Инженеры испытали аппарат, который ныряет и всплывает в воздухе так же, как это делают рыбы в воде. Этот процесс позволяет ему двигаться, а висеть над одной точкой он может без затрат энергии. Речь идёт о проекте "Феникс" (Phoenix), разработанном несколькими университетами и частными компаниями.
Испытанный прототип воздушного судна имеет длину 15 метров и размах крыльев 10,5 метра. Однако внушительные крылья используются совсем не так, как самолётные.
Напомним, что самолёт держится в воздухе за счёт подъёмной силы крыла. Когда оно обтекается быстрым потоком воздуха (в полёте или аэродинамической трубе), благодаря особой форме и специально подобранному углу наклона крыла воздух сильнее давит на него снизу, чем сверху. Это избыточное давление поднимает воздушное судно при взлёте и удерживает его на нужной высоте. Именно поэтому самолёт не может зависнуть над одной точкой: как только на крыло перестанет набегать достаточно быстрый воздушный поток, подъёмная сила исчезнет и аппарат упадёт.
"Фениксу" ни к чему быть таким резвым. Он, как воздушный шар, имеет оболочку, заполненную гелием (который, как известно, легче воздуха). Поэтому аппарат парит без затрат энергии. Крылья нужны ему для стабилизации и для размещения солнечных батарей, питающих его энергией (солнечные элементы расположены и в хвосте).
Новшество заключается в двигателе воздушного судна. Феникс, разумеется, птица, но в данном случае он немножко рыба. Во всяком случае, у него есть аналог плавательного пузыря.
Напомним, что этот орган позволяет обитательнице вод сохранять или менять глубину, на которой она находится. Выталкивающая сила, действующая на погружённое в жидкость тело, зависит от его средней плотности. Поэтому стальной гвоздь тонет, а стальной корабль, имеющий много заполненных воздухом пустот (трюмов, кают и так далее), остаётся на плаву.
Плавательный пузырь, заполненный газами, делает среднюю плотность рыбьего тела как раз такой, чтобы на обычной глубине своего обитания она, находясь в покое, не тонула и не всплывала. (Отметим, что не имеющие этого органа акулы вынуждены всё время двигаться, чтобы не погрузиться на дно).
Если рыба делает всплывающее движение и чуть-чуть уменьшает глубину, давление воды на её тело тут же снижается. Плавательный пузырь расширяется, средняя плотность тела падает, и выталкивающая сила увеличивается. Таким образом, благодаря плавательному пузырю рыбе не нужно прилагать много усилий для всплытия: стоит начать, и архимедова сила сама её выталкивает. Таким же путём этот орган помогает животному погружаться.
В "Фениксе" используется тот же принцип. У него есть воздушная камера, своего рода плавательный пузырь.
Пока аппарату не нужно двигаться, давление в ней такое же, как и в окружающей атмосфере. Но если ему пора отправляться в путь, насосы нагнетают в камеру дополнительный воздух. Средняя плотность воздушного судна немного увеличивается, и оно медленно "тонет". После того, как воздух выбрасывается из камеры, оно вновь "всплывает".
Однако целью этого действия является не вертикальное, а горизонтальное движение. Уже в момент накачивания камеры воздухом "Феникс" продвигается вперёд: его "засасывает" создающееся перед ним разрежение. Тем временем накопленный воздух выбрасывается из отверстия в кормовой части аппарата. Эта струя образует своего рода реактивный двигатель, тоже толкающий "рыбу Феникс" вперёд.
""Феникс" одну половину своего времени проводит как самолёт тяжелее воздуха, а другую – как аэростат легче воздуха. Многократный переход между этими состояниями является единственным источником движения", – объясняет Эндрю Рей (Andrew Rae) из шотландского Университета нагорья и островов, руководивший проектированием воздушного судна.
Солнечные батареи обеспечивают энергией все системы аппарата, включая насосы двигателя, так что "Феникс" не нуждается в запасе топлива и в перспективе сможет находиться в полёте практически неограниченно долго.
Фактически разработка представляет собой дирижабль, то есть аэростат с двигателем, позволяющим ему двигаться в нужном направлении.
Преимущества дирижаблей хорошо известны. Они держатся в воздухе без затрат энергии, поэтому могут находиться в небе очень долго, в том числе и зависнув над одной точкой. Столь же широко известны и их недостатки: дирижабли тихоходны, не отличаются манёвренностью и с трудом противостоят ветру. Поэтому эти "корабли неба" 1910–1930-х годов практически сошли со сцены после появления достаточно совершенных самолётов и вертолётов.
Разработчики видят для своего детища экзотическую, но весьма экономически выгодную нишу.
"Транспортные средства, основанные на этой технологии, могли бы использоваться в качестве псевдоспутников, и это обеспечило бы гораздо более дешёвый вариант для осуществления телекоммуникаций", – уверен Рей.
Как уточняет издание New Atlas, цель состоит в том, чтобы "научить" дирижабль работать на высоте 20 километров, где он мог бы выполнять роль ретранслятора вместо куда более дорогого орбитального аппарата. Также "Феникс" можно было бы использовать в качестве платформы для запуска микроспутников.
На такой высоте экзотический принцип движения "Феникса" является преимуществом. Классические дирижабли используют винтовой двигатель, но винт теряет эффективность в разреженном воздухе стратосферы.
Пока же прототип успешно и многократно преодолел дистанцию в 120 метров в закрытом испытательном ангаре. В настоящее время команда проекта ищет инвесторов, чтобы вывести разработку на новый уровень.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о современных грузовых дирижаблях, о планах использовать их для доставки медикаментов в труднодоступные районы и о концепции дирижабля-электростанции.