«Бесовския воспарения на воздусях» — так называли первые эксперименты с воздушными шарами церковники. Но вот 2004 год — в подмосковном Дмитрове на самом большом в России аэростате в небо поднялся первый в истории отечественного воздухоплавания священнослужитель — благочинный церквей Дмитровского округа отец Роман.
На чем же они воспаряют, и как устроена эта древняя машина — аэростат?
Классификация аэростатов
Международная авиационная федерация ФАИ (штаб-квартира в Париже), занимающаяся авиационно-спортивной деятельностью, а также регистрацией рекордов в этой области, делит все летающие аппараты на 16 классов.
Все аэростаты относятся к классу А и делятся на пять подклассов. К подклассу АА относятся газовые аэростаты, подъемная сила в которых создается газом легче воздуха.
Маркировку АХ носят аэростаты, подъемная сила в которых создается только подогреваемым газовой горелкой воздухом, в их оболочке нет ничего, кроме воздуха. Такие шары называют тепловыми. Еще одна распространенная категория — подкласс АМ, эти шары наполнены легким газом, но тоже имеют подогреватель.
Тепловые аэростаты — самые дешевые и популярные аэростаты. Наиболее распространенными из них являются АХ-7 с объемом оболочки от 1600 до 2200 кубов, берущие на борт 3—4 человека.
Интересно, что воздушный шар (тепловой, в частности) — это летательный аппарат, который приходится собирать перед каждым стартом. В базовый комплект аэростата входят: оболочка, плетеная гондола со стойками, блок газовых горелок со шлангами или одиночная горелка, баллоны газовые емкостью до 60 л с ремнями крепления, вентилятор для предварительного наполнения оболочки холодным воздухом, приборное оборудование и, конечно же, автомобиль для транспортировки и сопровождения в полете.
Самым большим на сегодняшний день в России является аэростат, принадлежащий администрации города Дмитрова, он сделан на заказ в Чехии к 850-летию города. Его объем — 4250 кубических метров, класс АХ-10, корзина рассчитана на восемь человек. Даже в одном классе АХ-7 практически каждый аэростат по своим параметрам и оснастке отличается от других, что в конечном счете существенно влияет на его цену. По словам президента Федерации воздухоплавания Московской области Сергея Щугарева, на сегодняшний день минимальная стоимость покупаемого в России аэростата класса АХ-7 cоставит $18 000.
Оболочка
Оболочки аэростатов делаются в основном из 20 или 24 вертикальных долей из капрона или лавсана, соединенных сваркой либо сшитых. В других странах эти же полиамидные или полиэфирные ткани носят другие торговые названия, например, во Франции капрон называют селон, в Германии дорлон, в США нейлон. Лавсан французы обзывают тергалем, немцы диоленом, американцы дакроном, а англичане териленом. Нижняя часть юбки оболочки сделана из негорючих материалов. Лавсан более устойчив к солнечным лучам и может работать в более высоком температурном режиме, но зато капрон более эластичен и лучше перераспределяет нагрузку. Прочность ткани должна быть не ниже 45 кг на 50 мм или 900 кг на метр. Интересно, что в России оболочная ткань изнашивается медленнее, чем в Австралии или на юге Европы, это связанно с тем, что солнечная радиация у нас не такая мощная, а именно она изнашивает ткань. Рекомендуется проверять ткань оболочки на прочность после каждых 100 часов налета.
В верхней части оболочки аэростат имеет клапан для выпуска теплого воздуха, что позволяет пилотам при снижении регулировать скорость, дергая за трос, спущенный в корзину сквозь оболочку. Нагрузку корзины с пассажирами принимают на себя 8 несущих вертикальных лент и частично сама ткань. В России существует около десятка фирм, шьющих оболочки, которые по качеству не уступают западным. Но по цене заметно дешевле.
Горелки
Для них важным показателем является мощность и форма пламени. Мощность для аэростатов класса АХ-7 — АХ-8 колеблется от 1 до 5 МВт.
Собственно «горелка» — тепловая система аэростата, нагревающая снизу воздух в оболочке шара с помощью открытого пламени, состоит из двух горелок: рабочей и дежурной. Узкое и длинное пламя от рабочей горелки возникает от сгорания жидкого газа, глубоко проникает внутрь оболочки и обеспечивает высокий КПД тепловой системы. Включается рабочая горелка периодически. Шум от нее — большая проблема, его уровень может составлять примерно 100 дБ. Рев горелки заглушает речь и на расстоянии 200 метров способен заставить обратиться в паническое бегство целое стадо коров. Дежурная горелка питается обычным газом, горит постоянно и держит спираль, по которой газ в разогретом состоянии поступает в рабочую, что и обеспечивает выброс пламени из рабочей горелки. Кстати, треугольный фартук, обычно прикрепляемый между корзиной и оболочкой с одной из сторон шара, предназначен для того, чтобы порыв встречного ветра не погасил дежурную горелку.
По словам Юрия Тарана, наиболее надежными и выгодными для пользования являются горелки, производимые английской фирмой Сameron ballons и чешской фирмой Kubicek ballon, это горелки класса люкс, по качеству и рабочим свойствам их можно сравнить с автомобильными двигателями BMW. Но самое главное, по словам Юрия Тарана, который является генеральным директором громовского Кубка губернатора в России, пока только продукция этих фирм имеет российский сертификат качества и с 1 января 2005 года разрешена к эксплуатации. То есть если на аэростате будет стоять горелка другого производителя, придется проходить довольно рутинную процедуру ее сертификации, иначе могут запретить подниматься в небо, по крайней мере в московской полетной зоне. Это касается не только горелок, но и всего аэростата в целом. Сейчас производители отечественных аэростатов борются над проблемой сертификации своей продукции, но по качеству наши горелки заметно отстают от импортных.
Горелка Komet Dio Plus чешских производителей стоит на самом большом аэростате в России класса АХ-10, принадлежащем администрации города Дмитрова. Стоимость этой горелки — $4000. Цена горелки от фирмы Kubicek для аэростатов класса АХ-7 колеблется в районе $3500.
Топливо для аэростатов
В современных тепловых аэростатах используется пропан или смесь пропан-бутан. Последняя наиболее оптимальна с точки зрения пожарной безопасности и простоты применения. Низкая температура парообразования пропана и бутана гарантирует, что при отказе горелки с последующим ее включением не произойдет вспышки внутри оболочки шара, как это иногда случается с распыленным бензином. Пилоты используют автомобильные газовые смеси и даже бытовой газ. Стоимость сжиженных газов на единицу времени полета на 30% меньше, чем у того же бензина. Но пропан-бутан из-за своей малой плотности требует несколько больших объемов баков по сравнению с другими видами жидкого топлива.
Температура кипения пропана при нормальном давлении составляет 42,1 градуса, а бутана — 0,5 градуса. Давление насыщенных паров этих нефтяных сжиженных газов, обеспечивающих выход топлива при включенной горелке, зависит от температуры воздуха. И зимой пилотам иногда приходится поливать газовые баллоны горячей водой, чтобы подача газа в горелку не ослабевала. Поэтому в летнем топливе должно быть больше бутана, а в зимнем — пропана.
Гондола
Остается единственным элементом воздушного шара, не изменившимся за 200 лет. Ее по-прежнему плетут из лозы или ротанга, растущего в Юго-Восточной Азии. Это связанно с тем, что плетеная корзина имеет максимум прочности при минимальном весе, и главное, она обладает упругостью, при посадках деформируется, но не меняет формы, в отличие от легкого металла. Корзины из пластика тоже существуют, но они дороже, поэтому не так распространены, как плетеные. В пригодной для полетов корзине прутья, из которых сплетено днище, должны выдерживать нагрузку в 70 кг на квадратный дециметр.
Приборы на шаре
В соответствии с нормами летной годности АП-31 приборное оборудование воздушного шара должно включать: высотомер, указатель вертикальной скорости (вариометр), указатель уровня топлива в баллонах и индикатор температуры в оболочке.
Простейший индикатор температуры делается из двух металлических пластинок, спаянных сплавом, плавящимся при температуре, равной предельной рабочей температуре оболочки. Индикатор цепляют к верхней части оболочки, и в случае перегрева он распаивается, и пластинка с привязанной к ней полоской ткани падает в корзину к пилотам. Это значит, что следует на время прекратить прогрев воздуха в оболочке горелкой.
Для полетов на тепловом аэростате необходима карта местности, наиболее удобна карта масштабом 1:100 000, в которой 1 см соответствует 1 км на местности. При организации соревнований используются более подробные карты масштабом 1:50 000. Запомните полезную информацию: чтобы узнать, сколько километров содержится в одном сантиметре любой карты, нужно во втором ее числе отбросить пять нулей.
Компас — также нужная вещь. Наиболее удобен спортивный жидкостной компас с линейкой в 10 с — он позволяет определять азимутальное направление, делать построения на карте, измерять расстояния и углы.
Каждый аэростат должен иметь огнетушитель и радиостанцию, но современные пилоты предпочитают пользоваться мобильными телефонами.
Экипировка для полета на шаре
Даже жарким летом на высоте прохладно, и чем выше, тем холоднее, а при высоте большей, чем 2000 метров, температура и вовсе может быть ниже нуля. Понижение температуры в среднем составляет 6,5 градуса на каждый километр высоты. В самой верхней части тропосферы (11 км для наших широт), куда на аэростате не заберешься, — минус 60.
Поэтому прежде всего в экипировке важна теплая одежда, у нее не должны болтаться концы и желательно ей быть из неоплавляемой ткани. Обязательно одеваются перчатки. Если вы собираетесь забраться на высоту более 3000 метров, вам может понадобиться кислородный аппарат.
Кислородное голодание — коварная вещь, потеря сознания иногда происходит мгновенно, известны случаи, когда экипаж, поднявшись выше 4000 метров, терял сознание и приходил в себя только на земле, когда аэростат, медленно остывая, сам приземлялся туда, куда его нес ветер.
Пассажирам неплохо иметь с собой бинокль, чтобы разглядывать окрестности.
Старт
Аэростат сначала наполняется воздухом с помощью вентилятора, затем включают горелку и подогревают воздух в оболочке. Два-три человека держат аэростат за края корзины, и когда подъемная сила становится достаточной, плавно отпускают. Шар медленно поднимается вверх. Если скорость ветра у земли большая, он будет мешать старту, будет возникать так называемая ложная подъемная сила. Шар просто болтает влево-вправо, вверх-вниз. Еще сложнее в такой ситуации будет сделать посадку, ветер просто протащит шар, имеющий огромную парусность, по земле, как парашют. По рассказам пилотов, это весьма неприятная часть романтического приключения на воздушном шаре. Поэтому пилоты выбирают для полетов утренние или вечерние часы, которые чаще всего бывают безветренными.
Снаряжение и старт аэростата — всегда очень интересное событие, притягивающие внимание окружающих, и бывает, что добровольцы, желающие помочь пилотам, становятся жертвами аэростата.
Пилот Александр Таланов описывает случай в Иркутске, произошедший в 1994 году. «Было настолько тихо, что привязывать аэростат не было никакой необходимости. К сожалению, постоянной моей команды, за исключением одного человека, не было. Когда оболочка была наполнена воздухом, я включил горелку, и шар долго не двигался, а затем резко начал подниматься. Из-за шума горелки я не обратил внимания на крики зрителей, приняв их за восторги. Корзина уже была в воздухе, когда я обнаружил, что на купольном фале висит мой помощник, а на вершине оболочки, на парашютном клапане, какой-то мальчишка. Шар медленно плыл на высоте 20 метров». История закончилась не так печально, как могла, Таланов вырубил горелку, шар начал медленно опускаться, помощник спрыгнул у самой земли, а мальчик сильно обжег себе руки, соскользнув вниз по купольному фалу, его поймали на руки люди внизу.
При наполнении аэростата воздухом запрещается наматывать на руку или вокруг тела страховочный трос и прочие веревки — не натренированный человек сможет провисеть на руках не более двух минут. Поэтому к подготовке старта лучше не привлекать посторонних людей, а зрителей держать на расстоянии. Команда для старта должна состоять минимум из четырех подготовленных людей. Расстояние от любой точки аэростата до ближайшего автомобиля, другого шара или постройки должно быть не менее 15 метров.
Полет
Аэростат всегда летит со скоростью ветра. Ветер является единственным фактором, который двигает аэростат горизонтально.
Его скорость на высоте всегда больше, чем у земли. Правила полетов рекомендуют не взлетать при скорости ветра у земли выше 7 м/с и при вертикальной скорости подъема воздуха от земли выше 3 м/с (во избежание перегрева оболочки).
Зимнее время больше подходит для полетов, летом земля сильно и неравномерно прогревается солнцем и, отдавая тепло атмосфере, создает множество вертикальных потоков воздуха, так называемых термиков. Считается, что, попав в термик со скоростью подъема более 5 м/с, пилот уже не может управлять аэростатом. Летом обычно термики появляются после десяти часов утра и пропадают после семи часов вечера — их можно определить по наличию кучевой облачности в небе или повышенной скорости ветра у земли. А лучше всего, по словам опытных пилотов, летать сразу после восхода или перед заходом солнца.
Ветер — главный союзник и противник пилота. Поэтому каждый уважающий себя пилот аэростата должен уметь хорошо его чувствовать и знать массу самых разнообразных примет.
Ну, например, дым из трубы — очень хороший индикатор ветра, если дым похож на подвешенный к заводской трубе флаг, значит скорость ветра у земли может превышать 7 м/с. Если дым идет волнами, это говорит о нестабильности погоды и хаотичности воздушных потоков. Когда дым из трубы поднимается прямо вверх, а затем ломается буквой «г», это обозначает границу ветрового потока. К опасным для полетов природным явлениям относятся: гроза, град, дождь, кучевая облачность, вертикальные потоки воздуха со скоростью выше 3 м/с, горизонтальные потоки воздуха у земли со скоростью выше 7 м/с, плохая видимость.
По высоте шар управляется с такой точностью, что можно приземлиться на воду, «плыть» в камышовых зарослях или рвать шишки прямо с сосны. С помощью штурманских расчетов можно произвести посадку в заранее намеченном месте.
Аэростат, что парусное судно, управляется с помощью ветра. Пилоту необходимо лишь поддерживать аэростат на определенной высоте, а если он хочет изменить направление потока, то, включая и выключая горелку, он поднимает или опускает шар в поиске нужного ветра. Каждый пилот вырабатывает свой стиль полета, нажимая на клапан горелки, словно на клавиши музыкального инструмента. Слишком длинные импульсы могут привести к перегреву оболочки и большим отклонениям от горизонтальной траектории полета. Слишком короткие и частые импульсы утомительны, но с их помощью легче поддерживать горизонтальный полет. На малых высотах рекомендуется полное включение горелки на две секунды через каждые шесть секунд. Но по мере выработки топлива в баллонах давление в баллонах падает, аэростат становится более вялым, и необходимо увеличивать длительность включения горелки.
В полете следует следить за тем, чтобы температура оболочки не опускалась более чем на 50 градусов по сравнению с температурой взлета. Чем меньше загружен аэростат, тем нежелательнее падение температуры его оболочки, так как это уменьшает внутреннее давление в оболочке, и боковые порывы ветра стремятся выдавить из шара остатки теплого воздуха.
Если даже горелка откажет в полете, это не грозит экипажу ничем, кроме потери управления и медленного приземления со скоростью парашюта.
Полет на малых высотах наиболее интересен, но здесь у аэростатов есть враг — это линии электропередач. Обычно они сливаются с фоном земли и «выныривают» в самый последний момент. Максимальное количество несчастных случаев на тепловых аэростатах связано именно со столкновением с ЛЭП. Если столкновение происходит, то пилоты, закрепив запасной фал за веревочную петлю и не касаясь металлических частей аэростата, спускаются их корзины на землю, при этом свободный конец фала должен свисать на расстоянии примерно двух метров от земли. Одновременно держаться за фал и стоять на земле нельзя. Минимальная высота полета над ЛЭП — 50 метров, над другими искусственными объектами — 25 метров, над естественными объектами — 10 метров. Что касается безопасности полетов, то, по мнению академика Российской академии космонавтики, кандидата технических наук Николая Щугарева, воздушный шар безопаснее автомобиля — восемь несчастных случаев за двадцать лет. Эта цифра ничтожна по сравнению с количеством инцидентов на остальных воздушных судах.
Снижение и посадка
Для снижения используют парашютный клапан или просто выключают горелку. Длительность открытия большого парашютного клапана не должна превышать трех секунд. Скорость снижения не должна превышать 5 м/с, иначе у оболочки появится тенденция к схлопыванию. При соприкосновении с землей скорость снижения должна быть около 1 м/с, это обеспечит мягкую посадку. Заданная скорость снижения поддерживается включением горелки. Фактически горизонтальный спуск с постоянной скоростью отличается от просто полета большей паузой между включением горелки. Ели вариометр вышел из строя, то для определения скорости снижения иногда используют кусочек бумаги: если бросить его за борт, и он летит рядом с корзиной, то значит аэростат опускается со скоростью примерно 1 м/с. Если ушел вниз, вы поднимаетесь, если скорость выше 1 м/с, то обычно это уже можно почувствовать выставленной за борт ладонью. При посадке до момента соприкосновения с землей горелку обязательно перекрывают. На расстоянии 2—3 метра от земли пилоты открывают парашютный клапан для погашения оболочки, и после соприкосновения с землей оболочка заваливается в ту сторону, куда дует ветер. Но если ветер у земли не более 3 м/с, то оболочку можно гасить уже после посадки, шар все равно не потащит, зато автомобилю сопровождения легче его найти. При этом надо учитывать, что если один из пассажиров не будет уже с земли оттягивать оболочку за купольный фал в сторону, оболочка накрывает корзину, и всем ее пассажирам придется долго выбираться из-под груды ткани.
Приземление при сильном ветре чревато долгим и неприятным волочением по земле, благо если она еще будет довольно ровная и мягкая. Один мой знакомый фоторепортер рассказывал, как он вместе со своим фотоаппаратом, которым пытался снять момент посадки, пропахал добрый десяток метров пашни. Многое в посадке зависит от мастерства пилота, но все же существуют объективные обстоятельства. Ниже приведена таблица зависимости волочения по земле от скорости ветра.
Если летом после приземления аэростата сворачивание оболочки занимает 20 минут, то зимой, после того как она, нагретая до 100 градусов, резко остывает, ткань оболочки превращается в «картон», и ее укладка занимает несколько часов.
Правила воздухоплавания
В соответствии с правилами полетов, рекомендуемыми ФАИ, допускается сближение аэростатов в воздухе вплоть до касания оболочками. На последней фиесте в Шотландии каскадер переходил по доске из одного шара в другой. Но ни в коем случае не допускается касание жестких частей аэростата с оболочкой другого аэростата. Поэтому если в полете происходит сближение двух шаров, пилот, находящийся выше, должен уступить дорогу — это главное правило. Обгон осуществляется с правой стороны на расстоянии 500 метров.
Что касается документации, разрешающей полеты, то здесь все гораздо сложнее. Желающий лететь на аэростате должен обладать следующими документами:
1. Сертификат летной годности аэростата.
2. Регистрационное свидетельство аэростата.
3. Свидетельство пилота аэростата.
4. Свидетельство эксплуатанта, то есть свидетельство на право владения аэростатом.
5. Если вы занимаетесь катанием пассажиров, у вас должен быть еще сертификат воздушного перевозчика и лицензия на право перевозок, если на катании зарабатываете деньги.
6. Страховка на пилота и пассажиров.
7. Разрешение на полет, выданное региональной службой управления воздушным движением.
На Западе достаточно позвонить в организацию, занимающуюся контролем воздушного движения, и поставить ее в известность о том, что вы собираетесь подняться в воздух. У нас этот процесс пока еще не до конца отрегулирован и находится в постоянной доработке.
В России получить разрешение на полеты можно несколькими путями. Если рядом есть аэродром со слабым воздушным движением, то проще всего договориться с руководством аэропорта и подготовить дополнение к действующей инструкции по полетам в районе этого аэропорта. Если поблизости такого аэропорта нет, то придется обращаться в региональную службу управления воздушным движением, создавать и утверждать специальную инструкцию по производству полетов на аэростатах в зоне, которую вам отведут в этом управлении.
По всем вопросам, связанным с воздушным правом для пилотов аэростатов Российской федерации воздухоплавания, можно обращаться по телефонам в Москве: 491-29-00, 491-37-11.
Словарь воздухоплавателя
Аэростат. Понятие аэростат, или летательный аппарат легче воздуха, возникло в результате слияния двух слов: aer — воздух + statos — неподвижно стоящий (греч). Аэростаты делятся на управляемые (дирижабли), неуправляемые, то есть аппараты свободного полета с оболочкой в форме шара, и привязные.
Баллонет — нагнетающий вентилятор и воздушный клапан.
Владимир Джанибеков — летчик-космонавт; пять раз совместно с американцами пытался совершить перелет на воздушном шаре вокруг Земли.
Геннадий Опарин — единственный российский рекордсмен мира; в 1989 году совместно с Дональдом Камероном, крупнейшим в мире разработчиком и изготовителем аэростатной техники, совершил перелет по маршруту Бристоль (Англия) — Ленинград.
Джим Винкер — изобретатель и разработчик современной модели теплового аэростата.
«Заяц» — судейский аэростат, который стартует отдельно от других участников. Через 10—15 минут после старта «зайца» в погоню за ним устремляются другие воздушные шары. Победителем считается тот, кто приземлится или сбросит специальный маркер ближе всех к месту посадки «зайца».
«Меньшая дальность» — упражнение, смысл которого заключается в том, чтобы никуда не улететь. Пилот, используя воздушные потоки, пытается остаться в воздухе над точкой старта. Победителем считается сумевший через определенное время посадить аэростат ближе всех к точке старта.
«Русская тройка» — полет трех (четырех, пяти и так далее) аэростатов в связке. Это упражнение придумано в России. Оно закладывает основы «высшего пилотажа» на аэростатах и требует исключительной слаженности работы экипажей всех трех шаров.
Ки-граб (key grab) — упражнение, в котором пилот должен снять ключ с высокого шеста, расположенного в пяти-семи километрах от места старта. В этом упражнении пилоты стремятся показать максимальный спортивный результат — ключ, за которым идет охота, от автомобиля, предоставленного спонсорами.
М71 — привязной аэростат, созданный американской компанией TCOM, для организации телевизионного вещания на территорию Кубы антикастровского телеканала им. Хосе Марти.
Медаль «За заслуги перед отечественным воздухоплаванием» — награда, учрежденная Российским воздухоплавательным обществом в честь 120-летия этой общественной организации. Кавалерами медали стали ветераны советского дирижаблестроения и молодые специалисты, строящие современный воздухоплавательный флот, пилоты, а также государственные деятели, конструкторы и техники отмечены пока единственной истинно воздухоплавательной наградой.
Несущий газ — наполнительная субстанция для аэростатов, делающая конструкцию легче воздуха. Наиболее часто в современном воздухоплавании используют инертный газ — гелий.
Фиеста — фестиваль воздухоплавателей.
Эллинг — защищенное от ветра укрытие, ангар для хранения, обслуживания и постройки дирижаблей.
Эшелонирование — вертикальное, продольное и боковое рассредоточение воздушных судов в воздушном пространстве, обеспечивающее безопасность воздушного движения.
Sky Sat — проект, нацеленный на обеспечение работ в стратосфере с помощью специализированных аэростатов, начат в 1994 году; к 1996 году проект «собрал» на Уолл Стрит более 8 млн. долларов.
Комментарии