Jak zwykle nienagannie ubrany hrabia Ferdinand von Zeppelin, który miał dowodzić sterowcem w jego dziewiczym locie, zachowywał – jak na niemieckiego arystokratę i emerytowanego generała przystało – zimną krew. LZ 1 był owocem długich prac projektowych, doświadczeń i eksperymentów, które doprowadziły do stworzenia tej najdoskonalszej i najbardziej zaawansowanej maszyny latającej swoich czasów.
Fascynacja Zeppelina maszynami latającymi rozpoczęła się w 1863 r., podczas amerykańskiej wojny secesyjnej. Zeppelin znalazł się wśród licznych europejskich wojskowych, obserwujących zmagania Unii i konfederatów – tam właśnie wykonał swój pierwszy lot balonem. Jego przekonanie o użyteczności aerostatów wzmocniły doświadczenia wojny prusko-francuskiej (1870–71 r.), w trakcie której – podczas oblężenia Paryża – strona francuska używała z powodzeniem balonów do obserwacji i komunikacji. (Tam zresztą narodziła się również artyleria przeciwlotnicza – te pierwsze ballonkanone były montowane na ruchomych konnych platformach).
Historia lotnictwa uznaje pierwszeństwo braci Montgolfier: Josepha Michela i Jacques’a Etienne’a. Ci dwaj francuscy uczeni po serii prób i skonstruowaniu wielu latających modeli zbudowali papierowy balon, którego rozmiary pozwoliły wysłać w powietrze kaczkę, koguta i owcę. Eksperyment przeprowadzony 19 września 1783 r. w Wersalu w obecności Ludwika XVI dowiódł nie tylko sprawności aerostatu, ale również potwierdził, że żywa istota może przetrwać lot na wysokości 500 m. Już 21 listopada dwóch śmiałków, Pilatre de Rozier i markiz d’Arlandes, jako pierwsi ludzie w historii wykonali swobodny, trwający 25 minut przelot.
Te najwcześniejsze bardzo prymitywne balony na ogrzane powietrze, zwane montgolfierami, zostały szybko zastąpione przez znacznie doskonalsze aerostaty wypełnione wodorem – pierwszy wzbił się w powietrze już 1 grudnia. W styczniu 1785 r. Jean-Pierre Blanchard pokonał w takim statku powietrznym kanał La Manche. Potem, opromieniony sławą, udał się w tournée po Europie; był również w Warszawie, gdzie 10 maja 1789 r. w obecności króla Stanisława Augusta Poniatowskiego wykonał lot pokazowy.
Balony z wiosłami
Wodorowy balon Blancharda różnił się zdecydowanie od papierowej montgolfiery – miał poszycie z gumowanego jedwabiu, czaszę wyposażoną w klapę do spuszczania gazu otaczała sznurowa siatka, pilot znajdował się w osobnej gondoli obciążonej balastem. Szybko zauważono, że największą wadą aerostatów jest brak możliwości sterowania lotem (jedyną metodą jest zmiana wysokości z nadzieją, że na innym pułapie wieje wiatr w pożądanym przez pilota kierunku). Próbowano zastosować, choć z mizernym skutkiem, prymitywne urządzenia sterujące i napędowe – żagle i wielkie wiosła. XIX-wieczni uczeni rozumieli istotę problemu – zaczęto budować bardziej aerodynamiczne powłoki w kształcie walca, a brytyjski teoretyk George Cayley zaproponował wyposażenie aerostatu w śmigło, jednak żadne urządzenie poruszane siłą ludzkich mięśni nie mogło zapewnić statkowi powietrznemu wystarczającej sterowności i prędkości. Pionierzy lotnictwa musieli czekać na przełom technologiczny.
Twardy czy miękki?
W 1852 r. Francuz Henri Giffard zbudował aerostat, który możemy już z powodzeniem nazwać sterowcem. Pod napełnioną wodorem powłoką w kształcie wrzeciona konstruktor umieścił drewniany kil usztywniający konstrukcję, do którego zamocowano niewielką gondolę. Jako napęd posłużył Giffardowi poruszający śmigło silnik parowy jego konstrukcji o mocy 3 koni mechanicznych; pozwolił osiągnąć prędkość nieco ponad 9,5 km/h. Tak wyposażona maszyna wykonała 27-kilometrowy lot, uznawany dziś za pierwszy napędzany i sterowany lot w historii.
W 1872 r. Niemiec Paul Haenlein zbudował sterowiec z dwusuwowym silnikiem Lenoira na gaz ziemny, w 1883 r. Francuz Gaston Tissandier po raz pierwszy użył silnika elektrycznego. Taki sam napęd miał zaprojektowany przez Charles’a Renarda La France, który jako pierwszy statek powietrzny w historii wykonał w pełni kontrolowany lot, zataczając pętlę długości ok. 8 km. Przyszłość jednak należała do silników spalinowych, posiadających nie tylko znacznie większą moc, ale – co w przypadku lotnictwa szczególnie istotne – również zdecydowanie lepszy stosunek ciężaru do uzyskiwanej mocy.
Wszystkie te konstrukcje miały wspólną cechę – miękką powłokę, której kształt zależał w dużej mierze od utrzymania wewnętrznego ciśnienia. Główną zaletą tzw. sterowców miękkich była ich lekkość i stosunkowa łatwość budowy. Jednak taki rodzaj aerostatu ma też wiele wad – powłoka łatwo ulega odkształceniom pod wpływem warunków atmosferycznych, uniemożliwia też budowę większych jednostek. Projektanci zaczęli stosować rozwiązania kompensujące te wady – przez dodanie kila umieszczonego pod powłoką stworzono sterowiec półsztywny, zaś w celu zachowania stałego kształtu powłoki zaczęto stosować balonety – wewnętrzne zbiorniki z powietrzem, w których zależnie od potrzeby zwiększano lub zmniejszano ciśnienie tak, by bez względu na aktualną objętość gazu (zależną od wysokości i temperatury powietrza) powłoka zachowywała ten sam kształt.
Wciąż jednak pozostawał nierozwiązany problem niewielkich rozmiarów – większość XIX-wiecznych konstrukcji była w zasadzie zabawkami dla bogatych dżentelmenów. Jeśli sterowiec miał stać się prawdziwym, użytecznym dla gospodarki i armii statkiem powietrznym, musiał być zdolny do pokonywania znacznie większych dystansów i unoszenia dużych mas. Rozwiązaniem mógł być tylko sterowiec sztywny. Niezależnie od siebie zrozumiało to dwóch wizjonerów – Dawid Schwarz i hrabia Zeppelin.
Dawid Schwarz (obywatel monarchii austro-węgierskiej) zdecydował się na niezwykle śmiałą koncepcję – jego sterowiec miał całkowicie metalową konstrukcję. Z aluminium (którego produkcję na skalę przemysłową opanowano dopiero w 1886 r.) wykonano nie tylko sztywną wewnętrzną ramę i gondolę, ale również cienką (0,2 mm), przynitowaną do wręg powłokę. Długi na 38 m aerostat miał kształt pocisku, silnik Daimlera o mocy 12 koni napędzał trzy, również aluminiowe, śmigła. Swój pierwszy i jedyny lot (którego Schwarz nie doczekał – kilka miesięcy wcześniej zmarł na atak serca) maszyna wykonała 3 listopada 1897 r. Konstrukcja była poprawna, sterowiec bez trudu uniósł się w powietrze, jednak zawiódł napęd – po kolei przestały działać umieszczone na powłoce śmigła. Niesterowny aerostat rozbił się przy lądowaniu.
Warto w tym momencie wyjaśnić pewne nieporozumienie dotyczące wpływu konstrukcji Schwarza na sterowce Zeppelina. Często można przeczytać, że Zeppelin kupił od wdowy patenty i w swoich maszynach zastosował część rozwiązań Schwarza. Nie jest to prawda. Zeppelin uzyskał patent na sterowiec swojego pomysłu już w 1895 r., trudno też dostrzec podobieństwo pomiędzy aluminiowym pociskiem a LZ 1. Kontakty pomiędzy kompanią Schwarza a przedsiębiorstwem Zeppelina dotyczyły jedynie dostępu do aluminium produkowanego przez hutę Karla Berga, związanego umową na wyłączność z firmą zmarłego konstruktora.
Sterowanie odważnikiem
Zafascynowany maszynami latającymi, Ferdinand von Zeppelin od lat 80. XIX w. pracował nad rozwiązaniem podstawowych problemów konstrukcyjnych, usiłował też zainteresować swoimi pomysłami władze wojskowe. W 1892 r. nawiązał współpracę z inżynierem Theodorem Koberem; zarówno patent z 1895 r. opisujący projekt sterowcowego pociągu złożonego z powietrznej lokomotywy i dwóch ciągniętych przez nią wagonów, jak i konstrukcyjne rozwiązania zastosowane w LZ 1, to w dużej części dzieło Kobera.
Zeppelina nie interesowała kolejna latająca zabawka – chciał zbudować maszynę, która mogłaby znaleźć rzeczywiste zastosowanie w komunikacji, transporcie i na wojnie. Prace nad LZ 1 rozpoczęły się w maju 1898 r. – na Jeziorze Bodeńskim zbudowano pływający hangar, a do zespołu dołączył inżynier Ludwig Dürr, który zajął się kluczowymi dla projektu obliczeniami wytrzymałości konstrukcji.
Największą różnicą pomiędzy LZ 1 a wcześniejszymi maszynami latającymi był rozmiar sterowca. Ogromny, nawet na dzisiejsze standardy, aerostat mierzył 128 m długości, średnica kadłuba w jego głównej części miała ponad 11 m. Te gigantyczne wymiary miały zapewnić LZ 1 duży udźwig, zależny przecież od ilości gazu znajdującego się w zbiornikach. Przy tych gabarytach kadłub sterowca musiał być sztywny – tworzyła go aluminiowa rama złożona z ażurowych wręg i podłużnic. Wewnątrz mieściło się 17 zbiorników z gazem o łącznej objętości 11 300 m sześc. W dwóch zawieszonych sztywno aluminiowych gondolach o długości 6,2 m zamontowano po jednym 14-konnym, czterocylindrowym silniku Daimlera (niekorzystny dla tych słabych jednostek napędowych stosunek mocy do masy wynosił aż 25 kg na 1 KM), napędzającym po dwa aluminiowe śmigła zamocowane do wręg kadłuba. Dzięki temu rozwiązaniu, niemożliwemu do zastosowania w sterowcach miękkich, siła napędu działa nie pośrednio przez zawieszoną na linach gondolę, lecz bezpośrednio na kadłub sterowca.
Jak wkrótce miało się okazać, największą wadą LZ 1 było niedoskonałe sterowanie wysokością. Do zmiany kąta nachylenia sterowca (a więc w konsekwencji wznoszenia lub opadania) miał posłużyć ruchomy, 300-kilogramowy odważnik, zawieszony pod kadłubem na stalowej linie, który przeciągany pomiędzy pierwszą a drugą gondolą miał zmieniać wyważenie aerostatu. Koszt budowy prototypu wyniósł 200 tys. marek, z czego 10 tys. przypadło na samo napełnienie zbiorników gazem.
Nadszedł długo oczekiwany dzień. 2 lipca 1900 r. Zeppelin poprosił zebrane tłumy o zachowanie ciszy (nie był to tani efekt cyrkowej proweniencji – znajdujący się w przedniej gondoli hrabia nie mógł komunikować się z trzymającymi cumy żołnierzami inaczej niż krzykiem). Dokładnie o godz. 20.03 Ferdinand von Zeppelin wydał komendę: rzucić liny, i wielki sterowiec zaczął szybko wznosić się w powietrze. W ciągu zaledwie kilku sekund załoga LZ 1 znalazła się w śmiertelnym niebezpieczeństwie – dziobowa cuma została rzucona natychmiast, jednak żołnierze stojący od rufy nie usłyszeli rozkazu i sterowiec zaczął szybko stawać na ogonie. Sytuację uratował Zeppelin, wydając przytomnie komendę: cała naprzód. Pracujące z pełną mocą silniki ustawiły sterowiec we właściwej pozycji i maszyna zaczęła majestatycznie wznosić się nad wodami Jeziora Bodeńskiego. Tłum wiwatował.
Nie był to jednak koniec kłopotów załogi LZ 1. Lina, na której zawieszono odważnik, zacięła się i przeważony na dziób sterowiec zaczął opadać. Wyrzucenie przedniego balastu nie zrównoważyło aerostatu – kiedy dowódca wydał komendę: cała wstecz, jeden z silników odmówił posłuszeństwa. Sterowiec musiał awaryjnie wodować, jednak dwudziestominutowy lot, choć wykazał wady systemu sterowania, dowiódł, że koncepcja wielkiego sterowca o sztywnym kadłubie ma sens.
Zwycięstwo hrabiego
Jednak wyniki nie przekonały ani ewentualnych inwestorów, ani obecnych na miejscu oficerów niemieckiej armii, którzy mieli zdać raport o ewentualnej przydatności maszyny do celów militarnych. W rezultacie kompania została rozwiązana w listopadzie 1900 r., a LZ 1 rozmontowany. Ale Zeppelin nie zamierzał się poddawać – ryzykując kompletne bankructwo, zbudował wraz z Ludwigiem Dürrem (który zastąpił Kobera) trzy kolejne sterowce, po kolei rozwiązując problemy z napędem i sterowaniem. Zbudowany w 1908 r. LZ 4 był już w pełni sprawną maszyną latającą, zapewniającą załodze kontrolę nad sterownością, dzięki czemu nowy zeppelin (jak zaczęto nazywać te sterowce) mógł wykonać trwający 12 godzin, liczący 380 km przelot do Szwajcarii i z powrotem, pokonując po drodze Alpy. Jednak niecałe dwa miesiące po swoim pierwszym locie LZ 4 został zniszczony przez burzę.
I kiedy zdawało się, że nic nie zdoła uratować hrabiego Zeppelina przed ostateczną klęską, wydarzył się cud – publiczna i dobrowolna zbiórka funduszy w zaledwie kilka tygodni przyniosła zawrotną sumę 6,5 mln marek. To niespodziewane wsparcie pozwoliło nie tylko wznowić produkcję sterowców, ale też powołać do życia Deutsche Luftschiffahrts-Aktiengesellschaft (DELAG) – pierwszą na świecie komercyjną linię lotniczą, utrzymującą komunikację pomiędzy największymi niemieckimi miastami. W latach 1910–14 cztery nowe statki latające – Schwaben, Victoria Luise, Hansa i Sachsen – przewiozły bezpiecznie ponad 34 tys. pasażerów, wykonując w sumie 1588 lotów komercyjnych. DELAG stał się też kuźnią kadr dla sterowców armii i marynarki, które od 1915 r., bombardując brytyjskie miasta, rozpoczęły pierwszą bitwę o Anglię.