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

«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»: