До сих пор остается открытым вопрос, какого объема был большой аэростат Леппиха. Учитывая, что из Воронцово увезли груз на 130 подводах, из них 100 — с железом, его массу исчисляли в 500–1000 пудов (8–16 т), а объем — в 7000–13 000 м3. П. Д. Дузь, исходя из количества закупленной тафты (5000 аршин), учитывая небольшое удлинение оболочки летательного аппарата (около 3), считал, что его наибольший диаметр равнялся 16 м, а длина — 57 м. Объем цилиндра такого размера был равен 11 500 мз, но с учетом реальной формы оболочки (ее объем составлял примерно 0,7 от объема цилиндра), он оценивался в 8000 м3.{23}
Реконструкция «летучей машины» Леппиха, произведенная Л. М. Вяткином и отображенная в рисунке Н. Н. Рожнова («Техника — молодежи». 1997. № 2)
Однако не вполне понятно, из каких соображений выбраны эти параметры. Судя по единственному сохранившемуся чертежу управляемого аэростата Леппиха, удлинение оболочки было равно не 3, а примерно 2. К тому же отчетливо видно, что лодка-гондола, по свидетельству французов длиной около 60 стоп (около 20 м), тянется почти по всей длине оболочки. Таким образом, общая длина аэростата не могла существенно превышать 25 м, а наибольший диаметр — 12–15 м. При этих геометрических размерах объем оболочки можно оценить не более чем в 4000–5000 м3.
Управляемый аэростат Леппиха относился к так называемой полужесткой системе, оболочка рыбообразной формы изготовлялась из пропитанной особым лаком тафты, передняя часть — широкая, а задняя — узкая. Верхняя половина покрывалась сетью, прикрепленной к опоясывающему оболочку обручу. Конструктивным новшеством был жесткий киль в виде единого целого с гондолой, соединенный подкосами с обручем. По форме киль повторял нижнюю часть оболочки. В кормовой части оболочки к обручу был подвешен горизонтальный руль.
К жесткому каркасу оболочки по обеим ее сторонам шарнирно крепились крылья, взмахами которых и должен был, по замыслу Леппиха, двигаться в нужном направлении его аэростат. Они состояли из нескольких упругих стержней, так называемых «рессор» длиной примерно по 10,5 м, на каждой из них находилось несколько шарнирно закрепленных лопастей шириной до 2 м. Общая площадь лопасти была в пределах 13–15 м2. Эти лопасти работали как клапаны, на прямом ходе они опирались на рессору, а на обратном — отходили и пропускали сквозь себя воздух. Рессоры, по замыслу Леппиха, должны были компенсировать порывы ветра. Такие детали его проекта вместе с использованием жесткого киля и руля высоты свидетельствовали о определенных технических способностях немецкого изобретателя, хотя совершенно очевидно, что он не был знаком с идеями Меснье.[5]
По расчетам историка авиации Л. М. Вяткина, две команды по 16 гребцов на каждое весло могли бы развивать мощность 8,5–10 л. с., что явно недостаточно для движения против ветра, хотя в штиль скорость аэростата могла достигать 30 км/час. Однако момент сил при рывке недостаточно гибкие рессоры выдержать не могли. Сам Леппих писал, что машина хорошо двигалась вперед после нескольких движений крыльями, но вскоре рессоры лопнули, и он был вынужден прекратить опыты. Еще раньше Ростопчин утверждал, что рессоры ломались уже при первых ударах весел.
Думается, что неудача Леппиха затормозила развитие воздухоплавания в России, по крайней мере, на полтора десятилетия. Возможно, что под впечатлением от этих работ некоторое время все воздухоплаватели казались властям шарлатанами. После полета иностранца Тушеля в 1813 г. в Астрахани, собиравшего таким образом средства на восстановление Москвы, никаких документов о полетах на воздушных шарах до конца 1820-х годов не сохранилось, а некоторые попытки организовать полеты в Москве властями даже пресекались. Только 18 августа 1828 г. в Москве воздухоплавательница Ильинская совершила полет на тепловом воздушном шаре.
Хотя в начале XIX века в Москве попытка построить управляемый аэростат невиданных для того времени размеров оказалась неудачной, Леппих не ошибся в одном из своих прогнозов: в XX веке машины с крыльями стали действительно адскими, и впоследствии причинили «роду людскому еще больше зла, чем сам Наполеон…».[6]
Крылья Лилиенталя
Первым, кому удалось осуществить полеты на планере, был немецкий инженер и изобретатель Отто Лилиенталь. Прежде чем построить планер, Лилиенталь долго изучал законы полета птиц. Он заметил, что крыло птицы, в отличие от воздушного змея, имеет изогнутый профиль. С помощью опытов немецкий исследователь установил, что такое крыло создает большую подъемную силу, чем плоское. Результаты своих наблюдений он описал в книге «Полет птиц как основа искусства летать».{24}
Летом 1891 г. в холмистой местности к югу от Берлина Лилиенталь совершил первые полеты на сконструированном им планере. Это был легкий аппарат из ивы, бамбука и полотна, напоминавший по форме птицу. Планерист поднимался в воздух, разбегаясь против ветра с планером в руках вниз по склону холма. В полете он держался руками за крыло, управляя аппаратом наклонами нижней части тела вправо-влево или вперед-назад. Эти полеты Лилиенталя длились всего несколько секунд. Но постепенно росло его мастерство, совершенствовалась конструкция планеров. К середине 90-х годов дальность полета достигала уже 200–250 м.
Научные опыты Лилиенталя и особенно его полеты на планере вызывали всеобщий интерес. Среди тех, кого привлекли работы немецкого исследователя, были также ученые и изобретатели из России.
Правящие круги нашей страны в то время мало интересовались проблемами динамического полета, основные усилия направлялись на развитие аэростатов, поэтому деятельность приверженцев летательных аппаратов тяжелее воздуха не находила поддержки со стороны государства. Однако среди членов общественных организаций — Воздухоплавательного отдела Императорского Русского технического общества (ИРТО), основанного в Петербурге в 1880 г., и исследовательской группы при кабинете механики Московского университета, созданной в 1889 г. по инициативе профессора Н. Е. Жуковского, было немало сторонников птицеподобных машин.
О книге Лилиенталя «Полет птиц как основа искусства летать» в России узнали из сообщений Е. С. Федорова и Н. Е. Жуковского в 1890 г.
Евгений Степанович Федоров был членом воздухоплавательного отдела ИРТО, активным сторонником летательных аппаратов тяжелее воздуха. Он занимался изучением полета птиц, хорошо знал немецкий язык, и не удивительно, что книга Лилиенталя сразу же привлекла его внимание. В 1890 г. Федоров сделал доклад о работах немецкого исследователя на заседании воздухоплавательного отдела ИРТО, в том же году доклад был опубликован в трудах общества. Изложив содержание книги Лилиенталя, Федоров высоко оценил ее значение. Он писал: «Свою идею г. Лилиенталь развил так полно, так логично и последовательно, что труд его навсегда останется ценным памятником в истории техники воздухоплавания.
<…> Лишь следуя по тому пути, по которому шел Лилиенталь, мы придем к желаемому результату, и долго лелеемая человеком мечта носиться по воздуху наподобие птиц осуществится на деле».{25}
Федоров предложил повторить опыты Лилиенталя для подтверждения его вывода о том, что изогнутая поверхность развивает большую подъемную силу по сравнению с плоской. Эксперименты проводились в 1891–1892 гг. на средства ИРТО. Е. С. Федоров измерял силу, действующую на исследуемые поверхности в ветреную погоду, а другой член Общества, В. В. Кузнецов, определял подъемную силу поверхностей, установленных на тендере движущегося паровоза. Несовершенство измерительных приборов не позволило получить точные данные, но в целом опыты подтвердили аэродинамические преимущества изогнутых поверхностей.
Пропагандистом и популяризатором идей Лилиенталя среди энтузиастов авиации в Москве был выдающийся ученый-механик профессор Николай Егорович Жуковский. Он начал интересоваться проблемами полета в 80-е годы. По сведениям биографа ученого, его племянницы Е. А. Домбровской, еще в начале 80-х годов Жуковский экспериментировал с крыльями, сделанными из бамбуковых тростей, обтянутых материей. Привязав к себе крылья, он садился на велосипед и, съезжая под уклон, оценивал действие аэродинамических сил.{26} Однако всерьез Жуковский стал заниматься вопросами авиации после участия в Воздухоплавательном конгрессе в Париже в мае 1889 г. В этом же году ученый организовал опыты с летающими моделями в Московском университете и сделал свой первый доклад о проблемах полета.
Таким образом, время опубликования книги Лилиенталя «Полет птиц как основа искусства летать» совпали с началом систематических научных исследований Жуковского в области авиации. Известно, что ученый имел эту работу в своей библиотеке и часто пользовался ею. В начале 90-х годов в письме своему другу А. А. Микунину он писал: «…забыл у тебя очень нужную мне книжку Отто Лилиенталя; буду просить тебя послать мне ее по почте, так как я теперь пишу работу именно об этой книге — „Теория аэропланов на основании кривых Лилиенталя“».{27}
7 ноября 1890 г. Жуковский сделал доклад «Об исследованиях Лилиенталя о летании» на заседании Общества любителей естествознания при Московском университете. Это было первое из серии его сообщений о немецком пионере авиации.
Знакомство с трудами Лилиенталя было для Жуковского, вероятно, одним из стимулов заняться изучением полета птиц. В опубликованной в 1892 г. статье «О парении птиц» ученый дал подробный анализ законов движения птиц с неподвижно распростертыми крыльями при различных атмосферных условиях, математически доказал возможность выполнения «мертвой петли» в воздухе.