Ждать ли возвращения дирижаблей? [Veritasium]
[музыка] Дирижабли не внушают доверия, и вот почему. Просто чудо, что кто-то выжил после крушения. Внутри дирижабля Гинденбург находилось более 200 млн литров водорода. Оболочка была покрыта слоем оксида железа и порошка алюминия, веществами, которые вместе образуют термитную смесь, воспламенившуюся. Но даже ездить с безопасностью дирижаблей всё было бы в порядке. Далеко на них не уедешь. Ведь они такие большие и медленные. Тем не менее, прямо сейчас сразу несколько компаний параллельно разрабатывают новое поколение дирижаблей. С какой целью? Идея этого видео возникла благодаря статье в блоке Илая Дорада. После её прочтения мне захотелось поглубже погрузиться в тему, как товары и всевозможные грузы перевозят из одного уголка США в другой.
На грузовые авиаперевозки тратится довольно много средств, но совокупный объём перевозимого минимален. Такая доставка уж слишком дорогая. Это самый быстрый способ, но за скорость придётся изрядно раскошелиться. Чтобы сэкономить, можно перевозить материалы и товары, воспользовавшись грузовыми судами. Однако здесь мы сильно проигрываем в скорости, и всё же благодаря дешевизне количество грузов, перевозимых по воде, значительно выше, и денег здесь крутится больше.
Ещё есть поезда. Они быстрее, чем корабли и дешевле, чем самолёты, и поэтому перевозят больше грузов, чем эти виды транспорта вместе взятые. Но рекордсмен по объему перевозок в США — это грузовики. Скорости они проигрывают самолётам. С одного конца страны на другой придётся добираться пару дней, да и стоит дороже кораблей. Однако сочетание относительной дешевизны и приемлемой скорости помещает их в золотую середину, благодаря чему на их долю и выпадает большинство перевозок. Грузовики, как каша медвежонка и сказки, кажется, лучше всех.
А если груз надо доставить за рубеж, самые подходящие варианты — по воздуху или по морю. Опять же на перелёты тратится много средств. Но из-за их большой стоимости основное бремя перевозок падает на грузовой флот, соответственно и денег здесь задействовано больше. Вариант побыстрее — корабли, но подешевле — самолёты. Наверняка большинство грузов стали бы доставлять именно так. Что ж, на роль небесных грузовиков вполне подходят. [музыка]
Дирижабли суда идут по океану неделями. Дирижаблем хватит одной. Скорее всего, они будут в несколько раз дешевле самолётов и намного менее вредными для природы. Чтобы оставаться в воздухе, самолёту необходимо сохранять скорость, что сжигает уйму топлива, а дирижабли держатся в небе без особых затрат. Газ, которым они заполнены, легче воздуха, а значит, на него действует выталкивающая сила.
Производители современных дирижаблей полагают, что это позволит сократить выбросы углекислого газа как минимум на 90%. Однако для того, чтобы стать полноценным грузовым транспортом, дирижаблям нужно научиться перевозить большой вес. С этим всегда были проблемы. Но тут на помощь приходит физика. Подъёмная сила дирижабля зависит от объёма несущего газа, которым он наполнен. То есть подъёмная сила пропорциональна радиусу в кубе. Лобовое сопротивление зависит в основном от площади поперечного сечения и площади поверхности, то есть пропорционально радиусу в квадрате. Следовательно, чем дирижабль больше, тем он эффективнее.
Ведь подъёмная сила пропорциональна радиусу в кубе, а лобовое сопротивление лишь радиусу в квадрате. Размер в этом случае играет нам на руку. Нужно взять на борт много груза. Постройте дирижабль в два раза больше. Поверхность увеличится в четыре раза, а объём — во. Соотношение подъёмной силы к сопротивлению удваивается. А если этого мало, можно увеличить воздушное судно ещё в два раза. Чтобы дирижабли перетянули на себе одеяло перевозок, придётся строить их поистине гигантскими.
В целом дирижабли бывает трёх видов. Первый — это мягкий дирижабль. По сути, просто воздушный шар с гондолами и моторами, подобно воздушному шарику. Форма он держит благодаря давлению, закачанному в него. Такому дирижаблю удержать трудно, так что сильно большим его не сделать. Второй тип — полужёсткий дирижабль. Как и у мягкого типа, корпус находится в состоянии натяжения, но добавляется каркас, который помогает судну удерживать форму. Последний тип — жёсткий дирижабль. Его форму обеспечивает внутренний каркас. Внутри располагается несколько ячеек с несущим газом — водородом или гелием. Поддерживать высокое давление в них не требуется, поэтому менять их размер несложно.
Жёстким дирижаблям ни почём озвученные ограничения. Нужно судно покрупнее. Удлинители с газом. Вес каркаса по мере увеличения судна занимает всё меньшую долю от общего веса. Так что объёмная сила в этом случае ведёт себя ещё лучше. Именно жёсткие дирижабли подходят для перевозки грузов. Об этом пишет в статье Илай Дорада. Постройте жёсткий дирижабль длиной 388 м, и вырвите перевозок. Такой аппарат сможет привозить до 500 тонн груза со скоростью 90 км/ч. Всё равно что отправить в путешествие две Статуи Свободы со скоростью автомобиля. Если кому-то удастся реализовать эту идею, такой дирижабль станет самым большим воздушным судном как в плане размеров, так и грузоподъёмности.
Звучит неплохо. Об перевозках одного дирижабля не хватит. Нужны тысячи судов, которые будут постоянно доставлять грузы по всему миру, забрав у кораблей половину их объёмов. В перевозке по цене, сопоставимой с грузовиками — около 10 центов за тонну на километр — такой флот сможет генерировать 650 млрд долларов выручки в год. Если все деньги уйдут одной компании, то по этому показателю она далеко обойдёт и Apple, и Amazon.
И кто же строит подобные воздушные гиганты? В данный момент, увы, никто. Грузовые перевозки — самый большой рынок для дирижаблей. Однако здесь царит жёсткая конкуренция, а рентабельность низкая — не лучший вариант. Если хочешь окупить громадные затраты на разработку, производство и сертификацию судна, стоит обратить взгляды на сферы посвободнее. И вот одно детище британской компании. Расскажите, как вы намерены использовать. Мы будем дарить неповторимые впечатления. Наши клиенты отправятся на Северный полюс, пролетят над саванной, над джунглями Амазонки. Уникальный опыт, причём без вреда для природы и в весьма комфортных условиях. Первый вояж состоится не раньше 2026 года. Хотите купить билет? Тогда начинайте копить, ведь каюта на двоих обойдётся вам в 200.000 долларов.
Пока некоторые компании исследуют рынок премиального туризма, другие сосредоточились на одном из преимуществ дирижаблей: транспорт не существует сам по себе. Грузовики ездят по дорогам, кораблям необходимы доки и доступ к воде, поезда не представить без железных дорог и станций, а самолёты — без длинных взлётно-посадочных полос. Дирижаблям это не нужно. Главное — плоское место, куда можно приземлиться: поле, песчаный пустырь, ледяная поверхность или водная гладь. Именно эта уникальная особенность позволит им доставлять грузы туда, куда не доберутся грузовики, корабли или поезда. Дирижабли свяжут с остальным миром изолированные поселения в глуши Канады и Аляски. И для этого им нужна минимальная инфраструктура.
Если дороги, рельсы и порты были разрушены в результате стихийного бедствия, как найти и спасти выживших, если в район катастрофы не добраться и связи с местными нет? На помощь вновь спешат дирижабли. Они доставят спасателей и припасы и обеспечат связь с внешним миром. Именно операциями по ликвидации последствий катастроф занимается компания, которую спонсирует основатель Google, Сергей. Им уже удалось достигнуть разработанный компанией прототип дирижабля Pfinder 1 успешно прошёл несколько лётных испытаний в ангаре. А в ближайшие месяцы его ждёт проверка на открытом воздухе. Собранные данные позволят компании соорудить целый парк дирижаблей, которые будут помогать в зонах стихийных бедствий.
Бывает и так, что с дорогами всё в порядке, но сам груз доставляет кучу проблем. Например, громокипящий завод до точки назначения, всё должно быть продумано до мелочей. Логистика часто заставляет ограничивать размер ветряков. Дирижаблем все эти трудности — ни почём. Присоедините лопасти любого размера к днищу и спокойно доставляйте куда надо. Гораздо быстрее и проще. И турбины тогда можно собирать более мощные.
В целом дирижаблем по плечу доставить и иные громоздкие объекты. Порой нужно не доставить груз, а напротив, забрать. Во Франции полно природных ресурсов, например, древесины. Но многие подходящие для вырубки места недоступны для грузовиков. Французская компания при поддержке правительства пытается решить эту проблему. Они разрабатывают дирижабль, длина которого составит 200 м, а грузоподъёмность — 60 тонн. Он будет парить над отданными лесами, подбирать стволы на лесопилке. Впрочем, погрузка и выгрузка с воздушного судна сопряжена с определенными трудностями. Для начала дирижабль должен зависнуть на месте. А это труднее, чем кажется.
Большой дирижабль будет парусить, при достаточно большой площади даст весьма сильный эффект. Поэтому дирижабли довольно неустойчивы на высоте и при маленьких скоростях. С ними не так легко совладать. Чтобы сделать дирижабль более управляемым, вдоль всего корпуса судна установлены пропеллеры. Однако это всё равно не даёт использовать дирижабли где-то, кроме мест с устойчивой погодой. Но самая большая проблема кроется в самом принципе устройства дирижаблей.
Сильнее всего достаётся именно большим грузовым судам, когда жёсткий дирижабль нагружен, это компенсируется подъёмной силой газа. Но когда дирижабль избавляется от груза, он внезапно становится гораздо легче, и его неудержимо тянет вверх. Надо как-то этого избежать. Если мы не придумаем решение этой проблемы грузовых дирижаблей, нам не видать, как своих ушей. Было предложено несколько вариантов. Самый простой — ослабить подъёмную силу, выпустив какой-то несущий газ. Загвоздка в том, что современные дирижабли наполнены гелием.
Чтобы компенсировать 60 тонн груза, придётся пустить в трубу 54.000 кубических метров гелия стоимостью несколько сотен тысяч долларов. А ещё гелий довольно редкий газ. Так что размениваться им совсем непрактично. Конечно, прижать дирижабль к земле можно с помощью пропеллеров, но в процессе сгорит столько топлива, что все выгоды использования дирижаблей сведутся к нулю.
Наша голубая мечта — это возможность сжать газ прямо на борту. В газообразном состоянии несущий газ поднимает судно. В сжатой форме он становится балластом и работает как груз. Но если мы берём огромный дирижабль, понадобится механизм, который способен быстро сжать колоссальное количество несущего газа, и в этом основная загвоздка. У нас такой технологии на данный момент нет. Пока рабочим решением представляется брать на борт вес, равный тому, что сдержали. Забираем, скажем, 60 тонн. Если вы выгрузили 60 тонн припасов, придётся взять набор 60 тонн балласта.
Если нужно забрать 60 тонн древесины, вам предстоит сбросить балласт, скажем, 60 тонн воды вместе с погрузкой. Впрочем, есть и ещё одно решение — это инновация, которую используют разработчики Airlander 10. Суть в сочетании подъёмной силы гелия и аэродинамической подъёмной силой, создаваемой корпусом. Вес самого судна полностью компенсируется внутри дирижабля. По сути, ничего не весит. Аэродинамическая подъёмная сила нужна, чтобы компенсировать груз.
Скажем, если у нас на борту сотня пассажиров, мы взлетаем, как обычный самолёт, только на очень низкой скорости. Именно при помощи аэродинамической подъёмной силы. После приземления люди выгружаются, и судно никуда не улетает. Ведь остановившись, мы выключили часть подъёмной силы. Такие гибридные дирижабли отлично подходят для больших грузов. Но для перевозки чего-то потяжелее на длинные расстояния вряд ли актуальны. Ведь подъёмную силу приходится создавать аэродинамической. Поэтому для больших грузовых дирижаблей ничего лучше обмена полезной нагрузки на балласт не придумали.
Но это далеко не единственная проблема, которую предстоит решить. Видите ли, ещё никто не строил дирижабли длиной в 388 м. Как к этому подступиться? Обычно дирижабли собирают в колоссальных ангарах, чтобы защитить от воздействия внешней среды. На данный момент самый большой ангар в мире составляет 360 м в длину. Маловато получается, ведь нам нужен не один, а много таких. Либо мы каким-то образом придумываем, как собирать хрупкие дирижабли на открытом воздухе, либо строим кучу громадных ангаров.
К этому добавляется то, что каждый из дирижаблей надо наполнить более чем миллионом кубических метров несущего газа. Отсюда старый как мир вопрос: водород или гелий? Гелий очень дорогой, а его подъёмная сила похуже. Водород стоит дёшево, но кто на нём полетит? Гинденбург сгорел за 40 секунд, и выбор стал очевиден. В дирижабли можно закачивать только инертный гелий. Федеральное управление гражданской авиации США утвердило запрет на использование водорода, который действует и поныне. Многие, правда, упускают, что из 97 пассажиров Гинденбурга спаслось более шести.
За пару лет до этого дирижабль ВМС США «Экн» потерпел крушение возле побережья Нью-Джерси. Выжило лишь три человека из 76. А ведь это воздушное судно было наполнено гелием. Поэтому кто знает, возможно, дело не в природной опасности водорода, возможно, в те времена мы просто не умели строить надёжные дирижабли. Самолёты тоже далеко не сразу стали одним из самых безопасных видов транспорта. Если говорить откровенно, то для массового производства и эксплуатации громадных дирижаблей однозначно подходит лишь водород. Гелий слишком редкий и дорогой, водород же легко произвести, он дешёвый, а его подъёмная сила примерно на 8% лучше.
Но ещё остаётся сертификация. Регистрация любого летательного аппарата — это долгий и дорогостоящий процесс. Речь идёт не просто о новом аппарате, а о новом типе летательных средств. Большой жёсткий дирижабль никто не регистрировал примерно никогда. Итак, мы строим самый большой дирижабль в истории и наполняем его горючим газом. Кажется, нас ждут большие трудности, но это ещё цветочки.
Возможно, построить дирижабль с грузоподъёмностью 500 тонн вовсе не реализуемая задача. Конструкция дирижабля должна быть крепкой и прочной, но при этом сравнительно лёгкой, иначе он не сможет подняться в воздух. И какой тогда смысл? Когда аппарат достигает определённого размера, элементы, отвечающие за устойчивость и стабильность всей структуры, приходится делать настолько тяжёлыми, что всё перестаёт работать. Так что в силу проблем, связанных с весом конструкций, у нас есть ограничения по размерам. Каковы точные ограничения, мы пока не знаем. Известно лишь то, что в эту минуту сразу несколько компаний в разных странах ведут разработку дирижаблей нового поколения.
Правда, в воздушных грузовиках пока никто не заинтересован. Работа происходит в более привлекательных областях рынка с незначительной конкуренцией и большей рентабельностью. Но кто знает, по мере развития технологии кто-то может заняться и грузовыми воздушными судами. Это будет непростой задачей, но выгода того стоит. Как думаете, увидим ли мы на нашем веку мириады дирижаблей, которые бороздят небеса? Звучит самонадеянно, но уверен, что да.
Думаю, уже в обозримом будущем нас ждёт новый вид воздушного транспорта, который у многих, включая меня, вызовет ностальгию по великим дирижаблям из прошлого. Представить миру он ещё не готов. Сложно, и ко многому мы привыкли. Лишь со временем, думаю, дирижабли ждёт та же судьба. Надеюсь, когда этот день настанет, меня пригласят хотя бы посмотреть. А может, и билет предложат.
Переведено и озвучено студией Верт Дайдер.