Zawracanie kijem rzeki technicznego postępu

Sterowiec. Znów się pojawił, choć jeszcze nie na niebie, przelatując z umiarkowaną prędkością przez nagłówki stron dla miłośników lotnictwa. Można by powiedzieć, że tych ostatnich wiadomość o nowym zeppelinie zelektryzowała, ale nie ma co się naśmiewać z zastosowanego napędu.

Mowa o sterowcu Pathfinder 1, skonstruowanym przez kalifornijski start-up LTA Research (Lighter than Air), finansowany przez multimiliardera Sergeya Brina, współzałożyciela Google. Sterowiec rozpoczął niedawno pierwsze, jeszcze dość nieśmiałe loty testowe. Nie jest to co prawda jedyna w ostatnich latach próba reanimacji tej zarzuconej koncepcji, ale Pathfinder 1 to nie jakiś tam sterowiec miękki czy półsztywny, lecz w prostej linii potomek słynnego Hindenburga – który w tak widowiskowy sposób spłonął w Lakehurst w 1937 r.

Pathfinder 1 ma odpowiednią wielkość – 124 m długości. Dwanaście elektrycznych silników ma zapewnić mu prędkość 120 km/h, a siłę nośną 13 zbiorników wypełnionych helem (udźwig obliczono na 4 tony ładunku). Szkielet wykonano z 3 tys. tytanowych złączy spinających 10 tys. rur z włókna węglowego. Co prawda do Hindenburga brakuje mu kolejnych 120 metrów długości, ale spokojnie – jeśli Pathfinder 1 okaże się lotny, to jego następca ma być jeszcze większy.

Po co to wszystko? Żeby zmniejszyć szkodliwy wpływ lotnictwa na środowisko i zbudować maszynę zdolną dostarczać pomoc humanitarną ofiarom katastrof. Idea szlachetna, ale czy zadziała? Cóż – pewne wątpliwości można uzasadnić, przyglądając się historii sterowców.

Didaskalia do jednostek napędowych

W epoce pionierów lotnictwa tzw. aparaty latające dzielono zasadniczo na cięższe i lżejsze od powietrza. Zbudowanie tych pierwszych wymagało dwóch rzeczy: wiedzy o aerodynamice ze szczególnym uwzględnieniem mechaniki lotu i, przede wszystkim, wystarczająco mocnego i jednocześnie lekkiego napędu, który zdołałby ów aparat latający w ogóle oderwać od ziemi. Bo, tak na marginesie, lotnictwo to silniki i wszystko od nich tu zależy. Reszta, czyli smukłe kształty brytyjskiego Spitfire'a czy masywna uroda amerykańskiego Thunderbolta to tylko didaskalia do jednostek napędowych.

Teorii dostarczył już w pierwszej połowie XIX w. brytyjski fizyk George Cayley, który wraz ze stworzoną przez siebie zasadą, że aparat latający powinien mieć nieruchome skrzydło (i osobny system napędowy), początkowo został zignorowany. Zalecenia te można było zignorować, budując aparat lżejszy od powietrza. Aerostat, początkowo pod postacią papierowego balonu na ogrzane powietrze jest pomysłem tak prymitywnym, że aż trudno uwierzyć, że wpadnięto na tę myśl dopiero pod koniec XVIII w. Balon, co prawda, unosił się w powietrze, ale do latania się nie nadawał, bo można było nim sterować jedynie w pionie. Pionierzy baloniarstwa zauważyli jednak, że wiatr na różnych wysokościach wieje w różnych kierunkach, i ten właśnie fenomen wykorzystywali do, nazwijmy to tak na wyrost, sterowania aerostatem.

Ponieważ jest jasne, że sterowanie wymaga prędkości, próbowano jakoś aerostat napędzać, najczęściej wiosłami i śrubami wykorzystującymi siłę ludzkich mięśni, z oczywistym brakiem efektu. Zanotowano pewien postęp, zastępując ogrzane powietrze wodorem, zmieniając kształt czaszy na przypominający wrzeciono, wzmocniono samą konstrukcję, dodając siatkę i zawory do upuszczania gazu, montując wreszcie nieco lżejsze i wydajniejsze silniki parowe i kil pod podłużną czaszą. Pierwszy sterowany (czyli mogący skręcać w prawo lub lewo) aerostat zbudował Francuz Henri Giffard w 1852 r. – i w zasadzie dopiero od tego momentu możemy używać polskiego słowa „sterowiec”, kalki francuskiego dirigeable, lepiej oddającej istotę rzeczy niż niemiecki luftschiff.

Ale nawet zastosowanie silnika spalinowego nie rozwiązywało podstawowego problemu – jakiejkolwiek użyteczności sterowca, który nie potrafił unieść w powietrze niczego poza sobą samym.

Najwyższa forma budowy aerostatu

Na genialne w swej prostocie rozwiązanie mógł wpaść tylko emerytowany niemiecki generał. Hrabia von Zeppelin, bo o nim tu mowa, postanowił zwiększyć nośność sterowca, zwiększając sam sterowiec – do długości ponad 100 metrów. I nie było to jego ostatnie słowo. Rzecz jasna, przy tych rozmiarach nie mógł być to już ciśnieniowy balon – w zakładach Zeppelina skonstruowano przestrzenną, sztywną ramę z aluminium, której wnętrze wypełniało 17 zbiorników z wodorem.

Tak właśnie powstał bohater tej opowieści – majestatyczny, latający wieloryb, od ponad wieku działający z niezwykłą siłą na wyobraźnię niemal każdego, kto zobaczy go na niebie. Ale żeby aż tak majestatycznie nie było, dodajmy pewną ciekawostkę: gaz ten bardzo lubi się ulatniać. Pokrywanie gumą zbiorników unoszących sterowiec niewiele dało (poza wzrostem masy), ktoś wpadł więc na pomysł, by wykorzystać do tego... krowie jelita. Zadziałało, ale jeden wielki sterowiec z okresu I wojny światowej wymagał ponoć jelit od aż 250 tys. zwierząt, co z kolei spowodowało problemy z produkcją wurstów. Wracając do pierwszego zeppelina – miał on pod kadłubem dwie aluminiowe gondole z silnikami Daimlera, generującymi zastraszającą moc 14 KM (1 KM z 25 kg silnika). By usprawnić sterowanie w płaszczyźnie pionowej, pomiędzy gondolami zawieszono 300 kilogramowy odważnik, którego przeciąganie w przód lub tył miało powodować opadanie lub wznoszenie latającej machiny.

Jakkolwiek irracjonalnie by to wszystko nie brzmiało, Zeppelin odniósł sukces – sterowiec sztywny stał się standardem i najwyższą formą budowy aerostatu. Kilka lat udanej działalności na rynku cywilnym przekonało kajzerowskie armie i flotę do zakupu tych statków powietrznych. Po wybuchy wielkiej wojny zeppeliny przez pewnie czas siały grozę, rzucając bomby na uśpiony Londyn, ale ostatecznie okazały się skrajnie nieefektywne i najbardziej groźnie dla własnych załóg. Te cztery lata to również okres najbardziej dynamicznego rozwoju tego prawdziwego, skrzydlatego lotnictwa. Pojawił się w tym czasie klasyczny samolot myśliwski, silniki zwiększyły moc ze (średnio) 80 do 200 KM, wynaleziono skrzydło o grubym profilu, do produkcji weszły pierwsze maszyny całkowicie metalowe, a w roli „baby killera” zeppelina zastąpił regulaminowy, czterosilnikowy bombowiec.

Aerodynamiczny koszmar balonu

Wydawało się więc, że po wielkiej wojnie sterowiec zniknie z nieba, jako już niepotrzebny nikomu substytut. Ale okazało się, że samolotom brakuje jednej cechy, której sterowiec ma aż w nadmiarze – majestatu. Gdyż nie przypadkiem wielki aerostat to luftschiff czy airship, bo nigdy w powietrze nie wzniosła się machina bardziej, choć tylko z bardzo daleka, przypominająca podniebny pancernik. Siła hipnozy okazała się potężniejsza niż zdrowy rozsądek, a że powojenne Niemcy w ramach reparacji mogły aliantom zaproponować swoje zeppeliny, interes kręcił się nadal. Trzeba tu jednak przyznać, że wielkie aerostaty wciąż jeszcze miały nad aparatami cięższymi od powietrza przewagę w wysokości i, przede wszystkim, długości lotu.

Ale tych kilkanaście lat pomiędzy końcem wielkiej wojny a pożarem Hindenburga to jednak ciągłe pasmo tragicznych katastrof i, wbrew temu, co mogłoby się wydawać, nie wybuchowe właściwości wodoru stanowiły największy problem. Z siedmiu rozbitych wielkich sterowców sztywnych sześć zniszczyła pogoda – burza, wiatr, gwałtowna zmiana ciśnienia powietrza lub... deszcz.

Bo sterowiec ze swoi wielkim balonem był aerodynamicznym koszmarem. Nie umiał przeciwstawić się silnemu wiatrowi, gwałtowne podmuchy potrafiły połamać wewnętrzną strukturę aerostatu, nasiąkanie powłoki wodą sprawiało, że sterowiec tracił swoją powietrzną wyporność. No i największe zagrożenie, czyli nagła zmiana wysokości, w trakcie której dochodziło do gwałtownego sprężania lub rozprężania gazu. Ten ostatni efekt próbowano kompensować z pomocą automatycznych zaworów, ale jeśli oficer dowodzący amerykańskim sterowcem kazał owe zawory zdemontować, żeby nie ulatniał się drogocenny hel…

Słupy ogłoszeniowe nazistowskich idei

No właśnie, hel. Gaz szlachetny, lżejszy od powietrza, tak rzadki na Ziemi, że odkryli go dopiero w XIX w. astronomowie, badający widmo korony słonecznej. Pozyskuje się go z nielicznych złóż gazu ziemnego (na marginesie – Polska jest jednym z sześciu producentów na świecie) i uważa się, że naturalne zasoby helu, niezbędnego między innymi w medycynie i przemyśle kosmicznym, przy chłodzeniu nadprzewodników i nowoczesny reaktorów jądrowych, nie starczą na długo.

Ponieważ w przeciwieństwie do wodoru hel się nie pali, uznany został w USA za surowiec strategiczny i objęty zakazem eksportu – dlatego właśnie wielkie sterowce Hindenburg i Graf Zeppelin, choć władze niemieckie chciały dla nich hel kupić, ostatecznie zostały napełnione wodorem. W odróżnieniu od nich trzy wielkie amerykańskie sterowce unosił w powietrze bezpieczny hel. I wszystkie trzy (Shenandoah, Akron i Macon) uległy spektakularnym i tragicznym w skutkach katastrofom.

Wbrew pozorom płonący Hindenburg wcale nie zakończył epoki wielkich aerostatów, lecz tylko ten koniec przyśpieszył. Wszystkie pozostałe sterowcowe potęgi, czyli USA, Wielka Brytania, Francja, Włochy i ZSRR już wcześniej porzuciły tę ideę, słusznie stawiając na rozwój szybkiego i wytrzymałego metalowego samolotu z chowanym podwoziem. Zeppelinów trzymały się już tylko hitlerowskie Niemcy, wykorzystując je jako latające słupy ogłoszeniowe nazistowskich idei (swoją drogą po Lakehurst neopoganie z NSDAP powinni chyba lepiej zrozumieć symboliczne znaczenie wielkiej, spadającej w płomieniach swastyki).

Statki powietrzne napędzane nostalgią

Po kolejnej wojnie dzięki silnikom odrzutowym samoloty tak się rozpędziły, że wysłały na śmietnik historii nawet wspaniałe transatlantyki. Podróżujemy dziś odrzutowcami ze średnią prędkością 800 km/h, na niewyobrażalnych wcześniej dystansach, a transportowa odmiana słynnego Boeinga 747 może przenosić na pokładzie ładunek o masie 140 ton, czyli czternaście razy więcej niż Hindenburg.

A jednak pomysł, by przywrócić do życia wielki sterowiec, wciąż powraca. W latach 70. Howard Hughes, który w swoim czasie skonstruował największy na świecie samolot transportowy, zaangażował się w prace nad stworzeniem hybrydowego sterowca o roboczej nazwie Megalifter (w tym przypadku słowo hybrydowy oznacza, że siła nośna pochodzi zarówno ze zbiorników z gazem, jak i z powierzchni skrzydeł i kadłuba), o długości 200 i rozpiętości 115 metrów, nośności ponad 216 ton, napędzanego czterema silnikami odrzutowymi. Przewidywano nawet, że Megalifter będzie mógł służyć jako nosiciel wyrzutni pocisków międzykontynentalnych, ale prace zarzucono po śmierci Hughesa.

Inny sterowiec hybrydowy, Airlander 10, którego prototyp już od dekady lata nad amerykańskimi polami (producentem jest firma z Wielkiej Brytanii, ale Airlander został zamówiony przez amerykańską armię, która jednak zmieniła zdanie). Maszyna zdobyła dużą popularność, głównie dzięki nieortodoksyjnemu kształtowi kadłuba, bo w zasadzie już oficjalnie nazywana jest „latającym tyłkiem”.

Wypadek przy lądowaniu nie przerwał prac i podobno w 2026 r. powiększony Airlander ma wejść do produkcji. Przewiezie 14 ton ładunku z prędkością 50 km/h, więc niewiele, ale za to wolno. No i ten Pathfinder 1, ze swoimi pięknymi, klasycznymi kształtami, to po prostu latające Art déco. Oba mają w założeniach zmniejszyć koszty środowiskowe transportu lotniczego, ale wpłyną na nie dokładnie w takim samym stopniu, jak żaglówki kręcące się w okolicach Saint-Tropez na ekologiczne aspekty transportu morskiego.

Ot, zawracanie kijem rzeki technicznego postępu i rozwiązywanie za miliony dolarów problemu, jak wyprowadzić z 200-metrowego hangaru wielki aerostat, kiedy wiatr wieje akurat z boku. Bo te „nowoczesne”, wypełnione elektroniką i helem sterowce, są napędzane nie silnikami elektrycznymi, ale nostalgią. Pytanie, na jak długo wystarczy tego ulotnego paliwa.