Шарльер

Шарльер — это тип аэростата (воздушного шара), наполняемого газом легче воздуха, как правило, водородом или гелием, в отличие от монгольфьера, использующего нагретый воздух. Название происходит от фамилии французского изобретателя Жака-Александра Сезара Шарля, который впервые поднялся в воздух на таком аппарате в 1783 году.

Принцип действия

В основе полёта шарльера лежит закон Архимеда: подъёмная сила создаётся за счёт разницы плотностей газа внутри оболочки и окружающего воздуха. Поскольку водород (или гелий) значительно легче атмосферного воздуха, шарльер, даже без дополнительного нагрева, обладает положительной плавучестью. Для регулирования высоты пилоты используют балласт (сбрасывание груза для набора высоты) и клапан для выпуска газа (для снижения). В отличие от монгольфьера, шарльер не требует постоянного подогрева, что позволяет совершать более длительные и дальние перелёты, но делает его более зависимым от изменения внешней температуры и давления.

История

Первые эксперименты и полёт 1783 года

Идея использования газа для подъёма в воздух возникла почти одновременно с идеей нагретого воздуха. Французский физик и химик Жак-Александр Сезар Шарль, вдохновлённый успехами братьев Монгольфье, занялся разработкой аэростата, наполняемого «горючим воздухом» (так тогда называли водород). Водород был выбран из-за его наименьшей плотности среди всех известных газов.

27 августа 1783 года в Париже, на Марсовом поле, состоялся первый публичный запуск шарльера. Оболочка была изготовлена из шёлка, пропитанного раствором каучука в скипидаре (для герметичности), и имела диаметр около 4 метров. Водород получали путём реакции железных опилок с серной кислотой. Шар пролетел около 25 километров и приземлился в деревне Гонесс, где был уничтожен испуганными крестьянами, принявшими его за чудовище.

Первый пилотируемый полёт

1 декабря 1783 года Жак Шарль и его помощник, механик Ноэль Робер, совершили первый в истории пилотируемый полёт на шарльере. Аэростат, названный «Шарльер», имел объём около 380 м³, был оснащён корзиной и балластом. Полёт продлился 2 часа 5 минут, аэростат пролетел около 36 километров от сада Тюильри до города Нель-ла-Валле. Шарль достиг высоты около 550 метров. После посадки Шарль совершил ещё один полёт, на этот раз в одиночку, и поднялся на высоту около 3000 метров, что стало рекордом того времени.

Развитие и усовершенствования

В XIX веке шарльеры стали основным типом аэростатов для научных и военных целей. Они использовались для метеорологических наблюдений, аэрофотосъёмки, а также в качестве средств связи и наблюдения во время Франко-прусской войны (1870–1871). В этот период были разработаны клапаны для выпуска газа, более совершенные системы балласта и прочные оболочки из прорезиненной ткани. Водород оставался основным газом из-за его доступности и высокой подъёмной силы, несмотря на его взрывоопасность.

Конструкция

Основные элементы шарльера:

• Оболочка: Герметичный мешок из лёгкой, прочной и газонепроницаемой ткани (шёлк, прорезиненная ткань, синтетические материалы). Форма обычно сферическая или близкая к ней.
• Газ: Водород (наиболее лёгкий, но взрывоопасен) или гелий (безопасен, но дороже и имеет меньшую подъёмную силу). В современных любительских и рекордных шарльерах часто используется гелий.
• Клапан: Устройство в верхней части оболочки для выпуска газа при снижении. Управляется с помощью шнура, идущего в гондолу.
• Гондола (корзина): Подвесное устройство для экипажа, оборудования и балласта. Может быть изготовлена из ивы, алюминия или композитных материалов.
• Балласт: Мешки с песком или водой, сбрасываемые для уменьшения веса и набора высоты.
• Стропы: Система канатов, соединяющих оболочку с гондолой и распределяющих нагрузку.

Классификация

Шарльеры можно классифицировать по нескольким признакам:

• По типу газа: Водородные, гелиевые, аммиачные (исторически, редко).
• По назначению: Научные (метеозонды, стратостаты), спортивные, рекордные, военные (наблюдательные, заградительные), рекламные.
• По управляемости: Свободные (неуправляемые, дрейфуют по ветру) и привязные (удерживаются тросом). Шарльеры, как правило, относятся к свободным аэростатам, хотя существуют и привязные варианты.

Применение

Научные исследования

Шарльеры сыграли ключевую роль в изучении атмосферы. В XIX и XX веках они использовались для метеорологических наблюдений, измерения температуры, давления, влажности и состава воздуха на разных высотах. Стратостаты (шарльеры, поднимающиеся в стратосферу) позволили проводить исследования космических лучей, астрономические наблюдения и испытания оборудования для космических полётов.

Военное дело

В XIX и начале XX века шарльеры активно применялись в военных целях:

• Разведка и наблюдение: С высоты аэростата можно было наблюдать за передвижением войск и артиллерийским огнём.
• Корректировка огня: Артиллерийские наблюдатели на аэростатах передавали данные о попаданиях.
• Связь: Использовались для передачи сообщений между осаждёнными городами и внешним миром (например, во время Франко-прусской войны).
• Заградительные аэростаты: Во время Второй мировой войны применялись для защиты городов и объектов от низколетящих самолётов.

Спорт и рекорды

Современные шарльеры используются в спортивных соревнованиях по воздухоплаванию, а также для установления рекордов высоты, дальности и продолжительности полёта. Наиболее известные рекорды:

• Высота: 4 мая 1961 года американский стратостат «Эксельсиор III» с Джозефом Киттингером поднялся на высоту 31 333 метра (рекорд для свободного полёта).
• Дальность: 12–15 августа 1978 года американский шарльер «Double Eagle II» (команда: Бен Абруццо, Макс Андерсон, Ларри Ньюман) совершил первый трансатлантический перелёт на воздушном шаре, пролетев 5000 километров.
• Кругосветный полёт: 1–21 марта 1999 года швейцарец Бертран Пиккар и британец Брайан Джонс совершили первый кругосветный беспосадочный полёт на шарльере «Breitling Orbiter 3».

Безопасность и недостатки

Основным недостатком шарльеров является взрывоопасность водорода. Исторически это привело к множеству катастроф, самой известной из которых является гибель немецкого дирижабля «Гинденбург» в 1937 году (хотя дирижабль — это управляемый аэростат, а не шарльер, проблема та же). В современных спортивных и научных шарльерах водород часто заменяют гелием, который инертен и не горюч, но дороже и имеет меньшую подъёмную силу.

Другие недостатки:

• Зависимость от погоды: шарльеры практически не управляются по горизонтали и дрейфуют по ветру.
• Сложность регулировки высоты: выпуск газа приводит к безвозвратной потере подъёмной силы, а сброс балласта — к её увеличению.
• Высокая стоимость: гелий дорог, а производство водорода требует специального оборудования.

Современное состояние

В настоящее время шарльеры используются в основном в научных целях (метеозонды, стратостаты для астрономических и физических исследований), а также в спортивном воздухоплавании. В России и других странах проводятся соревнования по воздухоплаванию на газовых аэростатах. Благодаря развитию синтетических материалов и систем управления, современные шарльеры стали более безопасными и надёжными, чем их исторические предшественники.

Интересные факты

• Первый шарльер был запущен всего через два месяца после первого публичного полёта монгольфьера.
• Жак Шарль сам не участвовал в первом запуске, а лишь наблюдал за ним. Его пилотируемый полёт состоялся позже.
• Водород для первых шарльеров получали путём реакции железных опилок с серной кислотой, что было крайне опасным и трудоёмким процессом.
• Самый большой в мире шарльер (по объёму) — это стратостат «Стратосфера» (США), имевший объём около 1,5 миллиона кубических метров.

Источники

• Журнал «Воздухоплаватель» (исторические статьи).
• Книга «История воздухоплавания» (автор: А. А. Жабров).
• Материалы Международной авиационной федерации (FAI) о рекордах.
• Статья «Шарльер» в Большой советской энциклопедии.
• Научные публикации по истории аэронавтики.