المناطيد والسفن الهوائية.. مطايا غزو السماء قبل عصر الطائرات الحديثة

حاول الإنسان منذ عهد بعيد أن يختلق الطيران، محاكيا الصقور والنسور في هيكلة جناحيها، فلم تطب له الأرض بعظمتها، بل ظلت عيناه ترنوان إلى السماء.

ففي القرن التاسع الميلادي كان المخترعُ الأندلسي عباس بن فرناس صاحبَ إحدى المحاولات الأولى، فقد حلّق عاليا من أحد أبراج مدينته قرطبة في الأندلس، مستخدما آلة شراعية غريبة الأطوار، وقد تكللت المحاولة بالنجاح في غرضها الأساسي، لكنها أخفقت عند لحظة الهبوط، إذ إنه لم يعر اهتماما لكيفية نزول الطيور عند هبوطها على الأرض، مما أصابه ببعض الكسور، لكنه نجا منها وبقي حيا بعدها أعواما طويلة.1

لم يروِ التاريخ لنا الكثير عن ابن فرناس، لكن الطموح نفسه قد أصاب لاحقا الفنان والمهندس الحربي الإيطالي “ليناردو دا فينشي” الذي يُعد أحد رموز عصر النهضة في أوروبا، فقد كان مولعا برسم آلات الطيران الخيالية حالما بأن يشاطر السماء يوما ما مع الطيور.

ففي إحدى أشهر رسوماته، تظهر الطائرة المجنّحة الخفاقة “الأورنيثوبتر”، وهي ترفرف بأجنحتها بطريقة مشابهة لرفرفة أجنحة الطيور. ومما تظهره الرسومات، فإنّ الجناحين يتجاوز طولهما 33 قدما، وكان من المقرر أن يكون الإطار مصنوعا من خشب الصنوبر المغطى بالحرير الخام، فيكون غطاء خفيفا ومتماسكا.2

وبطبيعة الحال فإن “دافنشي” أدرك بنفسه بأن لا قوّة متاحة قادرة على رفع هذه الآلة من الأرض إلى الأعلى، لذا تخلى عن فكرته وصبّ اهتماماته على اختراعات أخرى. ولعلّ استنتاج “دافنشي” قد خاب هنا على الرغم من إصابته في جزء مما توصل إليه، فإنّ القدرة على الطيران لم تكن أمرا محالا، بل حيلا علمية قادرة على رفع الإنسان إلى الأعلى بأبسط الأشكال الهندسية الممكنة، تلك المفاهيم العلمية التي تعود جذورها إلى ما هو أبعد من ذلك بكثير، وتحديدا القرن الثالث قبل الميلاد، وقد مهدّت للإنسان الطيران حتى قبل ظهور الطائرات الحديثة.

“أرخميدس”.. تجربة لفحص تاج الملك الذهبي

“يوريكا.. يوريكا”. بهذه الكلمات صدح صوت عالم الرياضيات الإغريقي “أرخميدس” وهو يجري عاريا في شوارع مدينة سرقوسة التاريخية، رافعا يديه إلى السماء، مبتهجا وجسمه كلّه مبلل، تحت مرأى الجميع في مشهد أسطوري ما زالت ترويه الأجيال منذ أكثر من ألفي عام.

ووفقا لما ترويه الأسطورة فإنّ “أرخميدس” قد كلّفه الزعيم اليوناني “هيرو الثاني” بفحص نسبة نقاوة الذهب في تاجه الملكي، بسبب الشكوك التي كانت تحوم حوله. ولأنّ التاج الذهبي لم يكن منتظم الشكل فإنّ الأمر بدا شائكا ومحالا، لأنه غير قادر على مقارنته بصفيحة ذهب بذات الشكل والحجم، والمعامل الوحيد الذي يمكن إدراكه وقياسه هنا هو كتلة التاج، أو وزنه إن صح التعبير. وأما نسبة نقاوته وتركيبته الداخلية سواء كان ذهبا خالصا أو خليطا من المعادن الأخرى، فلا يمكن الجزم فيه.

وكلّما فكر “أرخميدس” في المسألة أكثر زاد تعقيدها حتى أوشك على فقدان عقله، وفي صبيحة يوم من الأيام طوّعت له نفسه بأن يأخذ حماما ساخنا، وقد كان ذلك جزءا من الثقافة اليونانية القديمة، وهو استخدام الحمامات والمغاطس الحارة للاسترخاء والاستجمام، وفي اللحظة التي غمر فيها جسده في الماء، لاحظ بأن المنسوب قد ارتفع حتى فاض الماء إلى خارج الحوض.

مرّت لحظات وهو يتمعّن المشهد ليحاول جاهدا ربط ملاحظاته بالمسألة المرهقة التي أشغلته، ثمّ قفز فجأة من الحوض وخرج صارخا “يوريكا.. يوريكا” أي “وجدتها وجدتها”، وكان الجميع في دهشة من أمره. لقد أدرك “أرخميدس” بأنّ أي جسم مهما بدا عشوائي التركيب (غير منتظم) عندما ينغمر في الماء سواء كلّه أو جزء منه فإنه يُحدث إزاحة في الماء، وحجم هذه الإزاحة تساوي حجم الجسم المغمور أو الجزء المغمور منه.

إن أي علاقة تجمع بين الحجم والكتلة والكثافة ستجعل من السهل الحصول على نتائج مرضية بما يخص التاج الذهبي، فالكثافة هنا تعد عاملا مهما لفهم طبيعة المعادن الموجودة في التاج، والكثافة -بأبسط تعريف لها- هي مقدار الكتلة “المحشوّة” في حجم جسم ما.

فالتجربة التي عمل عليها أرخميدس أن جلَب كتلة من الذهب الخالص تعادل كتلة التاج الملكي، وعندما وضعهما في الحوض، كانت كميةُ المياه المزاحة في قطعة الذهب أقلَّ من تلك التي أزاحها التاج الملكي، مما يعني أنّ ثمة اختلافا في الكثافة، وأنّ ثمّة موادا في التاج الملكي أخرى غير الذهب أقل كثافة، علما أن كثافة الذهب كانت معروفة حينذاك.3

“مبدأ أرخميدس”.. صدفة تصنع أحد أشهر مبادئ الفيزياء

ببراعة استطاع “أرخميدس” حل معضلة التاج الملكي، ولم يكن يدرك حينها بأنه بصدد صياغة أحد أشهر مبادئ الفيزياء وأحد قوانين ديناميكا الموائع، وهو مبدأ “أرخميدس” لطفو الأجسام، وينص على أنّ أي جسم مغمور كليا أو جزئيا في المائع يتعرض لقوة تُعرف بـ”قوة الطفو”، وهي قوّة تعادل وزن السائل الذي يزيحه الجسم عند غمره.

وبصيغة أخرى، تعمل قوة الطفو عكس اتجاه الجاذبية، أي إلى الأعلى، فإذا إذا كان وزن الجسم المغمور أعلى من قوة الطفو فإنّه ينغمر باستمرار حتى يصل إلى القاع، وإذا كانت قوة الطفو مساوية لوزن الجسم، فإنّه سيكون معلقا في حالة توازن كما هو الحال مع الغواصات داخل الماء، لكن حينما تكون قوة الطفو أعلى من الوزن، فإنّ ذلك يعني بأن الجسم سيصعد إلى الأعلى كما هو حال السفن، وهو ذات مبدأ الطيران الذي تعتمده المراكب الهوائية، وتضم المناطيد والسفن الهوائية.

فليس الماء وحده مائعا، فحتى الغلاف الجوّي للأرض يُعد مائعا، لأنه يتكوّن من مجموعة من الغازات، وهذه الغازات لها نسب معينة تشكّل متوسط كثافة الهواء الذي يعادل 1.225 كغم في المتر المكعب، وذلك في الظروف القياسية عند مستوى سطح البحر.

فلو أردنا تطبيق مبدأ “أرخميدس” على الغلاف الجوّي، فكلّ ما علينا فعله هو الحصول على مجسَّم تكون محصّلة كثافته النهائية أقل من كثافة الهواء. ويمكن تحقيق ذلك عبر طريقتين؛ إما استخدام غاز أخف من الهواء كالهيليوم لملأ المنطاد، أو تسخين الهواء داخل المنطاد، لأنّ ثمة علاقة طردية بين درجة الحرارة والكثافة، فكلما زادت درجة الحرارة قلّت الكثافة، وبالتالي يرتفع الهواء الساخن إلى الأعلى ويرتفع معه المنطاد.

“مونتغولفييه”.. فرنسيان يمتطيان الهواء الساخن إلى السماء

في عام 1783، وعلى مشارف بلدة أنوناي الواقعة جنوب شرقي فرنسا، عمل الأخوان “جوزيف” و”إتيان مونتغولفييه” على إطلاق منطاد هوائي حاملا على متنه مجموعة من الحيوانات الأليفة، وهذه التجربة هي الأولى من نوعها، ثم عاودا الكرّة بعدها، لكن هذه المرة صعدا بنفسيهما في المنطاد، مع الإبقاء على حبل متين مربوط في قاعدة أرضية، ليحميهم من الإفلات إلى الأعلى.

ملأ الأخوان “مونتغولفييه” منطادهما بالهواء الساخن بعد حرق أكوام من القش والصوف أسفل فتحة المنطاد، ولم يستغرق الأمر طويلا حتى وجدا نفسيهما مرتفعين عن الأرض عند مسافة قصوى بلغت كيلومترا، وبقوا معلّقين في الهواء قرابة 10 دقائق قبل أن يعود المنطاد أدراجه.

بعد ذلك، غادر الأخوان “مونتغولفييه” إلى العاصمة الفرنسية باريس، وأعادا تجربتهما وسط جموع غفيرة، وقد حلّق المنطاد في سماء باريس لمسافة تجاوزت 9 كيلومترات في غضون 25 دقيقة، وهو ما يعد إنجازا فريدا في فترة زمنية قياسية. وبسبب اختراعهما كُرّما ونالا لاحقا تكريما خاصا من أكاديمية العلوم الفرنسية، ولم يكن ذلك سوى مدخل في عالم الطيران.4

منطاد الهيدروجين.. اختراع يعبر المحيط ويكسر الأرقام القياسية

تركت تجربة الأخوين “مونتغولفييه” في نفوس سكان باريس أثرا بليغا، حتى بات المنطاد أمرا رائجا؛ فكانت تسريحات الشعر والملابس وأقفاص الطيور والساعات وأثاث المنازل جميعها ملهمة من شكل المنطاد، لقد كان حديث الشارع حينئذ.

ولم يمض أكثر من أسبوعين، حتى أقبل المخترع الفرنسي “جاك تشارلز” بإضافته الذكية، وهو استخدام غاز الهيدروجين بدلا من الهواء الساخن في رفع المنطاد، ذلك لأنه كان ضليعا في تحضير غاز الهيدروجين، وكان يدرك بأنه أخف من الهواء.

وبالاستعانة بزميله “نيكولا روبرت” الذي كان يدرك طريقة طلي الحرير بالمطاط، استطاع إرسال أول منطاد هيدروجيني إلى السماء، ليكسر الرقم القياسي السابق المسجّل باسم الأخوين “مونتغولفييه” على مستوى العلو والمدة الزمنية في التحليق، لأن الهواء داخل المنطاد تنخفض حرارته إذا ما توقف تدفق الحرارة وتسخينه باستمرار، وهذا غير ممكن لسببين؛ أن الوقود في المحصلة سينفذ، ولأن النار إذا ما ظلت مشتعلة فمن المحتمل أن تصل الشرارة إلى المنطاد فتتسبب في إشعاله. واستخدام الهيدروجين يحلّ هاتين المسألتين.

وقد أضاف “تشارلز” عددا من التعديلات الأخرى في قمرة الركاب التي يُطلق عليها “الغندول”، فجعلها مصنوعة بشبكة محكمة من الخيزران، وأضاف نظامَ صمامٍ وصابورة للتحكم بحركة المنطاد عاموديا، ومنذ ذلك الحين لم تطرأ المزيد من التعديلات لأكثر من 200 عام.

لقد شهدت حديقة “التويلري” الشهيرة في باريس إطلاق المناطيد بحضور جماهيري ضخم وصل إلى نحو 400 ألف شخص، أي حوالي نصف سكان العاصمة.5

وبعد أن زاد هوس الفرنسيين بالمناطيد، قرر المخترع الفرنسي “جان بيير بلانشارد” أن ينقل الاختراع إلى الضفة الأخرى من الكوكب، إلى القارة الأمريكية، حيث كانت تشهد ولادة وتأسيس الولايات المتحدة الأمريكية. ففي عام 1793، ومن ساحة سجن واشنطن في فيلاديفيا، صعد “بلانشارد” بمنطاده في حفل استعراضي حضره الرئيس الأمريكي “جورج واشنطن” وبرفقته السفير الفرنسي، وحولهما حشد كبير من المتفرجين.6

“فون زيبلين”.. محركات تفتح عصر السفن الهوائية

على الرغم من النجاح الكبير الذي حققته المناطيد بإضافة التعديلات الجوهرية، فقد ظلّ التحدي الأكبر الصعب متمثلا في إيجاد طريقة لتوجيه المركبة وتحريكها أفقيا، فكثير من الأفكار المطروحة لم ترق إلى التطلعات، مثل إضافة مجاديف وأشرعة، أو تلك الأفكار المجنونة كالاستعانة بمجموعة من النسور لتحريك المنطاد.

ولم يكن الأمر ممكنا حتى ظهرت محركات البنزين الخفيفة في ثمانينيات القرن التاسع عشر، فقد دفع ذلك المخترع الألماني “فرديناند فون زبلين” إلى إضافة محرك على سفينته الهوائية، وهي تختلف عن المنطاد في الشكل، بالإضافة إلى أنّ قسما من السفن الهوائية تحتوي على هيكل معدني داخلي وقمرة قيادة.

كانت سفينة “زيبلين” الهوائية “ل.ز.1” (LZ1) ذات طول يبلغ 416 قدما، وذات هيكل معدني من الألمنيوم، ومحركي بنزين بقوّة 16 حصان. وكانت التجربة الأولى للسفينة الهوائية في مطلع القرن العشرين، حين حلّقت مدة 18 دقيقة، قبل أن تضطر للهبوط لمشاكل فنية. وفي نفس العام حلقّت للمرة الثانية، لكن بتغطية إعلامية واسعة، فلاقت رواجا وتمويلا من جهات عدة.

وبحلول عام 1909 أسس “زيبلين” شركة “زيبلين الألمانية للنقل”، وبين عامي 1911-1914 نقلت سفن الشركة الهوائية أكثر من 34 ألف راكب. ولكن سريعا ما اندلعت الحرب العالمية الأولى، وحينها أخذت السفن الهوائية مسارا مغايرا، ودخلت في الخدمة العسكرية، لتلعب دورا مهما.7

“ليست مميتة لكنها مرعبة”.. سفن الحرب العالمية الأولى

سخّرت السفن الهوائية كافة خدماتها في الأغراض العسكرية، ولا سيما في ألمانيا التي تعد مركز التصنيع والمنشأ، ليس على مستوى سفن “زيبلين” الهوائية فحسب، بل حتى على مستوى المحركات، بفضل الشركات الرائدة في تصنيع محركات الاحتراق الداخلي.

وقد بات هناك خط إنتاج كامل لتصنيع السفن الهوائية بمواصفات مستحدثة، كاستخدام الفولاذ بدلا من الألمنيوم، للحفاظ على صلابة الهيكل الداخلي، وبتزويدها بما يصل إلى طنّين من المتفجرات، وإلى بعض الأسلحة الثقيلة، بالإضافة لقدرتها على نقل الجنود من مكان إلى آخر واستغلال خاصية الإنزال الجوّي في أرض العدو، وبسرعة تصل إلى 130 كم في الساعة.

“لم تكن تلك المركبات الضخمة مميتة، لكنها كانت مرعبة للغاية”. فمشهدها وهي تتوسط السماء على ارتفاع شاهق وبضخامتها المريعة، يجعل من السهل أن يدب الرعب في نفوس الأعداء.

وقد استخدمت بريطانيا بعض العبارات التحفيزية في أثناء دعوة الشباب للانضمام لجيشها دفاعا عن البلاد، حينما تلقت تهديدات مباشرة من ألمانيا بقصف المدن البريطانية، فكانت عبارة المنشور الدعائي المستخدم: الخروج لمواجهة الرصاص خير من التعرض للقصف في منزلك.

وتقول “كايت أرجيل” -وهي محاضرة في التراث الإنجليزي- إن السفن الهوائية الحربية لم تكن تمتلك أي ميزة عسكرية حقيقية، فكان الأمر كله يتعلق ببث الرعب فحسب، إذ كانت السفن الهوائية تخرج فجأة من الظلام ولا يمكنك التنبؤ بظهورها بسبب حركتها العشوائية.8

ومع نهاية الحرب العالمية، عادت السفن الهوائية مرة أخرى إلى العمل في مجالي النقل والشحن حتى عام 1937، حين وقعت حادثة تحطم “هيندينبورغ” التي تُقارن بفاجعة سفينة “تيتانيك”، إذ تعرضت سفينة “هينديبنورغ” العابرة للقارات لحادث مأساوي أسفر عن مقتل 36 شخصا من أصل 97 آخرين، ونجا الآخرون بأعجوبة.

وقد شاهد الحادثةَ ملايينٌ من الناس، بسبب التغطية الإعلامية التي كانت موجودة لحظة وصول السفينة الهوائية، فنشرت الصحف والجرائد عددا من الصور، فضلا عن اللقطات المصوّرة المفجعة وسط صرخات وهلع الحضور، مما دفع ذلك إلى ردة فعل عالمية، ووضع حد لاستخدام المناطيد والسفن الهوائية على نطاق واسع، وظلّ الأمر مقتصرا من حينها حتى اليوم على الاستخدامات البسيطة في عمليات الاستطلاع وفي المراقبة الجوية.

 

المصادر:

[1] لينبارد، جون (التاريخ غير معروف). عباس بن فرناس. الاسترداد من: https://engines.egr.uh.edu/episode/1910

[2] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). آلة الطيران. الاسترداد من: https://www.da-vinci-inventions.com/flying-machine

[3] الشريف، يمان (2023). معادلات غيّرت شكل العالم.. رحلة من الترف العلمي تصنع الحضارات. الاسترداد من: https://shorturl.at/uxHWY

[4] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). جوزيف ميشيل وجاك إتيان مونتجولفييه. الاسترداد من: https://www.britannica.com/biography/Montgolfier-brothers

[5] محررو الموقع (2023). المناطيد والسفن الهوائية – ماضي وحاضر ومستقبل. الاسترداد من: https://www.rc-zeppelin.com/Balloons%20&%20Airships%20-%20past,%20present%20and%20the%20future.html

[6] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). تصريح لجان بيير بلانشارد، 9 يناير 1793. الاسترداد من: https://founders.archives.gov/documents/Washington/05-11-02-0383

[7] روزينبرج، جينفير (2019). تاريخ المركبات الأخف من الهواء. الاسترداد من: https://www.thoughtco.com/history-of-lighter-than-air-craft-1779635

[8] محررو الموقع (2014). الحرب العالمية الأولى: كيف أحدثت زيبلين الألمانية الرعب. الاسترداد من: https://www.bbc.com/news/uk-england-27517166