На каком газе летают дирижабли: гелий или водород

Дирижабли — это летательные аппараты легче воздуха, которые когда-то доминировали в небе, а сегодня переживают технологическое возрождение. Их способность парить в воздухе зависит от газа, которым наполняются оболочки. Но какой именно газ используется сегодня — гелий или водород? И почему выбор газа так важен для безопасности, эффективности и будущего дирижаблестроения? В этой статье мы подробно разберём историю, физику и современные тенденции, чтобы ответить на главный вопрос: на каком газе летают дирижабли?

В начале эры воздухоплавания, в XIX и начале XX века, основным газом, которым наполняли дирижабли, был водород. Почему? Потому что он был самым лёгким из известных газов — его молекулярная масса всего 2 г/моль, что обеспечивало максимальную подъёмную силу. Кроме того, водород можно было получать относительно дёшево и в больших количествах — например, путём реакции цинка с серной кислотой или электролиза воды.

Первые управляемые дирижабли, аппараты французского инженера Анри Жиффара (1852) и немецкого графа Фердинанда фон Цеппелина (начало 1900-х), использовали именно водород. Он позволял поднимать значительные грузы и развивать скорость, недоступную для воздушных шаров. Водородом заполняли дирижабли всех ведущих держав — Германии, Франции, Великобритании, США. Это был золотой век дирижаблей, но он оказался трагически коротким.

Водородный дирижабль был настоящим чудом техники своего времени — огромные металлические каркасы, обтянутые тканью, наполненные тысячами кубометров газа, могли пересекать Атлантику и перевозить десятки пассажиров. Но за подъёмной силой скрывалась опасность: водород легко воспламеняется.

Преимущества водорода как наполнителя очевидны: он легче воздуха почти в 14 раз, обеспечивает отличную подъёмную силу, дёшев в производстве и доступен. Водородный дирижабль мог нести больше груза, лететь дольше и требовал меньше топлива для поддержания высоты. Однако его главный недостаток — высокая воспламеняемость — перечёркивал все плюсы. Это сейчас мы имеем технологии контроля горения, а в те времена о них ещё не слышали.

История знает множество катастроф, связанных с возгоранием водорода. Самая известная — катастрофа дирижабля «Гинденбург» 6 мая 1937 года в Лейкхерсте, США. Огромный немецкий цеппелин, прибывший из Франкфурта, загорелся при посадке и сгорел за считанные минуты. Из 97 человек на борту погибли 36. Причина — искра (возможно, статическое электричество) воспламенила водород. Видео и фотографии катастрофы обошли весь мир и навсегда подорвали доверие к водородным дирижаблям.

До «Гинденбурга» были и другие трагедии: взрывы дирижаблей R101 в Великобритании (1930), USS «Шенандоа» в США (1925), LZ 4 в Германии (1908). Каждая из них заставляла инженеров искать альтернативы. Возгорание и взрыв водорода стали главной причиной отказа от его использования в гражданской авиации. Военные продолжали применять водородные дирижабли до конца Второй мировой войны, но после этого эра водорода в воздухоплавании закончилась.

Гелий — второй по лёгкости элемент после водорода, но, в отличие от него, абсолютно инертен. Он не горит, не взрывается, не вступает в химические реакции. Гелиевый дирижабль — это гарантия безопасности. Именно поэтому после катастрофы «Гинденбурга» все новые гражданские дирижабли начали заполнять гелием.

Первый дирижабль на гелии — американский USS «Шенандоа» — был построен ещё в 1923 году, но из-за дефицита гелия и его высокой стоимости использовался редко. Гелий добывали в основном в США, где находились крупнейшие месторождения природного газа с высоким содержанием гелия. В 1927 году Конгресс США даже запретил экспорт гелия, опасаясь, что его могут использовать для военных дирижаблей потенциальные противники.

Гелий уступает водороду примерно на 8% по подъёмной силе, но эта разница компенсируется безопасностью. Современные дирижабли — рекламные, туристические, научные — используют исключительно гелий. Например, знаменитые дирижабли Goodyear, которые можно увидеть над стадионами и городами, наполнены гелием. Они несут меньше груза, чем их водородные предшественники, зато абсолютно безопасны даже при авариях.

Кроме того, гелий не токсичен, не имеет запаха и цвета, не вызывает коррозии материалов оболочки. Единственный его минус — цена и ограниченность ресурсов. Гелий — невозобновляемый ресурс, его добыча сложна, а мировые запасы истощаются. Это стимулирует учёных искать альтернативы, но пока гелий остаётся золотым стандартом для дирижаблей.

Сегодня используемый газ дирижаблей — почти исключительно гелий. Технологии производства и хранения гелия значительно улучшились, появились системы рекуперации и повторного использования, что снижает стоимость эксплуатации. Какой инертный газ используют для заполнения дирижаблей? Только гелий — других подходящих по лёгкости и безопасности инертных газов просто нет. Неон, аргон, криптон — все они тяжелее воздуха и не подходят для создания подъёмной силы.

Чем заправляют современные дирижабли? Гелием высокой степени очистки (99,995% и выше), чтобы избежать примесей, которые могут повлиять на подъёмную силу или безопасность. Также используются многослойные оболочки из современных композитных материалов, которые минимизируют утечку гелия — в отличие от тканевых оболочек прошлого века.

В последние годы появились гибридные дирижабли — сочетающие аэростатическую подъёмную силу (от гелия) и аэродинамическую (от формы корпуса и двигателей). Они способны перевозить тяжёлые грузы в труднодоступные районы — например, Lockheed Martin разработала гибридный дирижабль LMH-1, предназначенный для грузоперевозок в Арктике и горных регионах.

Также ведутся исследования по созданию дирижаблей с системами улавливания и повторного использования гелия, что делает их более экологичными и экономичными. В будущем возможно появление дирижаблей на смеси гелия с другими газами или даже на тёплом воздухе — но пока это экспериментальные проекты.

Воздух для наполнения дирижабля не подходит — потому что он не легче самого себя. Чтобы летательный аппарат стал легче воздуха, его внутренний объём должен быть заполнен веществом с меньшей плотностью, чем окружающая атмосфера. Воздух состоит в основном из азота (78%) и кислорода (21%), его плотность при нормальных условиях — около 1,225 кг/м³. Ни один из компонентов воздуха не обеспечит подъёмную силу, если не нагрет. 

Однако есть исключение — дирижабли на тёплом воздухе, аналогичные воздушным шарам. Принцип прост: нагретый воздух расширяется, его плотность уменьшается, и аппарат становится легче окружающего холодного воздуха. Такие дирижабли существуют — например, проекты Thermal Airship или проект «Сантос-Дюмон» в Бразилии. Они безопасны, дёшевы в эксплуатации, не требуют дорогостоящих газов. Но у них есть серьёзные минусы:

Низкая подъёмная сила по сравнению с гелием или водородом;

Необходимость постоянного подогрева воздуха, что требует большого расхода топлива;

Сложность управления на больших высотах, где температура окружающего воздуха падает;

Ограниченная грузоподъёмность и дальность полёта.

Таким образом, воздух для наполнения дирижабля в чистом виде не используется. Только в нагретом состоянии — и то, как ниша для специфических задач: туризм, реклама, наблюдение на небольших высотах.

Так на каком газе летают дирижабли сегодня? Ответ однозначен — на гелии. Водород остался в прошлом из-за своей взрывоопасности, несмотря на превосходные подъёмные характеристики. Гелий — безопасный, инертный, надёжный — стал основным газом для всех современных дирижаблей. Воздух не может служить наполнителем без подогрева, а альтернативные технологии пока не вышли за рамки экспериментов.

Будущее дирижаблей — за гибридными системами, новыми материалами и, возможно, за синтетическим гелием или другими инновациями. Но пока что, если вы видите в небе дирижабль — можете быть уверены: внутри него гелий. Безопасность, надёжность и спокойствие — вот что сегодня важнее всего в воздухоплавании.

В создании таких безопасных, экономичных и экологичных дирижаблей вы можете участвовать. Как это сделать, рассказываем здесь.