Aerial Steam Carriage (или просто «Ариэль» для краткости) предполагалось делать из бамбука и пустотелой древесины и крепить проволокой. Приводить его в действие должен был максимально облегченный паровой двигатель с двумя шестилопастными пропеллерами. Назвать проект Хенсона пророческим — значит ничего не сказать. В нем не было практически ни одной детали, которая не была бы позже использована в реальных самолетах. Проблема была только одна: он не мог летать.
Хенсон построил масштабную модель, которая ухитрилась соскочить с направляющего провода. Более крупная модель с шестиметровым размахом крыльев не смогла оторваться от земли.
Вечная и главная проблема всех летательных аппаратов тяжелее воздуха заключается в том, чтобы обеспечить достаточно мощности достаточно легкому аппарату. «Ариэль» так и не смог подняться в воздух, потому что чем больше мощности добавлял Хенсон, тем тяжелее становился аэроплан. А других двигателей, кроме парового, в распоряжении Хенсона не было!
Как ни удивительно, но с годами паровые прототипы летательных аппаратов почти научились летать. В 1877 г. в парке Милана паровой вертолет Энрико Форланини поднялся на высоту тринадцати метров и провисел там двадцать секунд. Эта машина с обтянутыми тканью и вращающимися в противоположных направлениях лопастями была удивительно легкой и элегантной. Изобретение Клемента Адера 1890 г. представляло собой своего рода механическую летучую мышь, приводимую в движение четырехцилиндровым паровым двигателем и четырехлопастным тянущим винтом. Во время своего 45-метрового перелета машина поднялась над поверхностью земли на целых двадцать сантиметров. Не смейтесь: Адер (кстати говоря, изобретатель стереофонического радио) продолжал свои опыты и, как я уже упоминал, сумел подняться в воздух на аппарате тяжелее воздуха на полных тринадцать лет раньше братьев Райт. Его машина выглядела как концептуальный набросок к фильму про Бэтмена (хотя надо отметить, что если достижения Адера и были прочно забыты потомками, то произошло это, возможно, потому, что каждая его публичная демонстрация заканчивалась аварией).
«Летучая мышь» Клемента Адера работала на паровом двигателе. Она почти взлетела
К тому моменту, когда Орвилл и Уилбур Райты всерьез заинтересовались авиацией, стало ясно, что невозможно покорить небо за счет одной лишь мощности двигателя. Необходимо правильное крыло.
Орвилл и Уилбур владели сетью велосипедных магазинчиков в Дейтоне (штат Огайо). Они не увлекались азартными играми, не пили и не курили, да и к женщинам не испытывали особого интереса. Они не искали новых впечатлений и не нуждались в развлечениях. Они были вдвоем. «С самого детства, — написал Уилбур в 1912 г. — мы с братом Орвиллом жили вместе, вместе играли, вместе работали и, более того, думали вместе. Всеми игрушками мы обычно владели сообща, всегда обсуждали друг с другом свои мысли и стремления, так что почти все, что происходило в нашей жизни, было результатом разговоров, предположений и дискуссий между нами».
Идея полета овладела братьями в тот самый миг, когда отец привез им из деловой поездки игрушечный вертолетик. Эта игрушка, сделанная из пробки, бамбука и бумаги, взлетала при помощи резиновых лент и способна была подниматься в воздух на пятнадцать метров. Это был шикарный подарок, ведь обычно мать сама делала для братьев игрушки. Сьюзен, дочери каретного мастера, ничего не стоило смастерить что-нибудь несложное по хозяйству. Ее пример послужил прекрасной питательной почвой, на которой выросла и расцвела любовь мальчиков к механике.
Вообще, в увлечении молодых Райтов полетами не было ничего необычного или эксцентричного. Напротив, они выросли в то время, когда умы людей были охвачены новыми инженерными идеями, поиском новых материалов и возможностей для полета человека. Если сегодняшние молодые инженеры предпочитают скалолазание или серфинг, то любовь братьев к новым технологиям закономерно привела их в новейший технический спорт того времени: велосипедный спорт. Велосипеды преобразили жизнь маленьких городков Америки. Орвилл и Уилбур любили свою работу и имели огромный успех: останься они в велосипедном бизнесе, сегодня в истории велосипеда о них было бы написано больше, нежели одно короткое примечание. Но этого не произошло: однажды они наткнулись на некролог.
«Мой собственный активный интерес к проблемам аэронавтики, — вспоминал Уилбур в 1901 г., — берет начало от гибели Лилиенталя в 1896 г.». Он наткнулся на газетное сообщение о смерти пионера планерного дела Отто Лилиенталя случайно, читая газету брату Орвиллу, который в то время слег и опасно заболел брюшным тифом.
Из всех, кто в XIX в. занимался проблемой полета, Лилиенталь, возможно, сделал больше всех и оставил самый заметный след в истории. С самого детства будущего инженера завораживал полет птиц; в более зрелом возрасте этот интерес вылился в книгу по аэронавтике — не исключено, что самую влиятельную из всех когда-либо опубликованных: «Полет птиц как основа искусства летать». В книге Лилиенталя, опубликованной в 1889 г., содержится громадный объем оригинальных данных об эффективности крыльев различных видов. Хотя саму эту книгу долгие годы не переводили на английский язык, ее таблицами и цифрами обменивались между собой в письмах пионеры авиации по всему миру. Кроме того, Лилиенталь был изобретателем-практиком. За шесть лет он совершил около 2000 полетов на шестнадцати типах планеров, взлетая с различных мест, в том числе с искусственной горы, которую сам построил недалеко от Берлина. Его планеры, сконструированные на основании изучения полета птиц — особенно аистов, — представляли собой вполне узнаваемые прототипы современных дельтапланов, но с одной жизненно важной (или, может быть, лучше сказать смертельно опасной) особенностью: вместо того чтобы подвесить себя под планером за пояс, Лилиенталь таскал свои планеры на плечах. Если планер задирал нос вверх, он выбрасывал ноги вперед. Если планер поднимал правое крыло, он смещал свой вес вправо. Кажется ненадежным; так оно и было. 9 августа 1896 г. Лилиенталь упал с высоты семнадцати метров и сломал позвоночник. Он оставался в сознании достаточно долго, чтобы сказать ошеломленным спасателям, что «без жертв не обойтись», и умер на следующий день.
Полет птиц вдохновил Отто Лилиенталя на создание планеров
Вскоре после этой печальной новости браться Райт наткнулись еще на один некролог. На этот раз газета сообщала о гибели шотландца Перси Пилчера, самого известного из британских пионеров планерного дела. Он был последователем Отто Лилиенталя и обладателем мирового рекорда: он пролетел на своем планере, похожем на хищную птицу, 240 м на территории поместья Стэнфорд-Хилл в Лестершире (Англия). Роковым для него стал полет на экспериментальном триплане перед потенциальными спонсорами. Во время полета у планера сломался хвост, Пилчер рухнул с девяти метровой высоты и разбился насмерть. Газеты, сообщая о его гибели, писали, что дни настоящих самолетов с моторами, которые теперь уже несомненно должны появиться, вновь откладываются.
Братья, читая между строками этих печальных сообщений, пришли к неожиданной мысли. Сначала Отто Лилиенталь; теперь Перси Пилчер. Оба погибли в результате практически одинаковых несчастных случаев. Неужели эти великие люди не учли чего-то принципиально важного в природе полета? У Райтов не было высшего образования, но выросли они в доме, где книг и журналов было больше, чем уюта и бытового комфорта. Молодые люди — если чего-то не знали — были достаточно уверены в себе, чтобы постараться это выяснить. Они оказались блестящими и неутомимыми исследователями.
В мае 1899 г. Уилбур написал в Смитсоновский институт с просьбой прислать ему список технических книг по авиации; он уверял адресата, что автор письма «энтузиаст, но не чудак». В ответ он получил целый ящик журналов и газет, собранных Ричардом Рэтбоном, ученым секретарем института. Среди газет были и статьи американского инженера Октава Шанюта, который позже стал горячим сторонником работы братьев.
Прочитав присланные материалы, братья решили, что знают, что погубило Лилиенталя и Пилчера. Оба изобретателя разрабатывали планеры, которые должны были по определению летать стабильно. Вследствие этого ни один из них не предусмотрел на своем аппарате какой-либо системы реального управления полетом.
Райты понимали, что такой подход неверен, потому что хорошо разбирались в велосипедах. Они знали, что чем быстрее едешь на велосипеде, тем более стабильным становится его движение, но стоит остановиться, и сразу же упадешь. Велосипеды неустойчивы, но в движении они очень чутко отзываются на малейшие движения седока. Прорыв Райтов заключался в том, что их аэроплан, подобно велосипеду, не должен был сохранять стабильность в полете сам по себе; он должен был чутко отзываться на движения пилота.
Подобно Отто Лилиенталю и множеству других первопроходцев до них, братья часами наблюдали за полетом птиц. Один из выводов, сделанных ими в результате этих наблюдений, оказался поистине ключом к успеху. Они обратили внимание на то, как птица канюк справляется с неожиданно налетевшим порывом ветра, изгибая кончики крыльев. Чтобы сохранить устойчивость в полете, птица поднимала кончик одного крыла и опускала кончик второго. Легенда гласит, что однажды в июле 1899 г. Уилбур вертел в руках пустую коробку из-под велосипедных камер и вдруг заметил: если немного повернуть края картонки, один из углов поднимается вверх, а другой опускается. Представив картонку летящей в потоке воздуха, Уилбур понял, что таким образом можно наклонять ее в полете, в точности как это делает канюк. Перед его мысленным взором была уже не коробка, а крыло; а в руках он держал первую в мире управляющую плоскость аэроплана!
Этот момент нуждается в некотором разъяснении, как это обычно и бывает с моментами прозрения. Для начала мне, пожалуй, стоит объяснить, как работает крыло в горизонтальном полете, каким образом оно удерживает тело — будь то самолет или птица — в воздухе.
Надуйте и плотно завяжите воздушный шарик. А теперь попробуйте сжать его. Воздух внутри сопротивляется вашим усилиям. Чем больше вы сжимаете шарик, тем сильнее его приходится сжимать. Дело в том, что вы повышаете давление воздуха внутри шарика. До сих пор все очевидно — и вам даже простительно думать, что при подобном сжатии жидкости давление всегда увеличивается. Но из этого правила есть одно очень серьезное исключение, которое описал в 1738 г. голландский математик Даниил Бернулли, и именно благодаря этому исключению птицы — и самолеты — умудряются держаться в воздухе.
Исключение Бернулли имеет отношение к текучей среде, и проще всего продемонстрировать его не на воздухе, а на воде. (Поясним: хотя вода намного плотнее воздуха, и то и другое — текучие среды: и воздух, и вода подчиняются одним и тем же физическим законам.) Итак, включите на даче воду и возьмите шланг для полива. Теперь выберите место на шланге и начинайте потихоньку сжимать. На этот раз: чем сильнее сдавлен шланг, тем проще сжимать его дальше!
Вот что здесь происходит. Нечто — в данном случае насос, поддерживающий давление в вашем шланге, — придает воде энергию, необходимую для прохода через шланг. Часть этой энергии тратится на движение вперед, а часть толкает воду на стенки шланга и создает давление. (Если проткнуть шланг, вода начнет фонтанировать через отверстие.) Расход воды постоянен: в любом месте шланга через его поперечное сечение в единицу времени пытается пройти равное количество воды. Если вы начинаете сжимать шланг, воде приходится двигаться быстрее, чтобы миновать узкое место. На движение вперед используется больше энергии воды — а значит, на расталкивание стенок шланга ее остается меньше. Сожмите шланг, и давление воды на его стенки уменьшится.
Предлагаю не вдаваться в дальнейшие подробности, а сразу рассмотреть сечение крыла. (Это может быть крыло самолета или птицы — неважно: они оба работают одинаково.) Воздух, проходящий на диаграмме слева направо, натыкается на крыло. Крыло сжимает воздух, который проходит над ним. Воздух движется быстрее, чтобы скомпенсировать сжатие, и давление на верхнюю поверхность крыла падает. Самолеты и птиц засасывает в воздух.
