Д.И. Менделеев и его роль в развитии воздухоплавания
Начавшееся после Крымской войны и падения Севастополя перевооружение русской артиллерии, в частности, переход на нарезные и стальные дула орудий, а позже применение бездымного пороха остро поставили задачу изучения упругости газов.
Менделеев в 1855 году
В 1856 году Менделеев защитил диссертацию “Об удельных объемах”, за которую он получил звание магистра химии. В ней великий ученый рассмотрел физические свойства газов. Работа сыграла важную роль в развитии воздухоплавания - без знания законов, повелевающих газами, не мог пускаться в путь ни один аэронавт.
Изучая по заданию Главного инженерного управления проблему упругости газов, Менделеев столкнулся с двумя сторонами вопроса. С одной стороны, в условиях высоких давлений газ должен быть близок к "предельному объему", с другой, - при незначительной плотности газа "... можно ждать уничтожения его упругости, т.е. прекращения в дальнейшем расширения. Тогда должно будет признать существование реальной границы для земной атмосферы", - писал Менделеев. Считая вопрос "О сжимаемости газов при столь малых давлениях, какие только можно измерять" весьма важным и требующим разработки, Дмитрий Иванович невольно должен был заинтересоваться строением верхних слоев атмосферы. Он тщательно изучает работы в этой области знаменитого английского физика Глешера, неоднократно поднимавшегося на воздушном шаре с научными целями. Позже Дмитрий Иванович писал: "Меня так заняла гордая мысль подняться выше знаменитого англичанина и постичь закон наслоения воздуха при нормальном состоянии атмосферы, что временно я оставил все другие занятия и стал изучать аэростатику". В статьях, опубликованных в отчетах французской Академии наук, разбирая вопрос о закономерности изменения температуры в атмосфере, Менделеев подчеркивает необходимость опытной проверки своих положений с помощью аэростата, который может подняться в верхние слои атмосферы.
Он разрабатывает и проект аэростата, "... допускающего возможность безопасно оставаться на больших высотах в атмосфере". В своем сообщении Химическому и физическому обществу при Петербургском университете он высказывает возможность "... прикреплять к аэростату герметически закрытый оплетенный упругий прибор для помещения наблюдателя , который тогда будет обеспечен сжатым воздухом и может безопасно для себя делать определения и управлять шаром". К этой мысли Д.И. Менделеев возвращается и в 1873 г., утверждая, что с помощью таких аэростатов можно "... изучать условия верхних слоев атмосферы, где надобно искать зародыш всех погодных изменений, в атмосфере совершающихся".
Первый полёт на аэростате (воздушном шаре) был совершён ещё в 21 ноября 1783 года в Париже. С тех пор устанавливались разного рода рекорды полётов на воздушных шарах. Вот и 15 апреля 1875 г. состоялся полет французских воздухоплавателей Кроче-Спинелли, Сивеля и Тиссандье на аэростате «Зенит» («Le Zenith»), в ходе которого была достигнута высота 8600 м. Полёт этот закончился трагически – на высоте около 8000 м. пилоты потеряли сознание (хотя в баллонах был запасён кислород), а когда шар спустился ниже, в живых остался только Тиссандье, а Сивель и Кроче-Спинелли погибли.
Впечатлённый этой трагедией, Менделеев, выступая 7(19) октября 1875 года на заседании Русского физического общества при С.-Петербургском университете с сообщением «О температуре верхних слоев атмосферы», предложил использовать для исследования высших слоев атмосферы, наряду с автоматическими беспилотными аэростатами, также и пилотируемые воздушные шары с герметически закрытой гондолой.
Менделеев разработал и программу высотных исследований из 15-20 полётов, на которые должно было уйти не менее 30 тыс. руб. Им был разработан и проект управляемого аэростата с баллонетом, рулями, воздушным винтом и произвел необходимые расчеты.
Проект управляемого аэростата, разработанный Д. И. Менделеевым в 1875 году. Эскиз, выполненный собственноручно творцом проекта
Средства на сооружение он пытался собрать «через продажу и распространение печатаемых им книг». Однако денег не нашлось даже на постройку одного высотного аэростата, и в итоге предложение Менделеева так и не было реализовано. Первый в мире стратостат - так стали называть герметичные аэростаты, предназначенные для полёта в стратосферу (высоту более 11 км) совершил полёт лишь в 1931 году из немецкого города Аугсбурга. Так идеи Менделеева опередили своё время.
Портрет работы Н.А.Ярошенко.
Менделеев поддерживал русского исследователя и изобретателя в области воздухоплавания Александра Можайского. В конце 1876 года тот подал рапорт в Главное инженерное управление с просьбой оказать содействие в вопросе постройки летательного аппарата тяжелее воздуха. Военный министр назначил комиссию из авторитетных учёных. Был среди них и Дмитрий Иванович Менделеев, который в январе 1877 года поддержал Можайского. Это особенно важно потому, что именно Менделеев считался неоспоримым авторитетом в вопросах воздухоплавания. В результате комиссия постановила выдать изобретателю на производство опытов три тысячи рублей. Деньги эти, однако, выдавались по частям, с проволочками, и полной суммы Можайский так и не смог получить.
В 1878 году, побывав за рубежом, он встретился со знаменитыми новаторами, с которыми раньше хорошо был знаком по литературным источникам. В Англии он встречался с Глэшером, во Франции — с Дюпюи де-Ломом, братьями Тиссандье, Ренаром, Татеном, Пено. Во время пребывания во Франции он совершил подъем на аэростате Жиффара. В том же 1878 году, в письме в Военное министерство Менделеев употребил термин "аэродинам", обозначая им летательный аппарат тяжелее воздуха:
Воздухоплавание бывает и будет двух родов: одно в аэростатах, другое в аэродинамах.
Первые легче воздуха и всплывают в нем. Вторые тяжелее его и тонут. Так рыба, недвижимая и мертвая, всплывает на воду, а птица тонет в воздухе. Подражать первой уже умеют в размерах, годных для практики. Подражание второй — еще в зародыше, в размерах негодных к жизни людей, подобных полету бабочки, детской игрушке. Но этот род воздухоплавания обещает наибольшую будущность, дешевизну (в аэростатах дорогие оболочка и газ) и, так сказать, указывается самой природой, потому что птица тяжелее воздуха и есть аэродинам.
Одно из основных исследований, связанных с нуждами воздухоплавания — «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании», издано Менделеевым в 1880 г. На основе критического учета мирового опыта и собственных исследований Менделеев выдвинул в этой работе много положений, подтвержденных в дальнейшем. Он впервые показал, какое большое значение имеет трение жидкостей и газов о поверхность обтекаемых ими тел. По крайней мере на три десятка лет он опередил то, что впоследствии дал Л. Прандтль. Имея в виду эту книгу Менделеева, русский учёный Н. Е. Жуковский, создатель науки аэродинамики, сказал: «Русская литература обязана ему капитальной монографией по сопротивлению жидкостей, которая и теперь может служить основным руководством для лиц, занимающихся кораблестроением, воздухоплаванием или баллистикой».
Всего учёным на эту тему, сочетающую в его творчестве указанное направление исследований с развитием изучения в области метеорологии, написано 23 статьи
В том же 1880 г. по его почину был основан VII (воздухоплавательный) отдел Русского технического общества, выполнивший в дальнейшем чрезвычайно большую работу.
7 августа 1887 года Менделеев добился разрешения вместе с пилотом подняться на шаре для наблюдения полного солнечного затмения. Аэростат был под названием «Русский» был предоставлен военным министерством, его объём составлял 700 м3, местом старта была выбрано место возле Клина, где солнечное затмение должно было длиться около 2 минут.
Аэростат, на котором Менделеев совершил полёт 7 августа 1887 г.
Был серый дождливый день, все небо затянуто тучами, и шар, наполненный водородом, лениво натягивал тросы. К Менделееву подошел его ассистент В. Е. Тищенко и сказал: "Дмитрий Иванович, у аэростата нет подъемной силы. Я вижу, я знаю дело, лететь нельзя, уверяю вас, нельзя". Менделеев ответил, и в этом ответе он был весь — и как ученый, и просто как человек: "Аэростат — это тоже физический прибор. Вы видите, сколько людей следит за полетом как за научным опытом. Я не могу подорвать у них веру в науку". Вместе с с военным аэронавтом А.М. Кованько Менделеев перелез через борт высокой корзины и сразу же понял: шар не поднимет даже двоих. И он немедленно решает лететь один. Менделееву на тот момент было 53 года и был опыт только одного полёта на воздушном шаре во Франции в 1878 году.
Вот как в дальнейшем Менделеев объяснял свой полёт:
Полезно было отправиться уже для того, чтобы показать, что аэростат не есть такое средство, которое требует продолжительной практики владения им, что это есть способ передвижения, которым можно управлять с легкостью, даже и при полном отсутствии предварительного прямого опыта. [...]. Править неизвестной лошадью, по мне, труднее, чем аэростатом. Немалую роль в моем решении играло также то соображение, что о нас, профессорах и вообще ученых, обыкновенно думают повсюду, что мы говорим, советуем, но практическим делом владеть не умеем, что и нам, как щедринским генералам, всегда нужен мужик, для того, чтобы делать дело, а иначе у нас все из рук валится. Мне хотелось демонстрировать, что это мнение, быть может, справедливое в каких-нибудь других отношениях, несправедливо в отношении к естествоиспытателям, которые свою жизнь проводят в лаборатории, на экскурсиях и вообще в исследованиях природы. [...]. Здесь же для этого представлялся отличный случай. Сверх всего этого, я должен признаться, меня соблазняла также мысль быть в первый раз на аэростате именно одному.
В полете он хладнокровен, все делает "по науке", а закончив все наблюдения, обнаруживает, что веревка, идущая от выпускного клапана, запуталась и не позволяет открыть его. Тогда Менделеев вылез из корзины, взобрался по строповке и распутал злополучную веревку.
Этому отважному полету посвящена его работа «Воздушный полет из Клина во время затмения».
Почетный диплом, выданный Д. И. Менделееву 24 октября 1887 года французской Академией воздухоплавательной метеорологии 'за мужество которое он проявил в своем полете 19 (7) августа 1887 года во время полного солнечного затмения'. - Кабинет Д. И. Менделеева, Ленинградский университет
На основании опыта, полученного в ходе этого полёта, Менделеев предложил для наполнения аэростатов газом применить особые подушки со сжатым водородом. 21 сентября 1887 года он написал военному министру генерал-адьютанту П.С. Банковскому письмо по этому поводу.
Ваше высокопревосходительство Петр Семенович!
При моем докладе о полете на военном аэростате вам угодно было предложить мне принять участие в аэростатической комиссии Военного ведомства. Мне не следовало принять это лестное предложение, потому что я увлекся бы делом, меня весьма интересующим, а мне теперь следует особо много заботиться об условиях моей скромной семейной жизни. Но я подумал над предметом и осмеливаюсь изложить свое мнение об одной, мне кажется, существенной подробности дела.
Для военных целей всего важнее требовать от аэростата малых размеров скорой готовности на данном месте и в данное время способности поднять двух пассажиров (аэронавта и офицера штаба) и возможности лететь долгое время. Для достижения этой совокупности настоятельно необходим возможно чистый, то есть легкий водородный газ, воздуха по возможности не содержащий. Аэростат в Клину не мог поднять нас двоих особенно потому, что водород был смешан с воздухом и был лишь в 4 раза легче воздуха, а не в 14 раз, как это должно быть. То же может случиться в военное время как при свободном, так и с привязным или управляемым аэростатом. Поэтому полезно испытать следующий способ наполнения аэростатов:
Водород следует добывать не там, где назначается лететь, а где либо в более удобном и прикрытом помещении, что даст возможность вести добывание понемногу и аккуратно, а это необходимо для чистоты и легкости газа. Добываемый водород следует вводить в особые плотные, легкие и гибкие подушки, подобные тем, какие применяются в лабораториях для хранения и переноски водорода и других газов. При этом: 1) Водород можно сохранять довольно долго, если снаружи подушки обмазать "леем с глицерином, как убедился я на опыте. 2) В подушках водород легко перевозить или переносить. Подушку с 2-мя куб. метрами газа легко понесут двое, а большой мешок с 25-ю куб. метрами водорода легко свезет одна лошадь. Но лучше иметь малые подушки, потому что в них можно газ сжимать, если оболочку сделать особо прочною. 3) На месте отлета подушки привинчивают к особому шлангу, кранты открываются и водород выдавливается в аэростат силою людей из многих мешков сразу. Чрез это наполнение станет быстрым и водород не будет иметь времени смешиваться с воздухом. Такой прием наполнения я имел случай обсуждать в 1879 год в Париже с покойным адмиралом Дюпюи-Де-Ломом, прославившимся своим управляемым аэростатом (1871 г.). Он считал, что успех вероятен, но опыт необходим. То же мнение имею и я. Если вам будет угодно, то в малом виде я организую опыты у себя в лаборатории, но необходимы средства, потому что придется перепробовать мешки различного устройства и различные способы наполнения из них аэростата.
На первое время достаточно пятисот рублей, а если тип мешков установится и придется испытывать наполнение особого пробного малого аэростата, то потребуется еще, вероятно, не менее двух тысяч рублей.
Что касается до приготовления водорода способами более дешевыми и удобными, чем ныне применяемые в военном ведомстве, то, если вам будет угодно, я особо рассмотрю этот предмет и произведу соответственные опытные исследования, которые, однако, опять потребуют особых расходов, непосильных для нашей лаборатории.
Живя подле лаборатории, я охотно готов содействовать успеху нашей военной аэронавтики; когда угодно, хоть для испытания чего либо, готов и полететь, с удовольствием поделюсь мнением и советом, только избавьте от комиссий.
Примите, ваше высокопревосходительство, уверение в совершенном почтении и готовности к услугам
профессора Д. Менделеева
Резолюция П. С. Банковского: "Главное инженерное управление Выдать 2500 р. профессору Д. И. Менделееву при письме от меня и просить его произвести опыты наполнения шара газом согласно его предложения.»
На отпущенные ему 2500 руб. Менделеев организовал в своей лаборатории опыты по наполнению аэростатов с помощью специальных баллонов для водорода, изучая также и возможность добывать водород более совершенными способами. Проведенное исследование позволило прийти к выводу о возможности сохранять водород с помощью "цилиндрических вместилищ для сжатого водорода" под давлением 100-120 ат.
В августе 1888 г. в Англии начали применять для хранения газа специальные стальные трубы Норденфельда. Главное инженерное управление по справке по этому вопросу писало:
"На воздухоплавательном полигоне на Волковом Поле имеются доставленные из Англии стальные трубы Норденфельда, служащие для хранения и перевозки водорода, сжатого до 120 ат, а потому было бы полезно с помощью параллельных опытов сравнить эти трубы с вместилищами, предложенными профессором Менделеевым для этой же цели, причем желательно, чтобы означенные опыты производились в присутствии председателя и членов Комиссии по применению воздухоплавания к военным целям".
Надо сказать, что предложенный Менделеевым способ сохранения водорода в баллонах под давлением 120-200 ат. широко принят современной техникой. Приоритет же Менделеева в этом открытии, несомненно, доказывают публикуемые документы.
Характерно, что Менделеева поддержал другой русский ученый - профессор Лачинов, который предложил для электролиза водорода батарею своей системы.
В случае осуществления предложений этих ученых Россия имела бы необходимые приборы для добывания и сохранения водорода. К сожалению, военное ведомство на сей раз обошло молчанием эти предложения.
Поддерживал Менделеев и основоположника космонавтики Константина Циолковского. Правда, первое их заочное знакомство закончилось курьёзом. В 1881 году Циолковский написал свою первую подлинно-научную работу «Теория газов». Рукопись была передана на рассмотрение в Русское физико-химическое общество Менделееву. Вскоре Циолковский получил ответ от Менделеева: кинетическая теория газов открыта 25 лет назад. Этот факт стал неприятным открытием для Циолковского.
В 1890 году он прислал описание разработанного им металлического аэростата Д. И. Менделееву, который передал их в VII отдел императорского Русского технического общества. В небольшой сопроводительной записке Менделеев отмечает талантливость автора рукописи. К сожалению, тогда материальной помощи в размере 300 рублей для продолжения опытов Циолковский не получил.
Замечательный патриот, Менделеев придавал особенное значение созданию воздушных кораблей как транспортного средства для Poссии с ее необъятной территорией. Он оставил нам завет овладеть воздушным океаном.
«У других стран, — писал Менделеев в своём труде «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании», — много берегов водного океана.
У России их мало сравнительно с ее пространствами, зато она владеет обширными против всех других (образованных) стран берегами свободного воздушного океана. Русским поэтому сподручнее овладеть сим последним, тем больше, что это бескровное завоевание составит эпоху, с которой начнется новейшая история образованности».
Источники:
1. Роль российских ученых в развитии воздухоплавания
2. Полеты в стратосферу в СССР в 1930-е гг. Часть 1
3. В.В. Данилевский. Русская техника
4. В. П. Московский. Твои крылья
5. Светлана Макарова. Александр Можайский – изобретатель самолёта
6. Д.И. Менделеев. Биография
7. Воздухоплавание и авиация в России до 1907 г. Сборник документов и материалов.
8. Воздушный полет из Клина во время затмения
Просмотров: 37480
statehistory.ru в ЖЖ:
