История развития аэронавтики
Ранние идеи
Аэронавтика изучает передвижение в атмосфере на аппаратах тяжелее воздуха (в авиации) и на аппаратах легче воздуха (в воздухоплавании). Еще в Древнем Китае для военных наблюдений и изучения погоды использовались воздушные змеи — легкие и гибкие конструкции, состоящие из тонких бамбуковых палок и тонкой бумажной оболочки. При проведении военных действий также применялись китайские фонарики, которые запускают в наши дни.
В XV веке итальянский художник Леонардо да Винчи представил множество идей, связанных с полетами, а также создал эскизы устройств. Например, «Орнитоптер», предполагал полет путем махания крыльями, а «Винтовой вертолет» — предшественник современных вертолетов.
Полет на воздушном шаре
Аэронавтика сделала большой шаг вперед, когда состоялся первый полет на воздушном шаре. Братья Жозеф и Жак-Этьен Монгольфье, французские ученые и изобретатели, провели его во Франции в июне 1783 года. Полет первого «монгольфьера» был засвидетельствован актом, который затем получила Французская Академия Наук.
В сентябре того же года их воздушный шар, изготовленный из хлопчатобумажной оболочки и заполненный горячим воздухом, поднялся на высоту 460 метров, пролетев около трех километров. Полет длился восемь минут, а после корабль благополучно приземлился. Пассажирами были овца, петух и утка.
В том же году состоялся первый пилотируемый полет на воздушном шаре с двумя людьми «на борту». Шар пролетел над Парижем девять километров за 25 минут.
Кейли и основы современного воздухоплавания
Британский ученый и инженер Джордж Кейли считается одним из пионеров аэронавтики. Многие исследователи приписывают ему рождение идеи летательного аппарата с неподвижным крылом и отдельным от него движителем, то есть самолета. Но другие указывают, что эта концепция уже выдвигалась ранее, хотя именно работы Кейли дали толчок научному исследованию концепции самолета.
В 1799 году Кейли создал первую модель самолета с фиксированным крылом. Еще тогда он осознал основную проблему полета тяжелее воздуха: подъемная сила должна уравновешивать вес, а тяга должна преодолевать сопротивление, которое следует минимизировать.
В 1810 был опубликован трактат Джорджа Кейли в трех частях «О воздушной навигации» — первая в мире опубликованная научная работа, содержащая первоосновы теории полета планера и самолета. Он определил четыре вектора силы, которые влияют на самолет: тяга, подъемная сила, лобовое сопротивление, вес, а также выделил стабильность и управляемость в своих конструкциях.
В 1809 году Джордж Кейли построил летательный аппарат с неподвижным крылом и хвостовым оперением в натуральную величину. Он разгонялся бегом по земле, двигаясь с помощью машущих крыльев. Позже Кейли создал еще один аппарат на колесном шасси, в форме лодки, с тремя поверхностями в виде триплана. Машущие крылья-пропеллеры должны были приводиться в движение мускульной силой летчика или с использованием теплового двигателя с нагретым воздухом.
XIX век
Аэронавтика активно развивалась в XIX веке. В 1852 году Генри Гиффард осуществил первый полет на парусном дирижабле с двигателем. Аэростат имел сигаровидую форму, длину 44 метра, диаметр 12 метров, вмещал 2500 кубических метров газа, а также был снабжен воздушным винтом, который приводился во вращение паровой машиной. Масса самой машины составляла 50 кг, а вместе с котлом — 150 кг.
Еще одной важной фигурой в аэронавтике был Отто Лилиенталь — он стал первым человеком, который смог осуществить управляемые полеты на планере. Он изучал аэродинамику, форму, конструкцию крыла, чтобы достичь более эффективного полета. Планеры полагаются на аэродинамику и имеют управляемость, в то время как аэростаты полагаются на принцип Архимеда, не имея активной управляемости. Аэростаты легче воздуха, а планеры — тяжелее.
Аэростаты начинают применять в военных целях. Так, Наполеон III использовал корпус воздушных шаров для воздушной разведки над полями сражений во время франко-австрийской войны 1859 года, а также в 1870 году во время франко-прусской войны и осады Парижа.
Направления аэронавтики
Авиация
Исторически термин «авиация» относился к полетам с помощью аппаратов тяжелее воздуха, таких как самолеты и вертолеты. Однако определение авиации расширилось. В настоящее время авиация охватывает и полеты тяжелее воздуха, и полеты легче воздуха — на воздушных шарах и дирижаблях.
Авиационная техника
Авиационная техника включает в себя проектирование, строительство, эксплуатацию и управление самолетами для обеспечения безопасных полетов. Она также охватывает системы навигации, коммуникации, электронику и другие компоненты. Большое значение в авиационной технике имеет аэродинамика — наука, изучающая движение воздуха и взаимодействие с телами, движущимися внутри него. Аэродинамика помогает оптимизировать форму и поверхность летательных аппаратов для наилучшей управляемости и стабильности в полете.
Ракетная техника
Если аэростаты использовали воздушную среду для пассивного подъема и передвижения, то ракеты активно используют силу двигателей для создания тяги, контролируют свое движение в космическом пространстве. Аэронавтика проделала большой путь от изобретения первых, относительно простых летательных аппаратов до современных космических кораблей, которые могут летать на большие расстояния за пределами атмосферы Земли, например, до Луны и Марса.