Elektriska luftskepp 1883–1884

Artikel av James Herne

200 utställare visade sina elgeneratorer, elmotorer, batterier och batterikomponenter på den internationella elutställningen i Paris. Året? 1881. Inte 1981. 1881.

1800-talet var fullt av uppfinningar. Låt oss titta på några av dem:

1859 – Planté uppfann det uppladdningsbara batteriet. Hans uppfinning lever vidare i 12 V bilbatterier.
1873 – Siemens skapade den första kommersiellt praktiska elgeneratorn. Den fungerade också som en elmotor.
1879 – Siemens skapade ett litet ellok som kunde dra 3 vagnar med 6 sittplatser i varje.
1880 – Trouvé förbättrade verkningsgraden hos Siemens-motorn.
1881 – Trouvé uppfann den elektriska trehjulingen och den elektriska utombordsmotorn för en båt.

Så de första nöjesfordonen skapades av Gustave Trouvé, och dessa fordon var elektriska. Fossilt kol användes för ångmaskiner, men fossil olja användes ännu inte.

Som vi kan se på karikatyren från 1881 var Kung Ånga och Kung Kol bekymrade över den nyfödda, som hade fått namnet Elektricitet:

Efter att ha sett Trouvés elektriska båt på floden Seine i Paris den 26 maj 1881 fick Gaston Tissandier idén att skapa ett luftskepp med elmotor. Tissandier hade flugit varmluftsballonger i över tio år och utan att spilla tid registrerade han den 9 juni 1881 ett patent för ”Application of Electricity to Aerial Navigation”. Tissandier hade också börjat bygga en 4 m lång modell av sitt drömluftskepp för den kommande elutställningen.

1881 års internationella elutställning i Paris var den enskilt viktigaste händelsen i mänsklighetens historia för att främja praktiska användningar av elektricitet. Utställningen var öppen varje dag i 4 månader. Evenemangets lysande stjärnor var de elektriska lamporna och det var orsaken till att utställningen var öppen från tidigt på morgonen till sent på kvällen.

”På kvällen får utställningen ett sagolikt utseende; det blir en verkligt bländande ljusshow. Allmänheten tröttnar aldrig på att studera och beundra alla de vetenskapliga underverk som nu samlats i detta monument, som man skulle kunna kalla elektricitetens tempel.” — tidskriften ”La Nature”, 1881-08-20

Apparaten för att generera elektricitet kallades en maskin (för övrigt är ”machine” ett franskt ord). När en källa till elektricitet anslöts till denna maskin kallades maskinen en motor. År 1881 låg huvudfokus på att använda maskinerna för att generera elektricitet. På utställningen fanns olika maskiner: likströmsmaskin med permanenta magneter, växelströmsmaskin med permanenta magneter och likströmsmaskin med elektromagneter (växelströmsmotor med elektromagneter patenterades av Nikola Tesla några år senare, 1888).

Ett unikt inslag på utställningen var en modell av Tissandiers framtida elektriska styrbara luftskepp. Denna stora modell byggdes på bara 2 månader. Modellen hade laddningsbara Planté-batterier. Den lilla elmotor som byggdes av Trouvé vägde bara 220 gram.

Tissandier räknade ut att ett luftskepp som var 10 gånger större än modellen skulle göra det möjligt att bära flera personer.

Victor Hugo, 79 år gammal, skrev efter ett besök på elutställningen 1881:

”Dagen är nära då jordytan kommer att utformas för att lagra solvärme; /-/ Omvandlad till elektricitet kommer denna värme att distribueras överallt, lysa upp allmänna gator på natten, driva maskiner, dra lok. /-/ Framtiden kommer att bli strålande, rättvis, befriande. Den kommer att vara vacker och god. Ni som är unga kommer att få se dessa underverk. Vad mig beträffar kommer jag inte att få se dem, men jag vet att de kommer.”

”Av alla naturkrafter är den som är minst kostsam och mest jämnt fördelad vindkraften, men det är också den mest försummade.” — tidskriften ”La Nature”, 1883-07-14

Före den fossila oljeeran hade ingenjörerna precis börjat hitta idéer om hur man skulle utnyttja energin från solen och vinden. Även innan bilen uppfanns skapades ett luftskepp med elmotor!

Bröderna Tissandier hade varken tid eller pengar att bygga en hangar, så de var tvungna att bygga luftskeppets stora komponenter utomhus. Aerostatens storlek bestämdes av Tissandiers tomt i Paris. Som vi kan se av ritningen var den planerade längden på luftskeppet 27 m:

Gaston Tissandier ägnade sig åt att bygga elmotorn, batteriet och apparaten för att producera vätet till ballongen, medan hans bror Albert Tissandier ägnade sig åt att bygga luftskeppet.

År 1882 beställde Gaston Tissandier konstruktionen av ett kraftfullt och lätt batteripaket. På den tiden innebar det att det cirka 5 kWh stora batteripaketet vägde 180 kg. Zink- och kolplattor placerades växelvis i ett batterihölje av ebonit. Strömmen genererades av en vätska bestående av vatten, svavelsyra (H2SO4) och kaliumdikromat (K2Cr2O7).

På uppdrag av Gaston Tissandier konstruerades en lätt motor av Siemens i Paris. Den nya motorn vägde 55 kg. Vid batteripaketets maximala effekt på 1,8 kW (40 V, 45 A) kunde motorn leverera 1 kW. Motorns verkningsgrad var 55 % (som jämförelse ligger verkningsgraden för moderna elmotorer kring 95 %).

Motorn drev propellern genom en utväxling på 1:10. Vid en maximal motorns hastighet på 1800 varv/min roterade propellern med 180 varv/min. Propellern, med en diameter på 2,85 m, vägde 7 kg.

Inledningsvis användes 24 separata batterier för testerna, men sedan byggdes fyra 6-cellsbatterier för att spara plats i gondolen. En roterande omkopplare gjorde det möjligt att använda 6, 12, 18 eller 24 battericeller, vilket gav 4 olika propellerhastigheter.

Beräkningar visade att luftskeppets topphastighet inte skulle överstiga 15 km/h. Vindhastigheten ligger under den siffran bara i lugnt väder. I januari 1883 skrev Gaston Tissandier i tidskriften ”La Nature” att om det vore ekonomiskt möjligt skulle de bygga en större aerostat som kunde bära en 5 kW-motor. Den franska armén noterade tyst denna information.

När bröderna Tissandiers luftskepp blev klart var det 28 meter långt. Den 1060 m3 stora ballongen fylld med väte hade en lyftkraft på 1250 kg. För att den första provflygningen skulle bli lätt beslöt man att startvikten skulle ligga bara 10 kg under lyftkraften, alltså 1240 kg. Luftskeppet vägde 704 kg inklusive motor och batterier. Bröderna och instrumenten de tog med sig vägde totalt 150 kg. Detta lämnade 386 kg för kastballast. Kastballast behövdes för att reglera uppstigningen. För nedstigning släpptes en del av vätet ut ur ballongen.

Den 8 oktober 1883 kom den viktiga dagen. Åskådare samlades på Tissandiers gård och såg det första eldrivna luftskeppet lyfta. Det flögs av Gaston Tissandier (1843–1899) och Albert Tissandier (1839–1906).

Vid maximalt propellervarvtal på 180 varv per minut kunde luftskeppet hålla stånd mot en vind på 3 m/s (10 km/h). Vinden tog i och förde luftskeppet med sig, vilket gjorde det omöjligt att återvända hem. De landade utanför Paris. Det stod övertydligt klart att luftskeppet behövde mer kraft.

De franska armékaptenerna Renard och Krebs följde noggrant vad bröderna Tissandier hade lärt sig när de byggde ett elektriskt luftskepp. Baserat på denna information byggde de i hemlighet ett elektriskt luftskepp åt den franska armén. Den militära ballongbasen Chalais-Meudon låg bara 6,5 km från bröderna Tissandiers verkstad i Paris.

Batterikomponenterna hölls hemliga av armén. Det avslöjades bara att batteriet var uppdelat i fyra sektioner som kunde kopplas parallellt för en längre flygning eller i serie för en snabbare flygning. Vid maximala 8,2 kW från batteripaketet var motoreffekten 5,7 kW. Alltså var motorverkningsgraden 70 %.

Vid maximal effekt roterade propellern med 7 m diameter 46 varv per minut.

Luftskeppet Renard-Krebs var det första luftfartyget med en propeller fram. Inte ens det första flygplanet, bröderna Wrights 1903 Flyer, hade propeller fram.

Luftskeppet Renard-Krebs ”La France” var nästan dubbelt så stort som Tissandiers luftskepp. Ballongen var 50 m lång. 1864 m3 väte gav en lyftkraft på omkring 2100 kg.

På sin jungfrufärd den 8 augusti 1884 kunde Renard och Krebs återvända till basen med sitt elektriska luftskepp. Efter några manövrar fram och tillbaka, klumpigt som en ångbåt, landade de nära Hangar Y i Meudon, där luftskeppet byggdes (hangaren finns fortfarande kvar, se https://hangar-y.com). Detta var den första fullt kontrollerade flygningen i historien.

Luftskeppet ”La France” gjorde flera provflygningar 1884–1885. Den svaga punkten i Renard-Krebs konstruktion var att propellern kunde skadas vid landning.

”Questions of personalities must disappear when the interests of science are at stake, and we will always applaud the success of our imitators.” — Gaston Tissandier (i sin bok ”Mes ascensions, 1868-1888”)

Första delen av 1880-talet var ett välsignat ögonblick i mänsklighetens historia eftersom framtiden såg elektrisk ut. Sedan kom motorerna som drevs med fossila bränslen. 1885 var året då de flytande bränsleförbränningsmotorerna från både Benz och Daimler-Maybach var redo för praktisk användning.

För att förstå hur fel det gick — författaren Karl August Hindrey skrev 1927 om frisk luft att den ”känns himmelsk efter bensin- och rökoset i Paris”. Hundra år senare skapar människor fortfarande överdrivna CO2-utsläpp utan egentlig anledning.

Fossilbränsleindustrin kan jämföras med ren elektricitet som en fisketrålare och en bonde som måste konkurrera på samma villkor, där den ena helt enkelt exploaterar naturen och den andra gör det hårda arbete som är nödvändigt för att rädda planeten åt våra efterkommande.

Vi borde älska Elektriciteten, vi borde stötta barnet som räddar vår värld!