Из истории мировых изобретений. От воздушного шара Монгольфьера — в ракету Циолковского!

ПРОДОЛЖЕНИЕ. ПРЕДЫДУЩЕЕ ЗДЕСЬ. НАЧАЛО ЗДЕСЬ

«Если бы мы работали, исходя из предположения,
что то, что принято считать истинным, действительно истинно,
то надежды на прогресс было бы мало».
Орвилл Райт, авиатор
*
«Земля — колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели».
Циолковский

Мы рождены, чтоб сказку сделать былью,
Преодолеть пространство и простор,
Нам разум дал стальные руки-крылья,
А вместо сердца — пламенный мотор!
Советский «Марш авиаторов»

Человек мечтал о полёте задолго до того, как понял законы воздуха. Он поднимал в небо змеев, привязывал к себе крылья, бросался с башен, верил в пороховые ракеты и горячие шары. Эти попытки были наивны, порой трагичны, но именно в них рождалась главная мысль: небо не запретно — оно лишь не по́нято. Пока непоня́тно… Путь к полёту оказался длинным. Его прошли монахи и моряки, художники и военные, мечтатели-практики. Но только с приходом науки воздух перестал быть стихией и стал средой. Полёт перестал зависеть от удачи — и подчинился расчёту, эксперименту, инженерной дисциплине.
17 декабря 1903 года два брата из Огайо — Уилбур и Орвилл Райт — открыли новую эпоху: они подняли в воздух первый в мире самолёт с двигателем внутреннего сгорания. Недалеко от Китти-Хок в Северной Каролине их «Флайер» совершил четыре контролируемых полёта. Самый продолжительный длился 59 секунд — скромный результат, — но именно он навсегда вписал Райтов в историю авиации. Очень быстро правительства, армии осознали: такая машина способна радикально изменить войну и, главное, — транспорт.

Орвилл м Уилбер

Уилбер, старший брат, появился на свет в апреле 1867 года в небольшом городке Миллвилле, штат Индина. Орвилл — в августе 1871-го уже в Дейтоне (Огайо). Семья часто переезжала — целых 12 раз! — из-за службы отца, епископа церкви. Оба имени братьев были выбраны в честь выдающихся религиозных деятелей, которыми восхищался глава семьи. Который в 1878 г. принёс домой игрушечный вертолётик французского конструктора, крёстного отца авиамоделизма Альфонса Пено. Мальчишки были в неописуемом восторге: игрушка летала по комнате, пока не сломалась. Тогда они смастерили свою версию — и именно с этого момента, по их собственным словам, зародилась страсть к полётам.
Несмотря на природный ум и способности, ни один из братьев не окончил среднюю школу официально. Постоянные переезды помешали Уилберу завершить обучение — прошёл всего четыре года, но диплом не выдали. В 1886-м во время игры в хоккей клюшка попала ему в лицо, выбив передние зубы. После травмы Уилбер замкнулся, почти не выходил из дома, хотя мечтал о Йельском университете. Вместо этого он ухаживал за тяжело больной матерью и помогал отцу в церковных делах, много читая. Орвилл тоже плохо ладил со школой — его даже временно исключали из начальной. В 1889-м он бросил учёбу, чтобы открыть типографию: сам сконструировал(!) печатный станок. Братья вместе выпускали газету, а позже, оседлав «велосипедный бум» 1890-х, основали мастерскую по ремонту и продаже великов. Именно велобайки дали им приличные навыки в механике, инструменты и мастерскую для будущих авиационных экспериментов.

Отто Лилиенталь готовится к полёту

Немец Отто Лилиенталь, «король планеризма», вдохновлял тогда миллионы. Его фотографии в газетах показывали человека, парящего на планере, — мечта казалась близкой. Братья Райт были среди его самых преданных поклонников. Но 9 августа 1896 г. Лилиенталь погиб: планер потерял управление, и пилот сломал шею при падении. Спустя годы, в 1909-м, уже после триумфа, Орвилл специально посетил в Берлине вдову Лилиенталя. Он выразил глубокую благодарность за идеи и наследие, которое помогло Райтам решить загадку полёта.

Слабое звено

После гибели Лилиенталя и одного из самых недооценённых пионеров авиации британца Перси Пилчера (тоже в планерной катастрофе) братья задумались: почему все попытки терпят крах? Они поняли, что подъёмная сила и двигатель уже изучены, а вот управление — слабое звено. Наблюдая за птицами и сравнивая с велосипедом, усиленно искали способ менять направление. Прорыв случился случайно: Уилбур, вертя в руках пустую коробку от велосипедной камеры, заметил, как скручивание углов меняет форму. Так родилась идея деформации — скручивание крыльев с помощью тросов. В отличие от других, кто стремился к «самоустойчивым» аппаратам, Райт сделали машину намеренно нестабильной, но полностью подконтрольной пилоту.
В 1899-м братья испытывали воздушных змеев с системой скручивания крыльев четырьмя тросами — и добились успеха. Затем перешли к большим планерам в Китти-Хоук — уединённом месте с постоянным ветром и мягким песком, где их никто не беспокоил, в том числе неусыпно-суетливые репортёры. Большинство запусков были беспилотными, но Уилбур несколько раз поднимался сам. Результаты разочаровывали: подъёмная сила оказалась втрое меньше расчётной, а иногда планёр вёл себя непредсказуемо. Возвращаясь домой, Уилбур мрачно заметил тогда, что человечество сможет летать разве что через тысячу лет!
Посему братья усомнились в старых таблицах подъёмной силы (Смитона, Лилиенталя и др.). В 1901-м они построили простую шестиметровую аэродинамическую трубу и протестировали сотни миниатюрных крыльев. Выводы оказались революционными: данные предшественников, увы, ошибочны! Лучше всего работали длинные и узкие крылья. Эти опыты позволили создать точные модели и в 1902-м построить планёр с полноценным трёхосным управлением (руль направления + деформация крыльев), который уже полностью подчинялся пилоту.
К 1903-му конструкция была готова, но никто из производителей не мог предложить лёгкий и мощный мотор. Пришлось обращаться к своему механику Чарли Тейлору — и он за шесть недель собрал алюминиевый двигатель мощностью 12 л.с. 14 декабря первая попытка провалилась, но 17 декабря всё сработало идеально. В 10:35 утра Орвилл, решивший судьбу элементарным жребием, лёг на нижнее крыло и поднял «Флайер» в воздух. Полёт длился 12 секунд, дистанция — 36 метров, скорость — около 11 км/ч. В тот день братья сделали ещё три полёта, последний — 59 секунд и 260 метров — выполнил Уилбур.

Первый полёт Флайера-1 17 декабря 1903 г., пилотирует Орвилл, Уилбер — на земле.
Фото Джона Т. Дэниелса со спасательной станции Килл-Девил-Хиллс,
использован фотоаппарат Орвилла на треножнике

Братья сознательно держали всё в секрете, поэтому новость почти не просочилась. Когда слухи дошли до прессы, многие объявили их обманщиками. Французская газета в 1906-м вышла с заголовком «Летают или лгут?». Даже в родном Дейтоне местные журналисты потом признавались: «Мы просто не верили, что это возможно».
В 1907—1908 годах Райт заключили контракты с армией США и французскими заказчиками, — но с условием публичных показов с пассажиром. Уилбур поразил Париж фигурами восьмёрки и рекордными полётами. Орвилл демонстрировал свои умения в Вашингтоне. В 1909-м Уилбур облетел Статую Свободы и пролетел 33 минуты над Гудзоном перед миллионами ньюйоркцев. Скептики умолкли — братья стали всемирными героями и заложили основу современной авиации, которая вскоре изменила ход войн и путешествий. А небо превратилось в одну из главных транспортных артерий планеты.
Люди мечтали о полёте тысячелетиями. Райт не были пионерами в этом желании — до них десятки изобретателей и теоретиков пытались догнать птиц, придумывая иногда весьма необычные и даже абсурдные конструкции. Давайте же и мы пробежимся по этим титаническим усилиям человечества…

Военные воздушные змеи в средневековых Китае и Японии

​

Ещё в ранние века Средневековья некоторые государства научились применять небо для военных задач. В частности, в Древнем Китае и Японии использовались крупные воздушные змеи, способные поднимать человека. Самые ранние упоминания об этом относятся к VI в. нашей эры. Основное назначение таких конструкций — разведка: осмотр местности с высоты или определение расположения вражеских войск. В XIII веке знаменитый путешественник Марко Поло, побывавший в Китае при династии Юань, описал подобные «коварные» приспособления, которые поднимали людей в воздух.

Крылья монаха Эйлмера из Малмсбери

​

XI век. В Англии тогда жил бенедиктинский монах по имени Эйлмер (или Эилмер) из Малмсбери — большой поклонник древнегреческого предания о Дедале. Согласно мифу, Дедал создал крылья из перьев и воска, чтобы бежать с сыном Икаром с острова Крит. Вдохновлённый этой легендой, Эйлмер смастерил себе крылья, прикрепил их к рукам и ногам и решился на прыжок с верхушки башни Малмсберийского аббатства. По преданию, он продержался в воздухе примерно 15 секунд и пролетел около 200 метров, после чего упал и сильно повредил обе ноги. Несмотря на неудачу, этот эпизод считается одной из самых ранних задокументированных попыток человеческого полёта в Европе.

Летающие машины Леонардо да Винчи

​

Великий мастер эпохи Возрождения Леонардо да Винчи посвятил немало времени размышлениям о том, как человек может подняться в воздух. Большинство его проектов были основаны на принципе подражания полёту птиц и летучих мышей. Сохранились эскизы крыльев, махолётов и других устройств, приводимых в движение мускульной силой. Существует популярная легенда, что один из учеников Леонардо якобы испытывал его летательный аппарат и… полетел! Однако документальных подтверждений сему факту нет, и большинство историков считают эту историю недостоверной.

Ракета Лагари Хасана Челеби

​

В 1633 году в Османской империи, по свидетельству известного путешественника, писателя, этнографа-мемуариста XVII в. Эвлии Челеби, произошёл необыкновенный случай. Османский инженер и воздухоплаватель Лагари Хасан Челеби якобы совершил полёт на пороховой ракете с семью крыльями. [Челеби — это не фамилия, а что-то вроде титула, обозначающего — «Мастер», «Учитель», — ред.] Запуск прошёл в Константинополе (современный Стамбул). Перед стартом Лагари, по преданию, произнёс шутливую фразу: «Сейчас я отправляюсь беседовать с пророком Исой (Иисусом), мой султан!». — Ракета подняла его в воздух, а после полёта он благополучно приводнился в море и добрался до берега вплавь.
Некоторые исследователи предполагают, что это могло быть реальным фейерверковым трюком или испытанием большой ракеты с человеком в корзине, но не полноценным контролируемым полётом. В турецкой, исламской поп-культурах Лагари часто называют «первым ракетчиком человечества» и героем. Он упоминается как брат Хезарфена Ахмеда Челеби — другого легендарного «летуна» Османской империи, который якобы перелетел Босфор на крыльях в 1630—1632 гг. Что суть ещё одной распространённой легенды о невероятном героизме османов.

Воздушный корабль Франческо Лана де Терци

​

Итальянский иезуит и учёный Франческо Лана де Терци в XVII веке предложил оригинальную концепцию летающего аппарата. Его проект состоял из лодки с парусом на центральной мачте и четырёх больших сфер из тонкой медной фольги, прикреплённых к другим мачтам. Идея заключалась в создании внутри сфер вакуума — за счёт откачки воздуха они должны были становиться легче окружающего воздуха и обеспечивать подъёмную силу. К сожалению, в реальности такие тонкостенные шары мгновенно разрушались под давлением атмосферы, поэтому проект остался лишь на бумаге до появления более подходящих газов для подъёма.

Горячий воздух Бартоломеу де Гусмао

​

В 1709 году португальский священник бразильского происхождения Бартоломеу Лоуренсу де Гусмао провёл впечатляющий эксперимент. Он запустил небольшой бумажный шар, наполненный горячим воздухом от огня. Аппарат поднялся на высоту около 4 метров. Этот опыт считается одним из самых ранних успешных демонстраций принципа подъёма на горячем воздухе — за 74 года до знаменитых полётов братьев Монгольфье.

Первый официальный полёт на воздушном шаре

​

21 ноября 1783 года в Париже состоялся исторический полёт, который принято считать первым управляемым полётом человека на воздушном шаре. Пилотами стали Жан-Франсуа Пилатр де Розье и маркиз Франсуа Лоран д’Арланд. Шар был создан братьями Монгольфье. Полёт продолжался примерно 20-25 минут, во время него зрителями были король Франции Людовик XVI и известный американский учёный Бенджамин Франклин.

Планер Джорджа Кейли

​

Английский инженер и авиатор-пионер сэр Джордж Кейли считается одним из отцов современной авиации. Уже в 1804 году он построил и успешно испытал модель планера, которая обладала многими чертами будущих самолётов: крылья, хвостовое оперение, фюзеляж. Кейли провёл огромное количество экспериментов и теоретических расчётов, заложив фундамент для всех последующих разработок в авиации.

Паровая «воздушная карета» Уильяма Хенсона

​

В 1842 году британский инженер Уильям Сэмюэл Хенсон запатентовал проект парового летательного аппарата под названием «Aerial Steam Carriage». Однако тяжёлый паровой двигатель делал конструкцию слишком массивной и маломощной для реального полёта. В 1848 г. его помощник Джон Стрингфеллоу построил уменьшенную модель, которая смогла ненадолго подняться в воздух внутри помещения — это был один из первых случаев полёта аппарата тяжелее воздуха на собственной тяге.

Планер «Альбатрос» Жана-Мари Ле Бри

​

Французский морской капитан Жан-Мари Ле Бри в 1856 г. построил большой планер, напоминавший по форме альбатроса. Аппарат запускался с телеги, которую тянула лошадь по пляжу Сент-Анн-ла-Палюд. По свидетельствам, планер поднялся на высоту около 100 метров и пролетел примерно 200 метров. В 1868 г. при поддержке военно-морского флота Франции Ле Бри создал вторую, усовершенствованную модель, которая стала первым в истории летательным аппаратом, запечатлённым на фотографии.

Аэростат на сжатом воздухе Виктора Татена

​

В 1879 году французский инженер Виктор Татен представил модель самолёта, приводимого в движение сжатым воздухом. Это был первый аппарат тяжелее воздуха, который самостоятельно оторвался от земли после разбега и совершил полёт. Для испытаний использовалась привязная схема: самолёт двигался по кругу, будучи закреплённым тросом к центральному столбу на аэродроме Шале-Мёдон.

«Авион III» Клемана Адера

​

Французский изобретатель Клеман Адер в 1897 г. построил паровой самолёт «Авион III» с крыльями, повторяющими форму крыльев летучей мыши. 14 октября во время испытаний аппарат, по словам самого Адера, ненадолго оторвался от земли и пролетел около 100 метров. Однако официально эти результаты не были признаны убедительными: машина не демонстрировала устойчивого контролируемого полёта. После демонстрации финансирование прекратили, и проект был закрыт.

А что в России?..

Собственно, в Империи долго не было тех условий, в коих вышеприведённые примеры вообще могли появиться. Причин тому несколько… Это и определённое неимение долгосрочной письменной (именно) инженерной традиции. В Средневековье и раннее Новое время на Руси почти не существовало слоя людей, которые бы публично фиксировали технические эксперименты: чертежи, расчёты, описания неудач. Даже если кто-то что-то пробовал (а такие попытки наверняка были), они не попадали в хроники и не становились частью накопленного знания. В Европе — монастыри, университеты, латинская переписка; в Китае — императорские архивы; в России — устная культура и летописи, где технике места почти нет.
Также сильно повлияло само отсутствие социального запроса на воздухоплавание. Например, в Китае, Японии полёт был военным и ритуальным инструментом: разведка, демонстрация власти, непременно. В Западной Европе — частью философского спора о природе человека и мира. В России же до XVIII в. не существовало ни военного, ни экономического стимула осваивать воздух: огромные пространства осваивались исключительно по земле и по воде, а не по небесам. То есть вполне хватало сред передвижения кроме голубых недостижимых божественных высот. Также имела место довольно слабая городская и ремесленная среда. Ведь ранние авиационные идеи почти всегда рождались там, где были развиты ремёсла с точными инструментами, механиками, часовщиками-оружейниками.
Русские города до петровских реформ были в основном торгово-административными, а не инженерными центрами. Массового класса «технарей-экспериментаторов» просто не существовало как класса. Ну, или были, конечно, одиночные лесковские мастеровые-«Левши». Повлиял также поздний вход в научную Европу. Куда Россия системно включилась лишь в XVIII в. — с Петром I, Академией наук, переводами, инженерными школами. Авиация же — продукт именно научной эпохи, а не мифологической, сказочно-былинной либо ремесленной. Вполне вероятно, что отдельные попытки «полетать» были и на Руси — как и везде. Но без:

• подробных чертежей,
• практической теории,
• непременной повторяемости,
• институциональной поддержки.

Они остались бы на уровне легенд, а не истории техники: сродни прыжку с колокольни «летуна-Никитки» в фильме Тарковского «Андрей Рублёв». Да, Россия вошла в авиацию не через миф и одиночные подвиги, а сразу через науку и инженерию — поэтому её реальные, зафиксированные авиационные сюжеты начинаются позднее, но — сразу на высоком уровне! Что признано мировой научной мыслью. Как, скажем ворвался в историю авиации И. Сикорский, тут же опередив Европу-Америку на многие десятилетия. Вспомним некоторых великих русских подвижников...

Александр Можайский и первый самолёт с двигателем, 1870—1880-е

​

За четверть века до Райтов русский морской офицер и инженер Александр Фёдорович Можайский поставил вопрос ребром: может ли аппарат тяжелее воздуха взлететь с собственным двигателем? В 1876—1883 гг. он построил в Красном Селе под Петербургом крупный летательный аппарат с размахом крыла около 24 метров — по тем временам несомненный исполин! Самолёт оснащался двумя паровыми машинами, винтами и шасси для разбега. В отличие от большинства «мечтателей» Можайский мыслил системно: изучал сопротивление воздуха, форму крыла, массу конструкции, тягу винтов.
Испытания проходили на специальной деревянной эстакаде с разгонным уклоном. По сохранившимся свидетельствам, аппарат оторвался от земли, но устойчивого горизонтального полёта не показал — мощности паровых машин оказалось недостаточно. Главная ценность Можайского — не «взлёт/неудача», а — сам факт: он первым в мире построил самолёт с двигателем, фюзеляжем, крыльями и шасси как единую систему. По сути — концептуальный предок всей будущей авиации. Как и у Райтов, технический предел эпохи (двигатель) оказался сильнее идеи.

Константин Циолковский и теория крыла, 1890—1905

К.Э.Циолковский с зеркалом 6 июля 1902 г. Фото А.Ассонова

Если Райт построили аэродинамическую трубу, то Константин Эдуардович Циолковский сделал нечто не менее важное — заложил математический фундамент авиации. Ещё в 1890-х он публикует работы: о сопротивлении воздуха, профиле крыла, подъёмной силе, металлических дирижаблях и самолётах. В 1897 году Циолковский сам строит аэродинамическую трубу (одну из первых в мире) и экспериментирует с моделями крыльев. Его выводы поразительно близки к тем, к которым позже придут Райт: тонкий профиль, вытянутое крыло, важность управляемости. Разница была в их судьбах: Циолковский — глухой учитель из Калуги, без мастерской, денег, без армии заказчиков. Его идеи опережали страну, где авиация ещё не стала государственной задачей. И ежели у Райтов был испытательный полигон в Китти-Хок, то у Циолковского — только формулы и... вера.

Игорь Сикорский и отказ от догм, 1910—1914

И.И.Сикорский и император Николай II на борту «Русского витязя», лето 1913 г.

Молодой инженер Игорь Иванович Сикорский начинал с вертолётов — и дважды терпел неудачу. Его ранние геликоптеры не взлетали: двигатели были слишком слабы, управление — несовершенно. Вместо того чтобы упрямо «дожимать» идею, Сикорский делает вывод, очень похожий на вывод Райтов после гибели Лилиенталя: возможно, мы решаем не ту задачу. Он переключается на самолёты — непреодолимо идёт против ещё одного устоявшегося мнения: «Большие самолёты летать не могут!».
В 1913 году он строит четырёхмоторный «Русский витязь», а затем — легендарный «Илья Муромец». Машины не просто летают — они: устойчивы, управляемы, несут экипаж, пассажиров, вооружение. То был первый в мире серийный тяжёлый самолёт, опередивший Европу на годы. Как и у Райтов, ключевым стало не копирование чужих схем, а — отказ верить в «очевидные истины».

Николай Жуковский и рождение аэродинамики как науки

​

Если Райт опровергли старые таблицы экспериментом, то Николай Егорович Жуковский сделал то же самое — на уровне науки. В конце XIX—начале XX века он: формулирует закон подъёмной силы крыла, создаёт аэродинамическую школу, вводит расчёты, без которых самолёт перестаёт быть «угадайкой». Жуковский превращает полёт из ремесла энтузиастов в инженерную дисциплину. Его ученики — Туполев, Чаплыгин — уже строят авиацию XX века. Райт дали практике управление, Жуковский — теории язык.

Пётр Нестеров и понимание трёхмерного неба, 1913

Штабс-капитан Нестеров в 1914 г.

До 1913 года считалось, что самолёт должен летать «осторожно», почти как планер. Резкие манёвры — смертельно опасны. Русский лётчик Пётр Николаевич Нестеров первым ломает этот психологический барьер. Он понимает: если самолёт управляем, он может летать в любом направлении. 27 августа 1913 г. в Киеве Нестеров выполняет первую в мире «мёртвую петлю». Самолёт не разваливается. Пилот жив. Небо становится трёхмерным пространством манёвра. То же самое, что сделали Райт с управлением, Нестеров сделал с пилотированием.

***

Россия вошла в историю мировой авиации не первой, — но вошла осознанно. Не через легенды и одиночные подвиги, а — через теорию, школу, систему. От первых расчётов Можайского и формул Жуковского — к тяжёлым самолётам Сикорского, дерзким манёврам Нестерова, к созданию мощной лётной державы. В XX в. именно Советский Союз превратил небо в пространство массового труда, защиты и созидания. Самолёт стал не чудом, а инструментом. Лётчик — не героем-исключением, а профессией. Воздухоплавание — частью промышленной и научной мощи государства. Так завершилась тысячелетняя дорога — от мифа к формуле, от крыла из перьев к машине из металла. И началась новая эпоха, в которой человек уже не спрашивал, можно ли летать, — он решал, как летать дальше и выше, и выше, и выше!..

 Ю.Хайт, П.Герман, «Марш авиаторов»: