Sähköiset ilmalaivat 1883–1884

Artikkeli James Herneltä

200 näytteilleasettajaa esitteli sähkögeneraattoreitaan, sähkömoottoreitaan, akkujaan ja akun komponentteja Pariisin kansainvälisessä sähkömessussa. Vuosi? 1881. Ei 1981. 1881.

1800-luku oli täynnä keksintöjä. Katsotaanpa joitakin niistä:

1859 – Planté keksi ladattavan akun. Hänen keksintönsä elää edelleen 12 V autonakuissa.
1873 – Siemens loi ensimmäisen kaupallisesti käyttökelpoisen sähkögeneraattorin. Tämä toimi myös sähkömoottorina.
1879 – Siemens valmisti pienen sähköveturin, joka pystyi vetämään 3 vaunua, joissa jokaisessa oli 6 istumapaikkaa.
1880 – Trouvé paransi Siemensin moottorin hyötysuhdetta.
1881 – Trouvé keksi sähköisen kolmipyörän ja sähköperämoottorin veneeseen.

Ensimmäiset hauskat ajoneuvot teki Gustave Trouvé, ja ne ajoneuvot olivat sähköisiä. Fossiilikivihiiltä käytettiin höyrykoneissa, mutta fossiiliöljy ei ollut vielä käytössä.

Kuten 1881 vuoden pilakuvasta näemme, Höyrykuningas ja Hiilikuningas olivat huolissaan vastasyntyneestä, jolle oli annettu nimeksi Sähkö:

Nähtyään Trouvén sähkökäyttöisen veneen Seinen joella Pariisissa 26. toukokuuta 1881 Gaston Tissandier sai idean rakentaa sähkömoottorilla varustetun ilmalaivan. Tissandier oli lentänyt kuumailmapalloilla yli kymmenen vuoden ajan ja nyt, hukkaamatta aikaa, hän jätti 9. kesäkuuta 1881 patenttihakemuksen keksinnölleen ”Sähkön soveltaminen ilmaliikenteeseen”. Tissandier oli myös alkanut rakentaa 4 metriä pitkää pienoismallia unelmiensa ilmalaivasta tulevaa sähkömessua varten.

Vuoden 1881 kansainvälinen sähkömessu Pariisissa oli ihmiskunnan historian tärkein yksittäinen tapahtuma, jossa edistettiin sähkön käytännön sovelluksia. Messut olivat avoinna joka päivä neljän kuukauden ajan. Tapahtuman loistavimmat tähdet olivat sähkölamput, ja siksi näyttely oli avoinna aikaisesta aamusta myöhäiseen iltaan.

”Illalla näyttely saa satumaisen ilmeen; se on todellinen häikäisevä valonäytös. Yleisö ei väsy tutkimaan ja ihailemaan kaikkia niitä tieteellisiä ihmeitä, jotka on tällä hetkellä koottu tähän monumenttiin, jota voisi kutsua Sähkön temppeliksi.” — ’La Nature’ -lehti, 20.8.1881

Laitetta, jolla tuotettiin sähköä, kutsuttiin koneeksi (sivumennen sanoen sana ’machine’ on ranskankielinen). Kun tähän koneeseen liitettiin virtalähde, konetta kutsuttiin moottoriksi. Vuonna 1881 pääpaino oli koneiden käyttämisessä sähkön tuottamiseen. Näyttelyssä oli tarjolla erilaisia koneita: tasavirtakone pysyvämagneeteilla, vaihtovirtakone pysyvämagneeteilla ja tasavirtakone sähkömagneeteilla (vaihtovirtamoottorin sähkömagneeteilla patentoi Nikola Tesla muutamaa vuotta myöhemmin, vuonna 1888).

Näyttelyn ainutlaatuinen vetonaula oli malli Tissandierin tulevasta sähköisestä ilmalaivasta. Tämä valtava malli rakennettiin vain kahdessa kuukaudessa. Mallissa oli ladattavat Plantén akut. Pieni Trouvén rakentama sähkömoottori painoi vain 220 grammaa.

Tissandier laski, että ilmalaiva, joka olisi kymmenen kertaa mallia suurempi, voisi kuljettaa useita ihmisiä.

Victor Hugo, 79-vuotiaana, kirjoitti vuoden 1881 sähkömessuilla käynnin jälkeen:

”Päivä on lähellä, jolloin maapallon pinta suunnitellaan varastoimaan auringon lämpöä; /-/ Sähköksi muutettuna tämä lämpö jaetaan kaikkialle, valaisee julkiset kadut yöllä, pyörittää koneita, vetää vetureita. /-/ Tulevaisuus on loistelias, oikeudenmukainen, vapauttava. Se on kaunis ja hyvä. Te nuoret tulette näkemään nämä ihmeet. Minä en niitä näe, mutta tiedän, että ne tulevat.”

”Kaikista luonnonvoimista edullisin ja tasaisimmin jakautunut on tuulen voima, ja silti se on myös laiminlyödyin.” — ’La Nature’ -lehti, 14.7.1883

Ennen fossiiliöljyn aikakautta insinöörit olivat juuri keksineet ideoita auringon ja tuulen energian valjastamiseen. Jopa ennen auton keksimistä luotiin sähkömoottorilla varustettu ilmalaiva!

Tissandierin veljeksillä ei ollut aikaa eikä rahaa rakentaa hallia, joten heidän täytyi koota ilmalaivan suuret osat ulkona. Aerostaatin koko määräytyi Tissandierin tontin mukaan Pariisissa. Kuten suunnitelmasta näemme, ilmalaivan suunniteltu pituus oli 27 m:

Gaston Tissandier huolehti sähkömoottorin, akun ja vetyä tuottavan laitteen rakentamisesta ilmapalloa varten, kun taas hänen veljensä Albert Tissandier omistautui itse ilmalaivan valmistamiseen.

Vuonna 1882 Gaston Tissandier tilasi tehokkaan ja kevyen akkupaketin rakentamisen. Tuohon aikaan se tarkoitti, että noin 5 kWh:n akkupaketti painoi 180 kg. Sähköä johtamattomasta eboniitista valmistetun akkukotelon sisään oli asetettu vuorotellen sinkki- ja hiililevyjä. Sähkövirta syntyi nesteestä, joka koostui vedestä, rikkihaposta (H2SO4) ja kaliumdikromaatista (K2Cr2O7).

Gaston Tissandierin tilauksesta Siemens rakensi Pariisissa kevyen moottorin. Uusi moottori painoi 55 kg. Akkujärjestelmän enimmäisteholla 1,8 kW (40 V, 45 A) moottori pystyi tuottamaan 1 kW:n tehon. Moottorin hyötysuhde oli 55 % (vertailun vuoksi nykyisten sähkömoottoreiden hyötysuhde on noin 95 %).

Moottori pyöritti potkuria 1:10 välityssuhteen kautta. Kun moottorin enimmäispyörimisnopeus oli 1800 r/min, potkuri pyöri nopeudella 180 r/min. Halkaisijaltaan 2,85 metrin potkuri painoi 7 kg.

Aluksi kokeissa käytettiin 24 erillistä akkua, mutta tilan säästämiseksi gondolassa rakennettiin myöhemmin neljä kuuden kennon akkua. Pyörökytkin mahdollisti 6, 12, 18 tai 24 akkukennon käytön, mikä antoi neljä eri potkurinopeutta.

Laskelmat osoittivat, että ilmalaivan huippunopeus ei ylittäisi 15 km/h. Tuulen nopeus jää tämän alle vain tyynellä säällä. Tammikuussa 1883 Gaston Tissandier kirjoitti ’La Nature’ -lehteen, että jos taloudelliset resurssit antaisivat myöten, he rakentaisivat suuremman aerostaatin, joka voisi kantaa 5 kW:n moottorin. Ranskan armeija pani tämän tiedon hiljaa merkille.

Kun Tissandierin veljesten ilmalaiva valmistui, sen pituus oli 28 metriä. Vedyllä täytetyn 1060 m3:n ilmapallon nostovoima oli 1250 kg. Ensimmäistä koelentoa helpottaakseen päätettiin, että lentoonlähtöpaino pidettäisiin juuri 10 kg nostovoimaa pienempänä, eli 1240 kilossa. Ilmalaivan paino oli 704 kg, mukaan lukien moottori ja akut. Veljekset sekä heidän mukanaan ottamansa mittalaitteet painoivat yhteensä 150 kg. Tämä jätti 386 kg heitettävää painolastia. Heitettävää painolastia tarvittiin nousun säätelyyn. Laskua varten osaa vedystä päästettiin ulos ilmapallosta.

8. lokakuuta 1883 koitti tärkeä päivä. Katsojat kokoontuivat Tissandierin pihalle seuraamaan, kun ensimmäinen sähkövoimalla kulkeva ilmalaiva nousi ilmaan. Sitä ohjasivat Gaston Tissandier (1843–1899) ja Albert Tissandier (1839–1906).

Suurimmalla potkurin kierrosluvulla, 180 kierrosta minuutissa, ilmalaiva pystyi pitämään pintansa 3 m/s (10 km/h) tuulta vastaan. Tuuli voimistui ja kuljetti ilmalaivaa mukanaan, jolloin paluu kotiin kävi mahdottomaksi. He laskeutuivat Pariisin ulkopuolelle. Kävi täysin selväksi, että ilmalaiva tarvitsi lisää tehoa.

Ranskan armeijan kapteenit Renard ja Krebs seurasivat tarkasti, mitä Tissandierin veljekset oppivat rakentaessaan sähköilmalavaa. Tämän tiedon pohjalta he rakensivat salassa Ranskan armeijalle sähköilmalavan. Sotilasilmapallotukikohta Chalais-Meudon sijaitsi vain 6,5 km päässä Tissandierin veljesten pajasta Pariisissa.

Armeija piti akun komponentit salassa. Ainoastaan paljastettiin, että akku oli jaettu neljään osaan, jotka voitiin kytkeä rinnan pidempää lentoa tai sarjaan nopeampaa lentoa varten. Akuston enimmäisteholla 8,2 kW moottorin teho oli 5,7 kW. Moottorin hyötysuhde oli siis 70 %.

Suurimmalla teholla 7 metrin potkuri pyöri 46 kierrosta minuutissa.

Renard-Krebsin ilmalaiva oli ensimmäinen lentolaite, jossa oli potkuri edessä. Jopa ensimmäisessä lentokoneessa, Wrightin veljesten vuoden 1903 Flyerissa, ei ollut potkuria edessä.

Renard-Krebsin ilmalaiva ”La France” oli lähes kaksi kertaa niin suuri kuin Tissandierin ilmalaiva. Pallo oli 50 metriä pitkä. 1864 m3 vetyä tuotti noin 2100 kg nostovoiman.

Neitsytlennollaan 8. elokuuta 1884 Renard ja Krebs pystyivät palaamaan tukikohtaan sähköilmalavallaan. Muutamien kömpelöiden, höyrylaivaa muistuttavien edestakaisten liikkeiden jälkeen he laskeutuivat lähelle Hangar Y:tä Meudonissa, missä ilmalaiva oli rakennettu (hallirakennus on yhä olemassa, ks. https://hangar-y.com). Tämä oli historian ensimmäinen täysin hallittu lento.

”La France” -ilmalaivalla tehtiin useita koelentoja vuosina 1884–1885. Renard-Krebsin suunnittelun heikko kohta oli, että potkuri saattoi vaurioitua laskeutuessa.

”Henkilöihin liittyvien kysymysten täytyy väistyä, kun tieteen edut ovat vaakalaudalla, ja me tulemme aina iloitsemaan jäljittelijöidemme onnistumisesta.” —Gaston Tissandier (kirjassaan ”Mes ascensions, 1868-1888”)

1880-luvun alku oli siunattu hetki ihmiskunnan historiassa, sillä tulevaisuus näytti sähköiseltä. Sitten tulivat fossiilisilla polttoaineilla käyvät moottorit. Vuosi 1885 oli se, jolloin sekä Benzin että Daimler-Maybachin nestemäisellä polttoaineella toimivat polttomoottorit olivat valmiita käytännön käyttöön.

Ymmärtääksemme, kuinka pahasti kaikki meni — kirjailija Karl August Hindrey kirjoitti vuonna 1927 raikkaasta ilmasta, että se ”tuntuu taivaalliselta Pariisin bensiini- ja savukaasujen jälkeen”. Sataa vuotta myöhemmin ihmiset tuottavat yhä liiallisesti CO2:ta ilman todellista syytä.

Fossiilisten polttoaineiden teollisuutta voi verrata puhtaaseen sähköön kuin troolarikalastajaa ja maanviljelijää, joiden on kilpailtava samoilla ehdoilla, vaikka toinen vain riistää luontoa ja toinen tekee raskaan työn, joka on välttämätöntä planeettamme pelastamiseksi jälkeläisillemme.

Meidän pitäisi rakastaa Sähköä, meidän pitäisi tukea lasta, joka pelastaa maailmamme!