Очерк о летательных аппаратах тяжелее воздуха придётся начать с опыта Михаила Васильевича Ломоносова…

Иной читатель усмехнётся: что ни глава, что ни наука, то непременно Михаил Васильевич. А тут и вовсе нелепость: даже через столетие после него не было никаких летательных аппаратов тяжелее воздуха. Скажем, Джон Бернал назвал «пионером авиации» Жуковского.

И всё-таки именно Ломоносову принадлежит первая действующая модель вертолёта. Открыв вертикальные движения и морозный слой в атмосфере, он задумал провести зондирование воздушного океана с измерениями температуры воздуха. Для подъёма термометра решил использовать устройство, напоминающее вертолёт.

В «Протоколах заседаний Конференций императорской Академии наук с 1725 по 1803 г.» (1899, т. 2) отмечено: «Почтеннейший Ломоносов предложил Конференции построить небольшой прибор, способный поднимать вверх термометры… и предложил его чертёж». Он получил одобрение «славнейших академиков» и вскоре построил соответствующую модель: площадку с двумя соосными винтами, вращающимися в разные стороны посредством пружины. Демонстрация прошла успешно: «Когда заводили пружину, машина сразу поднималась вверх». Свой аппарат он назвал «аэродинамической машиной».

На том и завершилась судьба игрушечного прототипа вертолёта конструкции Ломоносова. Более точных сведений об этом изобретении нет. Остроумная идея использовать подъёмную силу быстро вращающихся лопастей, как бы ввинчивающихся в воздух, остроумна. Осталось только создать лёгкий и мощный двигатель. Он появился только в конце ХIХ века.

Тогда же начались первые полёты планёров. Они были похожи на огромные макеты птиц. Но летали они неуклюже, держались в воздухе недолго. Немецкий инженер Отто Лилиенталь исследовал влияние формы крыльев на подъёмную силу и её зависимость от угла атаки. В 1884 году вышла его книга «Полёт птиц как основа искусства летать». Через два года он разбился во время очередного испытания летательного аппарата.

Профессор Московского университета математик и физик Николай Егорович Жуковский (1874–1821) в работе «О парении птиц» (1891) показал, как «движение видоизменяется в воздухе, текущем горизонтальными слоями разной скорости, дующем порывами или имеющем лёгкое восходящее движение».

По его словам: «При кабинете прикладной механики уже с 1889 года производились исследования по различным вопросам воздухоплавания – испытывались различные модели летательных машин и строились небольшие аэродинамические аппараты». Тогда же он, прикрепляя к себе крылья из бамбуковых палок, обтянутых шёлком, съезжал на велосипеде по склону. На себе испытывал сопротивление воздуха и его подъёмную силу.

В то время некоторые учёные высказывали серьёзные сомнения в перспективах летательных аппаратов тяжелее воздуха. Это были не голословные заявления, а более или менее серьёзные теоретические разработки. У Жуковского на этот счёт было своё мнение.

Осенью 1898 года он организовал воздухоплавательную подсекцию на X съезде русских естествоиспытателей и врачей. На этом съезде Жуковский сделал доклад «О воздухоплавании».

«Глядя на летающие вокруг нас живые существа, – говорил он, – на стрижей и ласточек, которые со своим ничтожным запасом энергии носятся в продолжение нескольких часов в воздухе с быстротой, достигающей 50 метров в секунду, и могут перелетать целые моря; на орлов, которые описывают в синем небе свои красивые круги с неподвижно распростёртыми крыльями; на неуклюжую летучую мышь, которая… бесшумно переносится во всевозможных направлениях, мы невольно задаёмся вопросом: неужели для нас нет возможности подражать этим существам?

Правда, человек не имеет крыльев и по отношению веса своего тела к весу мускулов он в 72 раза слабее птицы; правда, он почти в 800 раз тяжелее воздуха, тогда как птица тяжелее воздуха только в 200 раз. Но я думаю, что он полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума».

Можно было бы добавить: с помощью техники.

«Кому суждено знать будущее! – продолжал он. – Но внимательный наблюдатель прогресса авиации не может не заметить, что мы приближаемся с разных сторон к решению великой задачи, и, может быть, новый век увидит человека, свободно летающего по воздуху… Машина более тяжёлая, чем воздух, даст нам, по моему мнению, средство для быстрого полёта одного или двух человек в любом направлении и заставит нас перестать завидовать птице».

В 1894 году Н.Е. Жуковский был избран членом-корреспондентом Санкт-Петербургской академии наук.

Его теория полёта выражена формулами. А суть подъёмной силы крыла достаточно проста. Если у крыла верхняя поверхность более выпуклая, чем нижняя, потоки воздуха над крылом проходят больший путь и движутся быстрей, чем под крылом. Но чем быстрей поток, тем меньше давит он на поверхность. Поэтому давление воздуха на крыло снизу больше, чем сверху. Так создаётся подъёмная сила.

Рассматривая разные траектории полёта, Жуковский доказал возможность маневрировать в даже совершить «мёртвую петлю» (первым осуществил её русский лётчик П.Н. Нестеров в 1913 году). В докладе Московскому математическому обществу Жуковский в ноябре 1905 года дал знаменитую формулу для определения подъёмной силы самолёта. Она легла в основу аэродинамических расчётов. Наиболее обстоятельным исследованием в этой области стала его книга «Аэродинамический расчёт аэропланов» (1917).

Жуковский создал вихревую теорию гребного винта (пропеллера) самолёта и вертолёта. На её основе показал наиболее эффективную форму винта, которую назвали НЕЖ, по инициалам изобретателя. Такие лопасти нашли применение на самолётах, в аэродинамических трубах.

Рассчитав с помощью Жуковского подъёмную силу винта, его ученик молодой инженер Б.Н. Юрьев, будущий академик АН СССР, создал первый российский геликоптер (патент 1910 года).

По инициативе и при участии Жуковского в 1913 году были созданы Краткие теоретические курсы авиации, через 6 лет преобразованные в Московский авиационный техникум, а затем в Институт инженеров Красного воздушного флота. Позже он стал Военно-воздушной инженерной академией имени Н.Е. Жуковского.

И другая его замечательная инициатива. В 1918 году он обратился в недавно созданное правительство Советской России с предложением создать научный институт аэродинамики и гидродинамики. И 1 декабря этого же года В.И. Ленин подписал декрет об организации ЦАГИ – Центрального аэрогидродинамического института.

Николай Егорович Жуковский предпочитал вести конкретные исследования, которые дают практические результаты. Но в одном случае он отступился от этого принципа. В марте 1918 года он сделал в Московском математическом обществе сообщение: «Старая механика в новой физике», высказав серьёзные сомнения в набиравшей популярность специальной теории относительности. По его словам: «Эйнштейн в 1905 году стал на метафизическую точку зрения, которая решение прилегающей к рассматриваемому вопросу идеальной математической проблемы возвела в физическую реальность».

Примерно такое же мнение было у математика академика Н.Н. Лузина (1883–1950), а также у В.И. Вернадского. Имеется в виду физико-математическая модель, которая выходит за пределы конкретной науки, затрагивая основы мировоззрения. Ведь теорию относительности стали воспринимать как единственно верную концепцию строения и эволюции Вселенной.