Возможно с минимальным маханием рукой

Каждые несколько лет появляется захватывающее дух освещение стартапа дирижаблей, который провозглашает летательные аппараты легче воздуха следующим большим событием в авиации. Быстрый поиск в «Популярной механике» выдает такие статьи, как « 4 новых конструкции «дирижабля» возвращают дирижабль » (2009 г.) и « Почему возвращение дирижабля имеет больше смысла, чем когда-либо » (2019 г.). Так что есть люди, которые считают, что технологии, которые у нас есть сегодня, могут поддерживать довольно крутые дирижабли.

Вы утверждаете существование сверхлегких материалов и мощных ядерных реакторов для получения энергии. Наличие большого количества энергии без большого веса позволит вам построить несколько офигенных дирижаблей. Одним из ограничений вашего последнего изображения является грузоподъемность. Даже при более низкой гравитационной силе вам потребуется много водорода, чтобы поднять большой корабль с земли, если ваша атмосфера похожа на земную. Одним из обходных путей может быть использование подъемного газа только для поддержки части веса и использования двигателей для обеспечения дополнительной подъемной силы. На вашем технологическом уровне вы могли бы использовать либо пропеллеры с воздуховодами , либо электрические реактивные двигатели .

Правдоподобный

Дирижабли - мечта многих научно-фантастических / футуристических / что-если проектов по созданию мира! Я думаю, вы уловили основные моменты, материалы, достаточно высокие технологии, ядерный источник энергии, всю электрику.

Почти каждый недоброжелатель дирижаблей указывает на катастрофу Гинденбурга и дирижабли, которые были спроектированы в 1920-х и 1930-х годах. Это было век назад! Сам «Гинденбург» без проблем летал десятки раз, и в строю были и другие корабли. Если бы «Гинденбург» не взорвался, или если бы новостные репортажи не были такими слезоточиво-эмоциональными (О! Человечество!), вполне возможно, даже вероятно, что дирижабли продолжали бы использоваться в той или иной степени, а технология развивалась бы в достаточной степени, чтобы преодолеть различные проблемы.

Имейте в виду, что у ранних коммерческих самолетов тоже были свои проблемы, и сразу на ум пришел Comet. Тем не менее, мы не отказались от реактивных самолетов, и на данный момент авиакатастрофы, хотя и редки, не являются нарушением технических условий, как это было в 1937 году.

Я бы сказал, что ваш проект вполне правдоподобен, учитывая достижения в области технологий и материалов.

Одной из основных проблем дирижаблей любого типа является их размер. Предположим, что в качестве подъемного газа используется водород: эмпирическое правило (которое даст вам несколько процентов от фактических цифр) состоит в том, что для подъема 1 килограмма массы (то есть самого дирижабля плюс полезная нагрузка) вам потребуется около куб. метр водорода или гелия.

Гинденбург имел объем 200 000 кубометров и полезную грузоподъемность (корабль + груз) 232 тонны. Само судно весило 118 тонн, из которых 114 тонн оставалось на топливо, пассажиров, припасы, балласт и так далее. Скажем, современные материалы уменьшают его до 50 тонн, что дает вам в общей сложности 182 тонны для всего остального, включая вещи, которые просто необходимы для управления кораблем, такие как топливо и балласт. Тем не менее, вот как это выглядит по сравнению с современными самолетами:

Грузовая версия 747-8 может перевозить 140 тонн груза, что ставит его в один ряд с дирижаблем размером с Гинденбург . Теперь посмотрите на разницу в размерах. Это имеет последствия для всего, от траектории полета до наземного обслуживания из-за ветровой нагрузки, которую он испытывает. Так же, как, например, когда самолет приземляется, за исключением случаев, когда ветер достигает штормового диапазона, вам не нужно об этом беспокоиться. Для дирижабля все, что происходит при сильном ветре, может потребовать постоянной работы двигателей, просто чтобы убедиться, что он не порвет швартовные канаты.

Вообразить что-то большее, ну, довольно сложно.

Правдоподобно, с другой планетой:

1. Нам нужна планета, на которой традиционные методы транспортировки на большие расстояния не так хороши, как варианты на Земле. Как насчет довольно сухого, очень геологически активного мира, где большую часть поверхности занимают горы разного возраста, а небольшую часть поверхности составляют океаны или крупные реки. Корабли ходят только по океанам, а поезда через горы обходятся очень дорого.

2. Давайте улучшим подъемную силу: Сделаем атмосферу значительно более плотной. Хотя человек не смог бы выжить, нет никаких причин, по которым существо не могло бы эволюционировать, чтобы жить в таком месте.

Теперь, как насчет власти? На первый взгляд дирижабль с ядерной силовой установкой не имеет смысла, защиту не потянешь и экипаж поджаришь. Однако давайте попробуем другой подход — как насчет того, чтобы защитить наш корабль самой атмосферой? Реактор болтается на длинном тросе под дирижаблем. Это не является непреодолимым препятствием для посадки — посадочные платформы дирижаблей имеют глубокие отверстия, в которые опускается реактор. Отверстия находятся далеко от самой платформы — дирижабль приближается, трос от дирижабля задействует лебедку, которая тянет его внутрь, пока реактор не окажется на несколько футов под землей. В этот момент зацепляется еще один кабель, и дирижабль тащит к настоящей станции — он все время остается далеко от своего реактора. Допустим, планета находится под давлением 50 атмосфер — в этот момент толщина воздуха, разделенная вдвое, составляет 10 футов.

Что касается того, почему они стали ядерными, а не солнечными: батареи тяжелые, что существенно снижает грузоподъемность дирижабля, который может действовать под облаками или ночью.

Имейте в виду, что чем меньше реактор, тем более качественное топливо он должен использовать — я не знаю, насколько маленьким вы можете стать, прежде чем у вас будет топливо, которое можно будет использовать для изготовления бомб.

Они жизнеспособны даже на земле без всех тех стимулов, которые вы себе представляете.

некоторые плюсы дирижабля для земли

Энергоэффективность дирижаблей находится на паре с железными дорогами, занимая при этом 3-е место - морские суда (0,3), железные дороги (1х), дирижабли (2х по энергии железных дорог), грузовики (4х), самолеты (10-30х) . Сравнения очень приблизительные и основаны на том, что я правильно помню количество дирижаблей и не ошибся в своих расчетах тогда, и что дирижабли движутся довольно медленно (20-40 км / ч).

Дирижабли - это один и почти единственный, который может использовать высокие (8-20 км) струйные потоки , имеющие некоторую «свободную» энергию для перевозки на большие расстояния. Его следующие конкуренты — самолеты на солнечных батареях, но они не такие впечатляющие хрупкие и имеют другие проблемы, включая сложность и EROEI.

По способности поднимать и доставлять крупногабаритный груз - дирижабли единственные, которые могут за один раз доставить что-то вроде нефтяных платформ от места сборки до места установки (не обращайте внимания на то, что он построен в тех же местах, что и корабли, просто пример вместимости и размера). И не только это является проблемой, и это могло бы быть улучшением, если бы у нас были такие возможности. На данный момент это - либо сложная транспортная задача, либо требующая всевозможных перемещений от проектирования до монтажа.

Дирижабли — единственный грузовой транспорт, способный покрыть 100% поверхности планеты.

Дирижабли не требуют погрузки-разгрузки в прибрежных портах и ​​могут доставлять напрямую потребителю, быстрее, чем морское судно, с меньшими затратами энергии, чем корабль (если мы полагаемся на струйные течения, ладно, ладно, я слышу ваши солнечные батареи, не обязательно большой идея, а "бесплатная" энергия в любом случае) а если учесть, что из порта этот груз нужно доставлять дальше автотранспортом (часто) или железной дорогой (тоже часто) то энергоэффективность может быть еще выше и может быть даже достаточной, чтобы конкурировать с железной дорогой или может и больше(отсутствие погрузочно-разгрузочных процедур, задержек и т.д.).

Если нужен порт для грузов для дирижаблей, то такой порт можно построить где угодно, можно выбрать оптимальное место для данного вида груза. Морской порт, для перевозки сыпучих грузов, представляет собой огромную систему - с примыкающими к нему автомобильными и железными дорогами, с местами для хранения грузов, погрузки-разгрузки и местами для него, ограниченными береговой линией - мы с этим справились, но это ничего не значит. лучше не бывает.

В то время, когда мы начинаем видеть транспортировку наливного газа - для этого можно использовать дирижабли, и трудно сказать, кто победит - корабль или дирижабль, поэтому, помимо перевозки насыпного груза, еще один, где дирижабли могут конкурировать с морскими судами, перевозящими напрямую , опять же срезать углы (буквально), не привязываясь к каналам, и доставлять непосредственно к газовым хранилищам, прямо из газовых «скважин», то есть разрезая трубы, доставлять быстрее (в 2-3 раза), чем это делают корабли, быть гибкими и более оперативно реагировать на изменения спроса. Труба является победителем для стационарных мест без сомнений, но труба есть не всегда, и можно протестировать и нарастить производство до уровня, когда инвестиции в трубу имеют смысл - так что больше гибкости и дирижаблей скорее выигрывают у кораблей.

• вероятно, наименее полезный случай для операции с модульными реакторами и тому подобным, поскольку одни и те же реакторы могут использоваться для того, для чего используется большая часть этого газа.

Перевозки из города в город могут быть более эффективными - по сути, гибкость вертолета по цене (с точки зрения энергии, доставки) в 0,5 раза больше, чем у грузовика, с прямыми маршрутами, более высокими нагрузками (более 40 т), более эффективными более низкими нагрузками (0,1-1). -5 т), лучшие перспективы создания из них дронов и т. д. - это может быть привлекательным моментом.

материалы оп, источник энергии

Важность различных точек немного меняется из-за использования реакторов, но в целом она одинакова. Гравитация и плотность атмосферы оказывают минимальное влияние на все эти точки. Более прочные и дешевые материалы полезны, но они полезны и для других вещей, я имею в виду, что они не являются фактором, меняющим правила игры, и не являются обязательными, но, безусловно, они полезны.

реакторы

Учитывая, что ядерные реакторы не подходят для полетов тяжелее воздуха, полеты легче воздуха кажутся еще менее вероятными. Однако большая площадь поверхности транспортных средств легче воздуха делает солнечную энергию более жизнеспособным вариантом. – @jdunlop

Это неправильно. Реакторы определенно более вероятны для дирижаблей. Причин тому немного - расход энергии при отрыве может быть низким в процентах от полного газа, в то время как в самолетах это один из напряженных моментов. Не обязательно для двигателей внутреннего сгорания, но реакторы не любят скачков мощности по многим причинам, в том числе из-за процессов цепных реакций, происходящих в ядерном топливе. Разница не обязательно огромная, но достаточно похожей разницы, чтобы не было турбин на байках и автомобилях (не только она, но и одна из них).

Соотношение мощности к весу для дирижабля менее важно, диапазон шире - если дирижабль может поднять одного, то не так уж важно, выдает ли он 1 МВт или 50 МВт - разница в крейсерской скорости, а не в способности летать, если у самолета недостаточно мощности, он просто не может взлететь, даже если этой мощности хватило бы для удержания некоторой крейсерской скорости.

Солнечные панели для самолетов и дирижаблей - это не обязательно такая крутая штука - есть такие самолеты, чтобы их было видно (довольно хрупкая конструкция, для которой материалы оператора могли бы здорово помочь, кстати), для дирижаблей это может быть лучший вариант, чем для самолеты, но трудно сказать, лучше ли это, чем, например, реактивный парус, который может работать 24,7 без батарей.

В самолете нельзя дистанцироваться от реактора, а на дирижабле расстояние между экипажем и реактором больше, что может означать меньшие требования к защите (таким образом, масса и т. Д.). Дирижабль может буксировать дирижабль, от начала до конца, по сути, создавая внешний двигатель, он используется для кораблей, но самолеты, он используется для планеров, но помимо этого, еще труднее представить себе вещь размером с Боинг, буксирующую другой Боинг - но дирижабль, буксирующий другой дирижабль, не имеет большого значения.

Самолетов разбилось больше, чем сожжено дирижаблей - (анонимно)

разное

С точки зрения безопасности трудно спорить, что лучше, по сути, мы нубы, создающие дирижабли и совершенствующие проекты кораблей и самолетов более ста лет. И, несмотря на это, в истории есть впечатляющие неудачи конструкции кораблей (70-е, 80-е, по сути, хуже, чем титанические с точки зрения массы / потери груза), а также инциденты с круизными лайнерами в этом столетии. Самолеты не являются исключением, мы все знаем, что у самолетов также есть некоторые проблемы с посадкой, и трудно представить, что они исчезнут в ближайшее время (это может произойти с лучшими технологиями, такими как умная материя, но когда это произойдет, неизвестно)

Более качественные материалы уже делают дирижабли более полезными, а некоторые из них ограниченно используются для осмотра и, например, замены наземной техники и вертолетов. Это далеко не тот потенциал, который у него есть, но это еще больше свидетельствует о том, что дирижабли могут предложить уникальные преимущества. Что касается безопасности, то материалы — это улучшение, и не только материалы, но и другие технологии, такие как обнаружение газов — ничего из этого не было возможно в те дни, но, тем не менее, некоторые дирижабли той эпохи имели за плечами более миллиона километров.

Они имеют тенденцию опускаться, а не падать, что определенно более удобно для размещения реактора, не так хорошо, как склонность тонуть в воде, но все же.

Швартовые канаты - а как же взлетно-посадочная полоса в 3 км, а?. Самолеты обычно не простаивают в ангарах, они влетают и вылетают столько, сколько могут, поэтому хранение переоценено.

Автопилот для самолетов работает достаточно хорошо, взлет и посадка по-прежнему являются процедурой, но и здесь большое улучшение, для дирижаблей возможности дронов еще проще, и это (в сочетании со Starlink) может предложить беспрецедентные возможности, и если вы все еще заботитесь о проблемы с хранением - и здесь.

Так что в целом дирижабли с реакторами или без них и более новых материалов выглядят привлекательной идеей, есть взаимосвязанные факторы, почему этого не происходит на сегодняшний день, в том числе мы согнули наши процессы, чтобы они не нуждались, но это не значит, что их нет шанс на воскрешение, и для мест, где их развитие не было остановлено и они продолжают развиваться и формировались процессы для их использования - скорее всего наша система была бы невообразимой и нежизнеспособной.

Если кто-то сможет победить морские перевозки, то у него будут все шансы распространить эту технологию в другие места — у него будут технологии и деньги для этого, как у SpaceX. И один из проспектов транспортирует газ за границу и из небольших мест.

Работа в любых ветреных или турбулентных условиях является серьезным практическим ограничением даже для современных конструкций дирижаблей на Земле. Ветер, который движется с постоянной скоростью на заданной высоте, такой как струйное течение, не представляет проблемы, и высотные дирижабли могут использовать такие течения в своих интересах. Проблема возникает при турбулентном воздухе или при ветре у земли. Одним из возможных решений этого ограничения является создание мира со средней скоростью ветра, намного меньшей, чем на Земле.

Главный вопрос, на который вам придется ответить, заключается в том, почему дирижабли стали доминировать в воздушном транспорте в вашем мире, в то время как в нашем мире самолеты тяжелее воздуха оказались гораздо более практичными. Если в вашем мире есть достаточный уровень технологий, чтобы сделать возможным создание дирижаблей, то в нем также будет достаточно науки и технологий, чтобы сделать возможными самолеты. Возможно, мир когда-то пережил мировую войну, которой способствовали высокоскоростные самолеты и ракеты, а сейчас такие технологии запрещены международным правом или культурными табу.

Вероятно, не на Земле

Мы не можем значительно улучшить дирижабли времен Второй мировой войны здесь, на Земле, потому что в этих конструкциях уже использовался лучший подъемный газ, разрешенный физикой.

H2 — самый легкий атомарный газ — не может быть меньше одного протона на ядро. Это накладывает жесткий верхний предел на подъемную силу, которую вы можете создать, что затрудняет практические дирижабли.

Думай о Титане

Атмосфера Титана толще земной, а это значит, что вы получите больше подъемной силы за тот же подъемный газ. Это хорошо.

Также хорошо, что на Титане гравитация значительно ниже. Учитывая эти два фактора, вы сможете построить намного меньшие и более эффективные дирижабли. Поскольку в атмосфере очень мало O2, вам не нужно беспокоиться о взрывах водорода, так что это бонус.

Вид на бесконечные углеводородные дюны будет... спартанским, мало чем отличающимся от ваших образцов изображений. Но, наверное, все же красиво.

Основная проблема с дирижаблями заключается в том, что они имеют большую площадь поверхности и нуждаются в большой мощности, чтобы двигаться против встречного или даже бокового ветра. Это делает их очень уступающими самолетам тяжелее воздуха для перевозки пассажиров или даже грузов по предсказуемому расписанию. (Это также делает их медленными, даже в хороших условиях). Атомные дирижабли? ... э, нет.

Менее фундаментальная проблема заключается в том, что водород проблематично воспламеняется или взрывается при попадании воздуха, а гелий проблематично дорог.

Для доставки тяжелого груза в удаленное место без дорог или для подъема тяжелого груза, куда трудно доставить достаточно большой кран, дирижабль имеет некоторые преимущества. Здесь, выполняя работу по разумной цене, можно позволить себе подождать день при слабом ветре. Возможно, катастрофа Гинденбурга так глубоко врезалась в нашу память, что никто не может представить идею большого водородного дирижабля мимо денежных людей. Может быть, в другом месте, с современными материалами и без неблагоприятной истории, он бы взлетел.

Между прочим, дирижаблю, наполненному метаном, потребуется примерно в два раза больше объема, чем дирижаблю, наполненному водородом, для того же подъема, но метан гораздо легче удерживать без утечек, и гораздо меньше опасность пожара или взрыва при небольших утечках .

Большой проблемой является управление нагрузкой.

Вы едете из пункта А в пункт Б со 100 тоннами. В точке B вы должны либо получить груз равной массы, либо выпустить подъемный газ. Проще всего это сделать с помощью воды. Загружать можно насосами, разгружать самотеком. Это серьезная проблема логистики, если вы доставляете в какое-то место в глуши. Они должны подготовить резервуары, которые вмещают столько же массы, сколько вы сбрасываете. Я вижу достоинства плавучих аэродромов на средних озерах или защищенных бухтах. Вы становитесь на якорь, затем баржа становится на лебедку, чтобы принять 12 морских банок. Баржа на позиции получает линии от дирижабля, поэтому при высвобождении груза нет никакой реакции. Тем временем дирижабль сбрасывает шланг и закачивает воду в балласт. Измерители натяжения канатов показывают, насколько близок к равновесию дирижабль.

В полете вам не нужно точно балансировать плавучесть и вес. Если подъемный газ находится в баллонах, вы можете закачать его в резервуары высокого давления. Это полезно для незначительных изменений. В полете вы также можете быть немного тяжелее или легче воздуха и компенсировать это наклоном носовой части. Вы должны получить это довольно близко к месту во время посадки.

Одним из вариантов подъема газа является горячий воздух. Высокотехнологичное решение: сделать внешнюю оболочку из смеси стекла и углеродного волокна, вспененной в вакууме. Нанесите отражающий слой алюминия на обе стороны. Толщина в 1 дюйм будет иметь высокое значение R, а также впечатляющую прочность. Углеродное волокно и смола будут составлять раму, очень похожую на графитовый велосипед.

Подъемная сила горячего воздуха примерно равна p * K/Kambient. Где р — плотность воздуха, К — температура внутри оболочки, а К окружающей среды — температура вокруг вас. Если К в два раза больше окружающей среды, то 580 К в конверте дают около 0,6 кг подъемной силы на кубический метр. Это примерно половина того, что дает вам тот же объем H2.

Выигрыш в этом заключается в том, что ваша проблема с балластом исчезнет. Минус в том, что нужно регулировать температуру. 1-дюймовый многослойный вакуум достаточно хорошо удерживает тепло, но вам нужно будет отказаться от горячего воздуха, заменив его холодным воздухом всякий раз, когда вы сбрасываете груз. Чтобы увеличить подъемную силу БЫСТРО, потребуются некоторые операции с балластом. Или, если подъемный газ свежий, вы можете напрямую сжечь пропан внутри оболочки, чтобы быстро поднять температуру.

Приземление может быть полуавтоматическим, если бежать немного налегке, а затем сбрасывать 500-футовую веревку при приближении. Он прикреплен к лебедке, которая тянет вас к швартовной мачте, как большую рыбу.

Причальные мачты должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать любые местные штормы. Назовите это 70 миль в час для не прибрежных (не ураганных) районов. Это будут не высокие изящные шпили, а скорее бетонные обелиски. Предупреждения о сильном шторме могут привести к одному из следующих событий:

• Дирижабли убегают вне досягаемости.
• Дирижабли сдуты и закреплены на земле (блимбы).
• Дирижабли паркуются в подземных ангарах (дорого)

Почитайте о других авиакатастрофах. Военный корабль «Шенандоа» — хорошая история.

Сделайте гелий в изобилии.

Возможно, под землей есть очаги гелия, захваченные во время какого-то экзотического процесса в прошлом? Как наши нефть, газ и уголь. Это просачивается наружу и обычно рассматривается как скорее неприятность, чем что-либо еще.

Вы можете делать ремонтные хабы для дирижаблей вокруг больших водоемов, даже в местах с плохими дорогами и тому подобным.

Я много думал о дирижаблях. См.: https://worldbuilding.stackexchange.com/questions/tagged/airships .

Краткий ответ: да, это вполне возможно.

Хороших альтернатив гелию нет (кроме https://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_airship , который подходит для некоторых сценариев построения мира, но не подходит для других), поэтому вам следует убедиться, что на вашей планете достаточно ресурсов гелия. IRL, гелий добывается вместе с залежами природного газа под землей. Кроме того, его можно добыть из космоса.

https://www.flying-whales.com/solution построить транспортное судно под названием LCAT60T со следующими характеристиками: грузоподъемность 60 тонн (Boeing 737 перевозит около 20-23 тонн), длина 200 м, грузовой отсек. площадь 96 м × 8 м, высота 7 м.

ML866 — аналогичный грузовой дирижабль: https://en.wikipedia.org/wiki/Worldwide_Aeros_Corp#Aeroscraft , имеет длину 169 м и грузоподъемность 66 тонн. В конечном итоге та же компания планирует построить ML86X длиной 920 футов (280 м), высотой 215 футов (66 м) и шириной 355 футов (108 м) с грузоподъемностью 500 тонн.

Обратите внимание, что все эти грузоподъемности затмеваются грузовиками, кораблями, дорогами. Есть контейнеровозы, которые могут перевозить более 500 000 тонн. Но у дирижаблей есть свои варианты использования, например, отдаленные районы, не имеющие выхода к морю (удаленность = нет дорог или железных дорог, не имеет выхода к морю = нет водных путей) или из-за романтики.

Не стесняйтесь задавать мне дополнительные вопросы, так как мы работаем над пересекающимися проектами.

Это было предпринято в Германии в 90-х годах и потерпело неудачу в основном по финансовым причинам. Я не понимаю, почему это было бы технически невозможно:

https://en.wikipedia.org/wiki/КаргоЛифтер

«Эта услуга была основана на разработке тяжелого дирижабля CL160, судна объемом 550 000 м3 (19 000 000 куб. Футов), предназначенного для перевозки 160 т (160 000 кг; 350 000 фунтов) полезной нагрузки».

Из немецкой статьи о самом дирижабле, переведенной с помощью DeepL:

https://de.wikipedia.org/wiki/Карголифтер_CL160

Описание CL160 был спроектирован как килевой дирижабль. Киль должен был быть изготовлен из пластика, армированного углеродным волокном, и должен был нести четверти, груз, хвостовое оперение и движитель от носовой части до кормы. Для последнего планировалось восемь валотурбин General Electric CT7-8L мощностью 5882 кВт (8000 л.с.) каждая, половина из которых должна была использоваться только для рулевого управления. Многие детали конструкции остались нерешенными, но некоторые компоненты были изготовлены до банкротства.

Основным препятствием для проектирования больших грузовых дирижаблей является обширная компенсация плавучести, необходимая для загрузки и разгрузки дирижабля. Для CL160 был предусмотрен метод обмена нагрузками, который также был опробован на практике на Cargolifter CL75 AirCrane. CL160 должен был быть закреплен над погрузочной площадкой, чтобы забрать груз, а затем забрать полезную нагрузку с помощью встроенной силовой рамы. При посадке груза предполагалось подобрать балластную воду с танкеров на грунте, чтобы компенсировать потерю веса. Сообщается, что также планировалась система сбора балластных вод. В конце концов, однако, не было ничего, кроме основных технических идей для решения проблемы.[1]

Переведено с www.DeepL.com/Translator (бесплатная версия)