Кибальчич Николай Иванович - Проект воздухоплавательного прибора

Николай Иванович Кибальчич

( 1853 - 1881 гг.).

Проект воздухоплавательного прибора.

Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти, я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении.

Если же моя идея, после тщательного обсуждения учеными специалистами, будет признана исполнимой, то я буду счастлив тем, что окажу громадную услугу родине и человечеству. Я спокойно тогда встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мной, а будет существовать среди человечества, для которого я готов был пожертвовать своей жизнью. Поэтому я умоляю тех ученых, которые будут рассматривать мой проект, отнестись к нему как можно серьезнее и добросовестнее, и дать мне на него ответ как можно скорее.

Прежде всего считаю нужным заметить, что будучи на свободе, я не имел достаточно времени, чтобы разработать свой проект в подробностях и доказать его осуществление математическими вычислениями. В настоящее время, я, конечно, не имею возможности достать нужные для этого материалы. Следовательно, эта задача - подкрепление моего проекта математическими вычислениями - должна быть сделана теми экспертами, в руки которых попадет мой проект. Кроме того, я незнаком с той массой подобных же проектов, которая появилась за последнее время, т. е., вернее сказать, мне известны приблизительные идеи этих проектов, но неизвестны те формы, в каких изобретатели думают осуществить свои идеи. Но, насколько мне известно, моя идея еще не была предложена никем.

В своих мыслях о воздухоплавательной машине я, прежде всего, остановился на вопросе: какая сила должна быть употреблена, чтобы привести в движение такую машину. Рассуждая a priori ( до опыта), можно сказать, что сила пара здесь непригодна, я не помню точно, какой процент тепловой энергии, переданный пару нагреванием, утилизируется в виде работы, но знаю, что этот процент весьма невелик. Между тем, паровая машина громоздка сама по себе и требует многоугольного нагревания для приведения в действие. Поэтому я думаю, что какие бы приспособления ни были приделаны к паровой машине, - вроде крыльев, подъемных винтов и проч. - паровая машина не в состоянии поднять самое себя на воздух.

В электродвигателях гораздо большая доля переданной энергии утилизируется в виде работы, но для большого электродвигателя нужна опять-таки паровая машина. Положим, что паровая и электродвигательная машины могут быть установлены на земле, а гальванический ток может по проволокам, на подобие телеграфных, передаваться воздухоплавательному прибору, который, скользя, так сказать, особой металлической частью по проволокам, получает ту силу, которою можно привести в движение крылья или другие подобные приспособления снаряда. Не берусь утверждать, что подобное устройство летательного снаряда возможно, но если бы оно и было возможно, то, во всяком случае, оно было бы неудобно, дорого и не представляло бы никаких преимуществ перед движением по рельсам.

Многие изобретатели основывают движение воздухоплавательных снарядов на мускульной силе человека, как, например, доктор Аренд. Беря типом устройства своих проектируемых машин - птицу, они думают, что можно устроить такие приспособления, которые, будучи приведены в движение собственной силой воздухоплавателя, позволят ему подниматься и летать по воздуху. Я думаю, что если и возможно устроить такого типа летательное приспособление, что оно все-таки будет иметь характер игрушки и серьезного значения иметь не может.

Какая же сила применима к воздухоплаванию? Такой силой, по моему мнению, являются медленногорящие взрывчатые вещества.

В самом деле, при горении взрывчатых веществ образуется более или менее быстро большое количество газов, обладающих, в момент образования, громадной энергией. Я не помню в точности, какую работу, если выразить ее в килограммометрах, производит воспламенение 1 фунта пороха, но, если не ошибаюсь, 1 фунт пороху, будучи взорван в земле, может выбросить земляную глыбу, весящую 40 пудов. Словом, никакие другие вещества в природе не обладают способностью развивать в короткий промежуток времени столько энергии, как взрывчатые.

Но каким образом можно применить энергию газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ, к какой-либо продолжительной работе? Это возможно только под тем условием, если та громадная работа, которая образуется при горении взрывчатых веществ, будет образовываться не сразу, а в течение более или менее продолжительного промежутка времени. Если мы возьмем фунт зернистого пороха, вспыхивающего при зажигании мгновенно, спрессуем его под большим давлением в форму цилиндра, и затем зажжем один конец этого цилиндра, то увидим, что горение не сразу охватит цилиндр, а будет распространяться довольно медленно от одного конца к другому и с определенной скоростью. Скорость распространения горения в прессованном порохе определена из многочисленных опытов и составляет 4 линии в секунду.

На этом свойстве прессованного пороха основано устройство боевых ракет. Сущность этого устройства состоит в следующем. В жестяной цилиндр, закрытый с одного основания и открытый с другого, вставляется плотно цилиндр прессованного пороха, имеющий по оси пустоту в виде сквозного канала: горение прессованного пороха начинается с поверхности этого канала и распространяется в течение определенного промежутка времени к наружной поверхности прессованного пороха; образующиеся при горении пороха газы производят давление во все стороны, но боковые давления газов взаимно уравновешиваются, давление же на дно жестяной оболочки пороха, не уравновешенное противоположным давлением (так как в эту сторону газы имеют свободный выход), толкает ракету вперед по тому направлению, на котором она была установлена в станке до зажигания. Траектория полета ракеты составляет параболу, подобно траектории ядер, выпущенных из орудий.

Представим себе теперь, что мы имеем из листового железа цилиндр известных размеров, закрытый герметически со всех сторон и только в нижнем дне своем заключающий отверстие известной величины. Расположим по оси этого цилиндра кусок прессованного пороха цилиндрической же формы и зажжем его с одного из оснований ( черт. 1); при горении образуются газы, которые будут давить на всю внутреннюю поверхность металлического цилиндра, но давления на боковую поверхность цилиндра будут взаимно уравновешиваться, и только давление газов на закрытое дно цилиндра не будет уравновешено противоположным давлением, так как с противоположной стороны газы имеют свободный выход - через отверстие в дне.

Я в точности не знаю, нужно ли, для соблюдения условия медленности и правильности горения, заключить прессованный порох в плотно прилегающую к нему оболочку. Но если бы заключение в оболочку и было необходимо, то это все-таки не помешало бы употреблению прессованного пороха для устройства аппарата.

Если цилиндр поставлен закрытым дном кверху, то при известном давлении газов, величина которого зависит с одной стороны от внутренней емкости цилиндра, а с другой стороны - от толщины куска прессованного пороха, цилиндр должен подняться вверх.

Я не имею под руками данных, которые позволили бы хотя приблизительно определить, какое количество прессованного пороха должно сгореть в единицу времени для того, чтобы при данных известных размерах цилиндра и известной величине его тяжести, образующиеся при горении пороха газы могли бы оказать на дно цилиндра такое давление, которое уравновесило бы силу тяжести цилиндра. Но я думаю, что на практике такая задача вполне разрешима, т. е., что при данных размерах и весе цилиндра можно, употребляя цилиндрические куски прессованного пороха известной толщины, достигнуть того, что давление газов на дно будет уравновешивать тяжесть цилиндра. Реальным подтверждением этого могут служить ракеты. В настоящее время изготовляются такие ракеты, которые могут поднять до пяти пудов разрывного снаряда. Правда, пример ракеты не совсем подходит сюда, так как ракеты отличаются такой громадной быстротой полета, которая немыслима для воздухоплавательного прибора, но эта быстрота происходит от того, что в ракете помещают значительные количества прессованного пороха и, притом, поверхность горения его велика. Если же требуется гораздо меньшая быстрота полета вверх, то и количество пороха, сгорающее в единицу времени, должно быть гораздо меньше.

Итак, вот схематическое описание моего прибора:

В цилиндре А, имеющем в нижнем дне отверстие С, устанавливается по оси, ближе к верхнему дну, пороховая свечка К (так буду я называть цилиндрики из прессованного пороха). Цилиндр А, посредством стоек NN, прикреплен к средней части платформы Р, на которой должен стоять воздухоплаватель. Для зажигания пороховой свечки, а также для устанавливания новой свечки на место сгоревшей (притом, конечно, не должно быть перерыва в горении) должны быть придуманы особые автоматические механизмы. Так, для установления пороховых свечей, по мере их сгорания, самым подходящим автоматическим приспособлением было бы приспособление, приводимое в движение часовым механизмом вследствие правильности сгорания пороховых свечей. Но я не коснусь здесь этих приспособлений, так как все это легко может быть разрешено современной техникой.

Представим теперь, что свечка К зажжена. Через очень короткий промежуток времени цилиндр А наполняется горячими газами, часть которых давит на верхнее дно цилиндра, и если это давление превосходит вес цилиндра, платформы и воздухоплавателя, то прибор должен подняться вверх. Заметим, кстати, что в поднимании прибора вверх будет участвовать не одна только сила давления пороховых газов: горячие газы, наполняющие цилиндр А, имеют меньший удельный вес, чем вес вытесненного ими воздуха, поэтому, на основании аэростатического закона, прибор должен сделаться легче на разницу в весе воздуха, наполнявшего цилиндр А, и весе пороховых газов в нем. Следовательно, здесь встречается также и то выгодное обстоятельство, которое в аэростате составляет причину поднятия. Давлением газов прибор может подняться очень высоко, если величина давления газов на верхнее дно будет во все время поднятия превышать тяжесть прибора. Если же желают остановиться на известной высоте, в неподвижном состоянии, то для этого нужно вставить менее толстые пороховые свечи, так, чтобы давление образующихся газов как раз уравновешивало бы тяжесть прибора.

Таким путем воздухоплавательный прибор может быть поставлен по отношению к воздушной среде - в таком же положении, как неподвижно стоящее судно - по отношению к воде. Каким же образом можно двинуть теперь наш аппарат в желаемом направлении. Для этого можно предложить два способа:

Можно употребить второй, подобный же цилиндр, установленный только горизонтально и с обращенным не вниз, а в сторону отверстием в дне. Если в такой цилиндр вставить подобное же приспособление с пороховыми свечками и зажечь свечку, то газы, ударяясь в дно цилиндра, заставят лететь прибор по тому направлению, куда обращено дно. Для того же, чтобы горизонтальный цилиндр можно было установить в каком угодно направлении, он должен иметь движение в горизонтальной плоскости. Для определения направления может служить компас точно так же, как и для плавания на воде.

Но мне кажется, что можно ограничиться и одним цилиндром, если установить его таким образом, чтобы он мог быть наклоняем в вертикальной плоскости, а теперь мог бы иметь конусообразное вращение. Наклонением цилиндра достигается вместе и поддерживание аппарата в воздухе, и движение в горизонтальном направлении. Так положим, что сила давления газов на дно цилиндра выражается графически через Р; разложим эту силу на составляющие Q и R. ( Черт. 2).

Если сила Q как раз равняется тяжести прибора, то он будет лететь в горизонтальной плоскости, движимой силой R. Следовательно, цилиндр должен быть наклонен настолько, чтобы летание происходило в горизонтальной плоскости. Для того же, чтобы летание происходило в определенном направлении, нужно конусообразным поворачиванием цилиндра установить ось его в этом направлении. Но при двух цилиндрах достигается, мне кажется, большая правильность полета и большая устойчивость аппарата. Действительно, при двух цилиндрах колебания всего аппарата меньше отклоняют аппарат от желаемого направления, чем при одном. Кроме того, при одном цилиндре труднее достигнуть такой скорости, как при двух.

Что же касается вообще до устойчивости, то, мне кажется, она будет достаточна, в виду того, что цилиндры расположены выше тяжелых частей аппарата и при том таким образом, что центр тяжести, по крайней мере, одного из них, напр., верхнего, находится на одной отвесной линии с центром тяжести аппарата. Впрочем, для устойчивости могут быть придуманы какие-нибудь регуляторы движения в виде крыльев и т. п. Для того, чтобы аппарат опустился на землю, нужно вставлять пороховые свечки постепенно все меньшего диаметра, и тогда аппарат также будет постепенно опускаться.

В заключение замечу, что, по моему мнению, не один прессованный порох может служить для этой цели. Существует много медленно горящих взрывчатых веществ, в состав которых входит тоже селитра, сера и уголь, как и в порох, но только в другой пропорции или с примесью еще других веществ. Может быть, какой-нибудь из этих составов окажется еще удобнее прессованного пороха.

Верна или не верна моя идея - может решить окончательно лишь опыт. Из опыта же можно лишь определить необходимые соотношения между размерами цилиндра, толщиной пороховых свечей и весом поднимаемого аппарата. Первоначальные опыты могут быть удобно произведены с небольшими цилиндриками даже в комнате.

23 марта 1881 года.

Николай Кибальчич.

1881 г.

Резолюция директора департамента полиции барона И. О. Велио: " Приобщить к делу 1 марта. Давать это на рассмотрение ученых теперь едва ли будет своевременно и может вызвать только неуместные толки".

Кибальчич Н. И., Циолковский К. Э., Цандер Ф. А., Кондратюк А. И., Королёв ( Сергеев) С. П. " Пионеры ракетной техники", Избранные труды. М., " Наука", 1964 г. С. 15 - 20.