Elektryczne sterowce 1883–1884

Artykuł James Herne

200 wystawców zaprezentowało swoje generatory prądu, silniki elektryczne, akumulatory i komponenty akumulatorów na Międzynarodowej Wystawie Elektryczności w Paryżu. Rok? 1881. Nie 1981. 1881.

Wiek XIX był pełen wynalazków. Spójrzmy na niektóre z nich:

1859 – Planté wynalazł akumulator. Jego wynalazek żyje dalej w 12‑woltowych akumulatorach samochodowych.
1873 – Siemens stworzył pierwszy komercyjnie praktyczny generator prądu. Działał on także jako silnik elektryczny.
1879 – Siemens zbudował małą lokomotywę elektryczną, która mogła ciągnąć 3 wagony, każdy z miejscami siedzącymi dla 6 osób.
1880 – Trouvé poprawił sprawność silnika Siemensa.
1881 – Trouvé wynalazł trójkołowiec elektryczny oraz elektryczny silnik zaburtowy do łodzi.

A zatem pierwsze pojazdy rekreacyjne stworzył Gustave Trouvé – i były to pojazdy elektryczne. Węgiel kopalny był używany w silnikach parowych, ale ropa naftowa nie była jeszcze w użyciu.

Jak widzimy z karykatury z 1881 roku, Król Para i Król Węgiel niepokoili się o noworodka, któremu nadano imię Elektryczność:

Po obejrzeniu elektrycznej łodzi Trouvé na Sekwanie w Paryżu 26 maja 1881 roku, Gaston Tissandier wpadł na pomysł stworzenia sterowca z silnikiem elektrycznym. Tissandier latał balonami na gorące powietrze od ponad dziesięciu lat i nie tracąc czasu, 9 czerwca 1881 roku zarejestrował patent na „Zastosowanie elektryczności w żegludze powietrznej”. Tissandier rozpoczął także budowę 4‑metrowego modelu swojego wymarzonego sterowca na nadchodzącą wystawę elektryczności.

Międzynarodowa Wystawa Elektryczności 1881 w Paryżu była najważniejszym wydarzeniem w historii ludzkości promującym praktyczne zastosowania elektryczności. Wystawa była otwarta codziennie przez 4 miesiące. Największymi gwiazdami wydarzenia były lampy elektryczne – dlatego wystawa była otwarta od wczesnego rana do późnego wieczora.

„Wieczorem Wystawa nabierze baśniowego wyglądu; będzie to prawdziwie olśniewający pokaz świateł. Publiczność nigdy nie ma dość studiowania i podziwiania wszystkich cudów nauki zgromadzonych obecnie w tym gmachu, który można by nazwać świątynią Elektryczności.” — magazyn „La Nature”, 1881‑08‑20

Urządzenie do wytwarzania prądu nazywano maszyną (nawiasem mówiąc, „machine” to francuskie słowo). Gdy do tej maszyny podłączono źródło prądu, maszynę nazywano silnikiem. W 1881 roku główny nacisk kładziono na użycie maszyn do wytwarzania elektryczności. Na wystawie prezentowano różne maszyny: maszynę prądu stałego z magnesami trwałymi, maszynę prądu przemiennego z magnesami trwałymi oraz maszynę prądu stałego z elektromagnesami (silnik prądu przemiennego z elektromagnesami został opatentowany przez Nikolę Teslę kilka lat później, w 1888 roku).

Unikatowym eksponatem na wystawie był model przyszłego elektrycznego sterowca Tissandiera. Ten ogromny model zbudowano w zaledwie 2 miesiące. Model miał akumulatory Planté. Mały silnik elektryczny, zbudowany przez Trouvé, ważył zaledwie 220 gramów.

Tissandier obliczył, że sterowiec 10 razy większy niż model pozwoliłby przewozić kilka osób.

Victor Hugo, w wieku 79 lat, po odwiedzeniu wystawy elektryczności w 1881 roku, napisał:

„Dzień jest bliski, gdy powierzchnia globu zostanie przystosowana do gromadzenia ciepła słonecznego; /-/ Przekształcone w elektryczność, ciepło to będzie rozprowadzane wszędzie, oświetlając w nocy ulice publiczne, napędzając maszyny, ciągnąc lokomotywy. /-/ Przyszłość będzie wspaniała, sprawiedliwa, wyzwalająca. Będzie piękna i dobra. Wy, którzy jesteście młodzi, ujrzycie te cuda. Ja ich nie zobaczę, ale wiem, że nadejdą.”

„Ze wszystkich sił przyrody tą, która jest najmniej kosztowna i najbardziej równomiernie rozłożona, jest siła wiatru, a jednak jest ona najbardziej zaniedbana.” — magazyn „La Nature”, 1883‑07‑14

Przed erą ropy naftowej inżynierowie dopiero zaczynali znajdować pomysły, jak wykorzystać energię Słońca i wiatru. Jeszcze zanim wynaleziono samochód, powstał sterowiec z silnikiem elektrycznym!

Bracia Tissandier nie mieli czasu ani pieniędzy na zbudowanie hangaru, więc duże elementy swojego sterowca musieli wznosić na wolnym powietrzu. Rozmiar aerostatu został określony przez działkę Tissandiera w Paryżu. Jak widzimy z planu, planowana długość sterowca wynosiła 27 m:

Gaston Tissandier zajął się budową silnika elektrycznego, akumulatora oraz aparatury do wytwarzania wodoru do balonu, podczas gdy jego brat Albert Tissandier poświęcił się budowie sterowca.

W 1882 roku Gaston Tissandier zlecił budowę mocnego i lekkiego pakietu akumulatorów. W tamtym czasie oznaczało to, że pakiet akumulatorów o pojemności około 5 kWh ważył 180 kg. Płyty cynkowe i węglowe umieszczono naprzemiennie wewnątrz obudowy akumulatora wykonanej z ebonitu. Prąd wytwarzał elektrolit składający się z wody, kwasu siarkowego (H2SO4) i dwuchromianu potasu (K2Cr2O7).

Na zlecenie Gastona Tissandiera lekki silnik został zbudowany przez firmę Siemens w Paryżu. Nowy silnik ważył 55 kg. Przy maksymalnej mocy pakietu akumulatorów 1,8 kW (40 V, 45 A) silnik był w stanie oddać 1 kW. Sprawność silnika wynosiła 55% (dla porównania, sprawność nowoczesnych silników elektrycznych to około 95%).

Silnik napędzał śmigło poprzez przekładnię o przełożeniu 1:10. Przy maksymalnej prędkości obrotowej silnika 1800 obr./min śmigło obracało się z prędkością 180 obr./min. Śmigło o średnicy 2,85 m ważyło 7 kg.

Początkowo do testów używano 24 oddzielnych akumulatorów, ale potem zbudowano cztery 6‑ogniwowe baterie, aby zaoszczędzić miejsce w gondoli. Przełącznik obrotowy pozwalał korzystać z 6, 12, 18 lub 24 ogniw, co dawało 4 różne prędkości obrotowe śmigła.

Obliczenia wykazały, że prędkość maksymalna sterowca nie przekroczy 15 km/h. Prędkość wiatru jest niższa od tej wartości tylko przy bezwietrznej pogodzie. W styczniu 1883 roku Gaston Tissandier napisał w magazynie „La Nature”, że gdyby było to finansowo możliwe, zbudowaliby większy aerostat, który mógłby przenosić silnik o mocy 5 kW. Armia francuska po cichu odnotowała tę informację.

Gdy sterowiec braci Tissandier był gotów, miał 28 metrów długości. Balon o objętości 1060 m3, wypełniony wodorem, miał siłę nośną 1250 kg. Aby pierwszy lot próbny był łatwy, zdecydowano, że masa startowa powinna pozostać o 10 kg poniżej siły nośnej, czyli wynieść 1240 kg. Masa sterowca wynosiła 704 kg, wliczając silnik i akumulatory. Bracia oraz zabierane przez nich przyrządy ważyli łącznie 150 kg. Pozostawało 386 kg zrzucanego balastu. Balast wyrzucany był potrzebny do regulowania wznoszenia. Do obniżania wysokości wypuszczano część wodoru z balonu.

8 października 1883 roku nadszedł ważny dzień. Widzowie zgromadzili się na podwórzu Tissandiera i obserwowali start pierwszego sterowca napędzanego elektrycznie. Pilotowali go Gaston Tissandier (1843–1899) i Albert Tissandier (1839–1906).

Przy maksymalnych obrotach śmigła 180 na minutę sterowiec był w stanie utrzymać się pod wiatr o prędkości 3 m/s (10 km/h). Wiatr się wzmógł i poniósł sterowiec, uniemożliwiając powrót do domu. Wylądowali pod Paryżem. Stało się aż nadto jasne, że sterowiec potrzebuje więcej mocy.

Kapitanowie francuskiej armii Renard i Krebs uważnie obserwowali, czego bracia Tissandier nauczyli się podczas budowy elektrycznego sterowca. Na podstawie tych informacji potajemnie zbudowali elektryczny sterowiec dla armii francuskiej. Wojskowa baza balonowa Chalais-Meudon znajdowała się zaledwie 6,5 km od warsztatu braci Tissandier w Paryżu.

Skład baterii został utajniony przez armię. Ujawniono jedynie, że bateria była podzielona na cztery sekcje, które można było połączyć równolegle dla dłuższego lotu lub szeregowo dla szybszego lotu. Przy maksymalnej mocy 8,2 kW z pakietu baterii moc silnika wynosiła 5,7 kW. Tym samym sprawność silnika wynosiła 70%.

Przy maksymalnej mocy śmigło o średnicy 7 m wykonywało 46 obrotów na minutę.

Sterowiec Renard-Krebs był pierwszym statkiem powietrznym z śmigłem z przodu. Nawet pierwszy samolot, Flyer braci Wright z 1903 roku, nie miał śmigła z przodu.

Sterowiec Renard-Krebs „La France” był prawie dwa razy większy niż sterowiec Tissandierów. Balon miał 50 m długości. 1864 m3 wodoru zapewniało siłę nośną około 2100 kg.

Podczas dziewiczego lotu 8 sierpnia 1884 roku Renard i Krebs zdołali wrócić do bazy swoim elektrycznym sterowcem. Po kilku manewrach w przód i w tył, nieporadnie jak parowiec, wylądowali w pobliżu Hangaru Y w Meudon, gdzie sterowiec został zbudowany (hangar istnieje do dziś, zob. https://hangar-y.com). Był to pierwszy w pełni kontrolowany lot w historii.

Sterowiec „La France” odbył kilka lotów testowych w latach 1884–1885. Słabą stroną projektu Renard-Krebs było to, że śmigło mogło zostać uszkodzone podczas lądowania.

„Kwestie osobiste muszą zejść na dalszy plan, gdy w grę wchodzą interesy nauki, i zawsze będziemy oklaskiwać sukces naszych naśladowców.” —Gaston Tissandier (w swojej książce „Mes ascensions, 1868-1888”)

Pierwsza połowa lat 80. XIX wieku była błogosławionym momentem w historii ludzkości, gdyż przyszłość jawiła się jako elektryczna. Potem pojawiły się silniki zasilane paliwami kopalnymi. Rok 1885 był rokiem, w którym silniki spalinowe na paliwo ciekłe zarówno Benza, jak i Daimlera-Maybacha były gotowe do praktycznego zastosowania.

Aby zrozumieć, jak bardzo wszystko poszło w złą stronę—pisarz Karl August Hindrey napisał w 1927 roku o świeżym powietrzu, że „wydaje się niebiańskie po oparach benzyny i dymu Paryża”. Sto lat później ludzie wciąż wytwarzają nadmierne ilości CO2 bez realnego powodu.

Przemysł paliw kopalnych można porównać do czystej energii elektrycznej jak trawler rybacki i rolnik, którzy muszą konkurować na tych samych zasadach, podczas gdy jeden po prostu eksploatuje naturę, a drugi wykonuje ciężką pracę, niezbędną, by ocalić planetę dla naszych potomków.

Powinniśmy kochać Elektryczność, powinniśmy wspierać dziecko, które ratuje nasz świat!