаточно длинно — «Иной свет, или Государства и империи Луны», Сирано де Бержерак — так звали этого человека — описал несколько способов, как без особых хлопот добраться с Земли до Луны.

Например, один из полетов герой романа хотел совершить с помощью множества... бутылок, наполненных росой! Вода под действием солнечных лучей испарялась, и образовавшийся пар, или, как писал автор, «туман», поднимал человека в воздух.

 

 

 

Со времен Сирано де Бержерака люди размышляют, как можно долететь до Луны

Конечно, такой летательный аппарат никогда не сможет оторваться от земли, как не может взлететь закипающий чайник. Но вот что интересно: идея сама по себе не так уж плоха — из водяного пара, как известно, состоят облака, а они летают!

Сирано де Бержерак, впрочем, и сам быстро понял недостатки такой конструкции. Первый полет его героя завершился неудачей, и в следующих главах тяжелые бутылки были заменены гораздо более легкими пузырями. И наполняли их не росой, не паром, а горячим дымом от костра.

Сегодня мы знаем: таким образом до Луны не долетишь. Но в воздух подняться действительно можно! Ведь писатель довольно точно обрисовал схему воздушного шара, который несколько десятилетий спустя на самом деле взлетел.

 

Костер в саду

 

До сих пор точно неизвестно, читали ли братья Жозеф и Этьен Монгольфье книгу Сирано де Бержерака или сами заново придумали всю конструкцию... Скорее всего, читали — ведь они были сыновьями бумажного фабриканта, а бумага в то время, как и сейчас, использовалась в основном для печатания книг.

Во всяком случае, в своих первых опытах братья, подобно литературному герою, использовали водяной пар. И конечно, потерпели неудачу. Подъемная сила пара мала, он не может поднять в воздух что-либо, кроме самого себя. Лишь когда братья наполнили склеенную из бумаги и полотна оболочку дымом от разведенного в саду костра, шар взлетел.

 

 

 

Воздушный шар братьев Монгольфье

Так в мае 1783 года люди начали покорение Пятого океана Земли — воздушного. Впрочем, на первом монгольфьере — братья обессмертили фамилию в своем изобретении — полетели вовсе не они. Первыми аэронавтами стали... баран, утка и петух. Полет кончился благополучно — пассажиры остались живы. Однако вскоре выяснилось, что у петуха сломано крыло, что тут же послужило основой слуха: в воздухе людям делать нечего — вон даже кости полетов не выдерживают. И лишь после тщательного разбирательства удалось выяснить, что причиной травмы стал не воздух, а баран, по нечаянности придавивший петуха к стенке клетки.

 

Первые аэронавты

 

Теперь очередь лететь была за людьми. И такие смельчаки нашлись. Осенью того же года в воздух поднялись Пилатр де Розье и Арланд. На этот раз аэростат продержался в воздухе рекордное время — 25 минут. Но полет чуть не кончился трагически: от подвешенного на цепи под оболочкой очага, в котором сжигали шерсть и солому, чтобы подогревать воздух в шаре и во время полета, начала тлеть и сама корзина, в которой помещались воздухоплаватели. Им с большим трудом удалось погасить огонь.

И наконец, в декабре все того же, 1783 года в Париже состоялся полет воздушного шара другой конструкции. Профессор Жак Шарль сделал его оболочку из шелка, пропитанного сырой резиной — каучуком, а наполнил ее не дымом, а легким газом — водородом. По имени профессора такие шары стали называть шарльерами.

 

 

 

Первый шарльер

Аэростат, в корзине которого находился сам изобретатель вместе со своим другом Робером, продержался в воздухе больше 2 часов и опустился в 40 км от места старта. Шарльер летал дольше потому, что водород обеспечил большую подъемную силу: ведь этот газ в 3,5 раза легче воздуха.

Шарль внес усовершенствования и в конструкцию самого аэростата. В оболочку был встроен клапан — пружинная «калитка», с помощью которой часть газа можно выпустить из оболочки, когда придет пора снижаться. Догадался изобретатель запастись и балластом — песком в мешочках. Если аэростат опускается, а аэронавт намерен продолжить полет, он высыпает часть песка за борт, шар становится легче, и полет продолжается. Гондола — прочная корзина, сплетенная из ивовых прутьев, — была подвешена не к нижней части шара, как в монгольфьере, а к специальной сетке, охватывавшей всю оболочку. А значит, меньшей была опасность, что гондола оторвется при резком рывке, порыве ветра. В гондоле имелся и якорь-гайдроп — длинный канат, который выбрасывали за борт при посадке. Он волочился по земле и тормозил аэростат, гонимый ветром.

Таким образом, Шарль предусмотрел практически все приспособления, которыми воздухоплаватели пользуются и по сей день.

 

Полеты продолжаются

 

Удачные полеты в Париже ободрили воздухоплавателей других стран. Первые аэростаты появились также в Германии, Англии, Испании... В ноябре 1783 года состоялся такой полет и в России.

Во Франции тем временем воздушные путешествия становятся все более популярными. Один из знаменитейших людей Парижа и его окрестностей, Феликс Турнашон, по прозвищу Надар — художник и писатель, фотограф и изобретатель — был занят сооружением огромного воздушного шара, который так и назывался — «Гигант». Его двойная оболочка, имевшая 90 м в окружности, должна была нести гондолу, построенную в виде шале — двухэтажного дачного домика с террасой; в нем предполагалось разместить 12 пассажиров, не считая самого пилота!

Надар, кстати, подсказал своему приятелю, начинающему писателю Жюлю Верну, тему для его первого романа и даже консультировал его в затруднительных случаях. Так во Франции одновременно готовились к полету два воздушных шара — один на самом деле, другой — на страницах романа.

 

 

 

Первый розьер

Жюль Верн придумал замечательный аэростат. Описанная им «Виктория» имела температурное управление. Это значит, что специальное приспособление для нагрева газа позволяло аэронавтам подниматься и опускаться, не сбрасывая балласта и не выпуская газа из оболочки. (В скобках заметим, что эта идея воплощена в наши дни на розьерах — третьем типе воздушных шаров, соединяющих в себе преимущества монгольфьеров и шарльеров. Название этот тип шаров получил в честь уже известного нам первого аэронавта Пилатра де Розье.)

 

"Летучая вода" Льва Толстого

 

Первые полеты заинтересовали многих людей на земном шаре. Но далеко не все могли понять, почему воздушные шары летают. Этого толком не знали даже сами братья Монгольфье, полагавшие, что шар обязательно должен быть наполнен дымом, а вовсе не теплым воздухом.

Логика рассуждений такова. Все мы видим, как по небу плавают облака и тучи. Из них часто льет дождь и сверкают молнии. А коли так, значит, полету может способствовать электризация воздуха...

В общем, чтобы шар полетел, полагали братья, нужно наполнить его «облакоподобным веществом» — паром или дымом. Тогда произойдет эта самая электризация и монгольфьер взлетит.

 

 

 

Кипящая вода

На самом деле все, конечно, не так. Лучше других, пожалуй, объяснил суть происходящих процессов знаменитый наш писатель JLН. Толстой, весьма живо интересовавшийся вопросами воздухоплавания. Он писал:

 

«Если взять надутый пузырь и опустить его в воду, а потом пустить, то пузырь выскочит на верх воды и станет по ней плавать. Точно так же если кипятить чугун воды, то на дне, над огнем, вода делается летучею, газом; и как соберется пар, немножко водяного газа, он сейчас пузырем выскочит наверх. Сперва выскочит один пузырь, потом другой, а как нагреется вся вода, то пузыри выскакивают, не переставая; тогда вода кипит. Так же, как из воды выскакивают наверх пузыри, надутые летучей водою, потому что они легче воды, — так из воздуха выскочит на самый верх пузырь, надутый газом — водородом, или горячим воздухом, потому что горячий газ легче холодного воздуха, а водород легче всех газов...»

 

 

Хитрость Архимеда

 

Современный ученый, впрочем, наверное, пояснил бы суть дела немного по-другому. «Всем известно, — сказал бы он, — если бросить в воду деревянную дощечку, она поплывет. А вот стальной гвоздь сразу утонет. Это происходит потому, что у дерева меньший удельный вес, чем у воды, а у стали — больший...»

Удельный вес — это вес кубика любого вещества со стороной, равной 1 см. Если мы мысленно вырежем такой кубик из дерева — он будет весить меньше 1 г, а из стали — больше. Вес же кубика воды как раз равен 1 г. Вот и получается: дерево плавает, потому что оно легче воды, а сталь тонет, поскольку тяжелее.

«Но ведь по морям и океанам плавают большие корабли, — возможно, вспомните вы. — Они сделаны из стали и все-таки не тонут...»

А не тонут они потому, что в данном случае инженеры пошли на хитрость. Суть ее заключается в следующем. Если мы сделаем из стали не сплошной кубик, а полый, заполненный воздухом внутри, то он будет плавать. Ему не позволит утонуть воздух, заключенный внутри. Примерно так же плавают и стальные суда — ведь внутри они тоже полые. Даже если заполним часть объема судна грузами и механизмами, все равно места для воздуха остается еще достаточно.

Существует даже специальный физический закон, объясняющий это явление.

 

«На тело, погруженное в жидкость, — гласит он, — действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости, вытесненной им».

 

Этот закон каждый может проверить самостоятельно. Стоит нырнуть в пруд, бассейн или просто залезть в ванну с водой, как вы почувствуете: тело словно бы потеряло в весе. И если кубик, судно или тело вытесняют воды больше, чем весят сами, они плавают, если меньше — тонут.

Говорят, закон был открыт древнегреческим ученым Архимедом при довольно любопытных обстоятельствах. Сиракузский царь Гиерон заподозрил, что его новая корона сделана мастером не из чистого золота, а из сплава с другими металлами. Но так ли это? Проверку он поручил своему придворному мудрецу Архимеду.

Тот долго думал, как выполнить поручение царя. И в конце концов решил задачу. Причем идея пришла к нему в бане. Когда он погрузился в ванну, полную до краев водой, часть ее, конечно, выплеснулась на пол — ее вытеснило тело Архимеда. И это обстоятельство подсказало ученому ход решения. Он так обрадовался своему открытию, что тотчас выскочил из ванны и как был, мокрый, побежал домой по улицам родных Сиракуз с криком: «Эврика! Нашел!..»

Он действительно нашел способ, как решить задачу царя: Архимед опустил корону в сосуд, полный воды. Часть ее опять-таки выплеснулась. Ее объем был равен объему короны. А зная объем и вес царского украшения — взвесить-то его проще простого! — можно найти и удельный вес материала, из которого это изделие и было изготовлено. Для этого поделим вес на объем и получим вес в граммах кубика вещества со стороной в 1 см. Точно так же Архимед определил и удельный вес слитка из чистого золота. Осталось сравнить полученные результаты. При этом, говорит история, выяснилось, что ювелир все-таки смошенничал...

 

 

 

Говорят, так, в ванне, Архимед открыл свой закон...

Но мы несколько отвлеклись. Ведь эта книжка не об Архимеде и его открытиях... Главное для нас в этой истории вот что. Тот же физический закон, открытый Архимедом, распространяется не только на водное, но и на воздушное пространство; шарльер летает потому, что его наполняют водородом — газом, который легче воздуха. В монгольфьерах внутри хотя и находится воздух, но температура его гораздо выше, чем снаружи. А горячий воздух легче холодного. В этом можно убедиться с помощью простейшего опыта. К пламени зажженной свечи или газовой горелки сбоку можно поднести руку довольно близко. А вот над свечой тепло чувствуется на значительном расстоянии — нагретый воздух поднимается вверх.

Таким образом, для взлета воздушным шарам вовсе не нужно разгоняться, как самолетам. Они не взлетают, а всплывают в воздушном океане, подобно тому как в океане водном всплывает брошенная щепка или мячик.

Область науки, которая изучает неподвижный воздух, называется аэростатикой («статос» в переводе с греческого означает «неподвижный») в отличие от аэродинамики, которая познает законы движущегося воздуха.

Так что воздушные шары правильнее будет называть аэростатами, ведь зачастую они бывают отнюдь не круглыми.

 

Люди на "летающих ладьях"

 

Вспомните: «Виктория» Жюля Верна предназначалась отнюдь не для увеселительных прогулок. Писатель хотел отправить придуманного им профессора Фергюссона и его друзей в полет над Африкой за новыми географическими открытиями.

Самое замечательное, Жюль Верн во многом предугадал действительные события! Меньше чем через год вслед за литературными героями к истокам Нила — самой большой реки Африки — отправились настоящие путешественники. И они убедились, что писатель был прав: Нил действительно вытекает из озера Виктория.

Правильно оценил писатель и другое: воздушные шары действительно переставали быть просто игрушкой, средством развлечения. И хотя настоящий «Гигант» вскоре прекратил свое существование, потерпев аварию в одном из первых полетов, человечество уже не могло остановиться на пути освоения Пятого океана. Шары продолжали строить один за другим, потому что они нужны были для дела.

Первый полет с научными целями совершили в 1802 году немецкие ученые Гумбольдт и Бомлан. С помощью аэростата они установили, что с подъемом температура окружающего воздуха снижается.

В 1804 году в научном полете, организованном Петербургской академией наук, принял участие академик Я.Д. Захаров. Несколько полетов совершили известные французские ученые Жан Батист Био и Жозеф Луи Гей-Люссак. Ими были получены достоверные данные о том, что с высотой меняется не только температура, но и давление, влажность и состав воздуха. Было установлено, что человек на большой высоте начинает задыхаться.

 

 

Выяснили ученые и причину этого. Поскольку с высотой давление уменьшается, во вдыхаемом воздухе уже не содержится достаточного количества кислорода. Как только аэростат поднимается выше 5 тыс. метров, у аэронавтов появляются первые признаки «горной болезни» — человек слабеет, у него начинает кружиться голова, снижается острота зрения и слуха... При длительном пребывании на высоте около 8 тыс. метров человек вообще может потерять сознание и умереть от кислородного голодания. Поэтому в качестве лекарства против горной или высотной болезни аэронавты стали брать с собой в полет баллоны с кислородом.

Начали использовать аэростаты и для астрономических наблюдений. Ведь аэронавты теперь могли подняться выше облаков, а значит, погода уже не могла помешать им увидеть Солнце, Луну, другие звезды и планеты.

Так, в 1887 году великий русский ученый Д.И. Менделеев совершил полет, чтобы увидеть своими глазами солнечное затмение. Причем обстоятельства этой экспедиции складывались в достаточной степени драматично. Началось с того, что аэростат «Русский» за ночь перед стартом вымок под дождем настолько, что его отяжелевшая от влаги оболочка не могла поднять двух человек, как предполагалось ранее. Тогда Менделеев решил лететь в одиночку, оставив на земле... командира аэростата, военного аэронавта. Более того, ученый пригрозил попросту выбросить того из корзины, если он не подчинится.

 

 

«Солнечное затмение ждать нас не будет!» — заявил ученый и стартовал. А ведь то был первый полет Менделеева; он не только не имел опыта управления аэростатом» но даже не успел толком ознакомиться с его устройством.

И все же риск оправдался: во время трехчасового полета ученый не только провел все необходимые наблюдения, но и смог справиться с управлением и совершил благополучное приземление.

Аэростат стали рассматривать как надежное средство для совершения полетов. Тем более что к концу XIX века рекордная продолжительность полетов достигла уж 35 часов 45 минут! Аэронавты преодолели за это время расстояние 1922 км!

Единственный недостаток воздушного шара исследователи видели лишь в том, что лететь все время приходилось по воле ветра. Нужно было что-то придумать для преодоления этого недостатка.

 

 

Наперекор ветрам