कां विमान उडते अधांतरी? (उत्तरार्ध)

माझा स्वतःचा एअरोडायनॅमिक्स या विषयाशी काडीचाही संबंध कधी आलेला नसल्याने सर्वसामान्य माणसाला त्याच्या कॉमन सेन्समधून जेवढे आकलन होईल एवढीच माहिती आंतर्जालावरील विविध स्रोतांमधून जमवून ती सोप्या शब्दात या लेखात मांडण्याचा माझा विचार आहे. पण वाचकांना या लेखाचा अर्थ कळावा यासाठी त्यासंबंधी थोडीशी तांत्रिक माहिती या भागात देत आहे. एअरोडायनॅमिक्स हा गहन विषय व्यवस्थितपणे समजण्यासाठी वायुरूप पदार्थांचे वस्तुमान, तपमान, दाब, व्हिस्कॉसिटी, डिफ्यूजन वगैरेंचे परस्परसंबंध अशा कांही वैज्ञानिक संकल्पनांची पार्श्वभूमी त्या आधी तयार असणे आवश्यक आहे असे मला वाटते. सर्वसामान्य वाचकाकडून याची अपेक्षा नसल्यामुळे  कोठलाही शास्त्रीय सिद्धांत न सांगता व कोठलेही समीकरण न मांडता, अत्यावश्यक तेवढेच तांत्रिक शब्द वापरून, रोजच्या जीवनातील साधी उदाहरणे देत तांत्रिक दृष्ट्या जुजबी अशी माहिती देण्याचा माझा प्रयत्न आहे. नेहमी उपयोगात येऊन रूढ झालेले मराठी शब्द मी वापरले आहेत. पण मला माहीत नसलेल्या कांही मराठी शब्दांसाठी ‘उचल’, ‘ओढ’, ‘धक्का’ अशासारखे मला चमत्कारिक वाटणारे मराठी प्रतिशब्द निर्माण न करता त्या मानाने सोपे वाटणारे लिफ्ट, ड्रॅग, थ्रस्ट यासारखे इंग्रजी शब्द तसेच उपयोगात आणले आहेत.

पूर्वार्धात आपण असे पाहिले आहे की हवेपेक्षा जड असूनही हवेमध्ये तरंगण्यासाठी ती वस्तु गतिमान असावी लागते. अशा उडत्या वस्तूवर एकाच वेळी चार दिशांनी चार प्रकारचे जोर कार्य करीत असतात. गुरुत्वाकर्षणामुळे पृथ्वी तिला खाली खेचते तर गतिमान हवा वर उचलते. या वर उचलण्याला ‘लिफ्ट'(उचल) म्हणतात. पुढे जाण्यासाठी जो जोर लावावा लागतो त्याला ‘थ्रस्ट'(धक्का) असे नांव दिले आहे. या पुढे जाण्याला हवेकडून होणा-या प्रतिकारामुळे ती वस्तु मागे ओढली जाते, याला ‘ड्रॅग'(ओढ) म्हणतात. विमानाच्या इंजिनाने दिलेल्या थ्रस्टमुळे विमान पुढे सरकते आणि विमानाच्या मुख्यतः पुढे जाण्याच्या या क्रियेमुळेच लिफ्ट व ड्रॅग या दोन्ही प्रतिक्रिया निर्माण होतात. विमान उचलले जाण्यासाठी कमीत कमी थ्रस्टची आवश्यकता लागणे, इंजिनापासून मिळणा-या थ्रस्टमधूनन जास्तीत जास्त लिफ्ट मिळवणे व दिशा, वेग आणि उंची यावर चांगला ताबा ठेवणे हे विमान तयार करून उडवण्याच्या कलेतील कौशल्य आहे. त्याचा विकास कसा होत गेला हे थोडक्यात पाहू.
 
पुरातनकालापासून मनुष्यप्राणी त्याच्या सभोवतालच्या निसर्गामधील विविध ऊर्जासाधनांचा आपल्या फायद्यासाठी सदुपयोग करीत आला आहे. सगळ्यात आधी त्याने आपल्या बाहुबलाचा चांगल्या प्रकारे उपयोग करणारी अवजारे तयार केली, त्यानंतर आपल्यापेक्षा अधिक ताकतवान अशा बैल, घोडा, रेडा वगैरे प्राण्यांवर ताबा मिळवून त्यांना अवजड कामाला जुंपले, निसर्गातील अग्नि, वारा, वाहते पाणी वगैरे शक्तींचा आपल्या सोयीनुसार उपयोग करून घेतला. निसर्गातील विद्युल्लतेचा उपयोग करता आला नसला तरी कृत्रिम रीत्या वीज निर्माण करून तिला भरपूर उपयोगात आणले व तिच्या सहाय्याने चालणारी अनेकविध स्वयंचलित यंत्रे निर्माण केली.

हवेत उडण्याची इच्छा सुद्धा माणसाला पूर्वीपासून होती. खांद्याला सुपांसारखे पंख बांधून ते हांताने फडफडवण्याचे अनेक प्रयोग माणसाने केले. पण स्वतःचे वजन उचलून कांही काळपर्यंत हवेत तरंगत ठेवण्याइतका जोर पायाने जमीनीला लावत राहणे त्याला शक्य झाले नाही. त्यामुळे सुरस गोष्टीमधील सुपरमॅन, हीमॅन किंवा हनुमान प्रत्यक्षात उतरू शकले नाहीत. शेतीसाठी किंवा वाहतुकीसाठी उपयोगात आणलेले बैल, रेडा, घोडा, उंट वगैरे दणकट पण वजनदार पाळीव प्राणी स्वतःचेच वजन उचलून उडू शकत नव्हते त्यामुळे हवेत उडण्यासाठी त्यांचा कांही उपयोग नव्हता. पंख धारण केलेले उडणारे घोडे फक्त बालवाङ्मयातल्या सुरस गोष्टीमध्येच दिसतात. कावळे चिमण्या आकाराने फारच छोट्या आहेत आणि माणसाचे वजन उचलून स्वतः उडू शकेल एवढ्या प्रचंड आकाराचे गरुडपक्षी आजकाल तरी पृथ्वीवर कुठे सापडत नाहीत. सिंदबादच्या सफरींच्या सुरस कथांमध्ये किंवा पुराणातील मनोरंजक गोष्टींमध्येच ते आढळतात. वीस पंचवीस मोठ्या पक्ष्यांना एकत्र जुंपून त्यांच्या संयुक्त प्रयत्नाने मोठे वजन घेऊन उडवणे माणसाला शक्य झाले नाही. यामुळे किर्र किर्र करीत माणसाच्या आवाजाची नक्कल करणारे राघू मैना आणि संदेशवहन करणारी कबूतरे इतपतच पाळीव पक्ष्यांचा उपयोग मर्यादित राहिला. बहिरी ससाण्यासारख्या पक्ष्यांचा उपयोग शिकारीकरता करून घेण्यात आला, पण आकाशात उड्डाण करण्यात तो करता आला नाही.

हवेत उडण्यासाठी वा-याचा म्हणजेच गतिमान हवेचा उपयोग करण्याचे अनेक प्रकारचे प्रयत्न झाले व अजूनही चालू आहेत. कागद निर्माण करण्याची कला जितकी जुनी आहे, पतंग उडवण्याची परंपराही जवळ जवळ तितकीच जुनी पुराणी असावी. चित्रविचित्र आकाराची किचकट चिनी अक्षरे पाहिल्यावर कदाचित चिनी लोकांनी कागदाचा उपयोग त्यावर कांहीतरी गिचमीड लिहिण्यापेक्षा त्याचे पतंग करून उडवण्यासाठीच जास्त केला असावा की काय अशी अशी शंका येते. मोठमोठ्या आकाराचे पतंग बनवून त्याला लोंबकळत वर उडण्याचे अनेक प्रयत्न झाले. कांही लोकांनी अवाढव्य आकाराच्या छत्र्या हातात धरून किंवा अंगाला बांधून उंचावरून उड्या मारल्या. या लोकांना थोडे तात्कालिक यश मिळाले असेल. कांही क्षण हवेमध्ये तरंगण्याचा चित्तथरारक अनुभव त्यांना जरूर मिळाला. उडण्याच्या संपूर्ण क्रियेवर त्यांचे पुरेसे नियंत्रण नसल्यामुळे सुरक्षितपणे पुनः जमीनीवर उतरणे मात्र सर्वांना जमले नाही. त्या प्रयत्नात त्यातील कोणी जायबंदी झाले तर कोणाला आपल्या प्राणाला मुकावे लागले.

निव्वळ कुतूहलापोटी धाडसी वृत्तीने केलेल्या या सर्व प्रयत्नातून सुद्धा माणूस कांही ना कांही शिकत गेला. बहुतेक पक्ष्यांचा आकार समोर निमूळती चोंच, लहान डोके व फुगीर होत जाणारे अंग असा असतो. त्याला सर्व बाजूने गोलाई असते. ते वजनाने अत्यंत हलके असतात. या सगळ्या गोष्टींमुळे त्यांच्या उडण्याच्या क्रियेला मदत होते. शरीररचनेतील वैशिष्ट्यांमुळे ड्रॅग कमी होतो, विस्तारलेल्या पंखामुळे हवेकडून अधिक लिफ्ट मिळते, हलकेपणामुळे थोडी लिफ्ट पुरते व त्यांच्या पंखामधील बळ उडण्यासाठी लागणारा थ्रस्ट देण्यास पुरेसे असते. या सा-याचा अभ्यास करण्यात आला. लिफ्ट, ड्रॅग, थ्रस्ट यांच्या संकल्पना तयार झाल्या. हळू हळू उड्डाण या विषयाचे एक शास्त्र तयार होत गेले व यातील शास्त्रीय तत्वांचा अभ्यास करून त्यानुसार पद्धतशीरपणे सुधारणा करीत नव्या विमानांची रचना होऊ लागली. 

ग्लायडर या प्रकारचे हवेवर तरंगणारे विमान आधी परिपूर्णत्वाला आले. लिफ्ट मिळण्यासाठी दोन्ही बाजूला पसरलेले पंख व दिशेच्या नियंत्रणासाठी मागे सुकाणु अशी त्याची रचना असते. जमीनीमधील चढ उतार, त्यावर वाहणा-या वा-याची दिशा व वेग वगैरेचा दीर्घकाळ अभ्यास करून त्याच्या उड्डाणासाठी योग्य अशी जागा निवडली जाते. बाह्य साधनांनी ढकलून किंवा ओढून ग्लायडरला वेग दिला जातो.  एका उंच टेकडीच्या माथ्यावरून ग्लायडरला एकदा वेगाने आकाशात उडवले की पंख पसरून एखादी घार आकाशात हिंडते तसे ते दीर्घ काळ हवेवर तरंगत राहते. वाहता वाराच कधी कधी त्याला पुढे ढकलणारा थ्रस्ट पुरवतो आणि उंच टेकडीवरून खाली येत येत सखल प्रदेशात हळूहळू उतरेपर्यंत त्याला होत असलेल्या हवेच्या प्रतिकारातूनच त्याच्या विस्तारलेल्या पंखामधून त्याला लिफ्ट मिळत राहते. दिशेवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी सुकाणूची योजना असते. विमानाचे हे छोटेसे शेपूट आडवे वळवण्याने विमानाला थोडे डाव्या उजव्या बाजूला वळवता येते. तसेच वाटल्यास हवेच्या प्रवाहाला थोडा विरोध करून त्याची गति कमी करण्याची सोय केलेली असते. अशा रीतीने या विमानाचे बरेचसे नियंत्रण करता येते. फायबरसारखे हलके पण मजबूत नवे पदार्थ जसजसे निर्माण झाले तसतसा ग्लायडरच्या रचनेचा विकास होत गेला व अजून होत आहे. पण हे विमान उडवण्यासाठी योग्य अशी जागा पाहिजे, ती दुर्मिळ आहे. आपल्याला हवा तसा वारा सुटायला हवा, तो क्वचितच सुटतो. ग्लायडरचा उपयोग करून फक्त वरून खाली येता येते, खालून वर जाता येत नाही. त्यात अशा कमतरता असल्यामुळे एक चित्तथरारक व मनोरंजक क्रीडाप्रकार या पलीकडे व्यावसायिक दृष्ट्या ग्लायडरचा फारसा उपयोग होऊ शकत नाही.

जमीनीवरील हवेपेक्षा वजनाने हलकी असलेली गरम हवा किंवा एखादा हलका वायु एका मोठ्या फुग्यात भरून तो आकाशात उडवायचा व त्याला लोंबकळून वा त्याला जोडलेल्या पाळण्यात बसून माणसाने वर जाण्याचे यशस्वी प्रयोग झाले. यामध्ये फुग्यात भरलेल्या हलक्या वायुमुळे बाहेरील हवेकडून मुख्य लिफ्ट मिळते आणि तो फुगा जमीनीपीसून दूर उंच जाऊ लागतो. वाहता वारा त्या विमानाला आपल्याबरोबर पुढे ढकलत नेतो. म्हणजे पुन्हा वा-यावर अवलंबून रहावेच लागते. या प्रकारच्या विमानांचा थोडा वापर अमेरिकेतील यादवी युद्धात केला गेला असावा. नंतरच्या काळात अशा प्रकारची पण इंजिन जोडलेली महाकाय झेपेलिन विमाने जर्मनीत तयार करण्यात आली व वीसाव्या शतकाच्या सुरुवातीच्या काळात ती अतिशय यशस्वी झाली. पहिल्या जागतिक महायुद्धात सुद्धा त्यांचा भरपूर वापर केला गेला. त्यात जर्मनीचा पराभव झाल्यानंतर कांही काळाने पुन्हा एकदा त्यांचे पुनरुज्जीवन झाले होते. मात्र दुस-या महायुद्धाच्या सुरुवातीसच ती कायमची मागे पडली.

औद्योगिक प्रगति होत असतांनाच विमानाला एक स्वयंचलित इंजिन बसवण्यावर विचार सुरू झाला. इंजिनाचा उपयोग रुळावरून आगगाडी ओढण्यापासून सुरू झाल्यानंतर समुद्रातील जहाजे पुढे ढकलत नेत, रस्त्यावर मोटारी चालवण्यापर्यंत प्रगती झालेलीच होती. इंजिनाचा वापर करून विमान पुढे नेण्यासाठी लागणारा थ्रस्ट त्यातून कसा द्यायचा यावर विचार होऊ लागला. पाण्याला मागे सारून आगबोटीला पुढे ढकलणारे प्रोपेलर त्या आधी तयार झालेलेच होते. घरात किंवा कारखान्यात कृत्रिम वारा निर्माण करणारे पंखे आधीपासून अस्तित्वात होते. या यंत्रांच्या फिरत्या पात्यांमध्ये आवश्यक तो बदल करून ती प्रचंड वेगाने फिरवली की समोरील हवेला  मागच्या बाजूस जोराने ढकलणे प्रयत्नसाध्य होते. पण विमानाखेरीज हे पंखे आणि इंजिन यांच्या वजनाचा अधिक भार उचलण्यासाठी जास्तीची लिफ्ट हवी. याचा विचार करून कमीत कमी वजन असलेले पण अत्यंत मजबूत असे नवनवीन मिश्रधातु शोधणे, भरीव दांड्यांऐवजी तितकेच सक्षम पण वजनाने हलके असे पोकळ दांडे वापरणे, निव्वळ शोभा वाढवणारे अनावश्यक भाग काढून टाकणे असे अनेक मार्ग अवलंबून विमानांचे वजन कमी कमी करण्यात येऊ लागले, ते उडवण्यासाठी खास यंत्रसामुग्री बनवली गेली. त्याचबरोबर विमानाचे नियंत्रण करणारी यंत्रणा विकसित होत गेली.

अशी यंत्रे बसवलेल्या स्वयंपूर्ण विमानाचे पहिले यशस्वी उड्डाण दि.१७ डिसेंबर १९०३ रोजी अमेरिकेतील किटी हॉक या जागी राइट बंधूंनी केल्याची अधिकृत नोंद करण्यात आली. या जागी आणखी थोडी माहिती देणे जरूरीचे आहे. राइट बंधूं जन्माला येण्यापूर्वीच अनेक मानव निर्मित ग्लाइडर्स आकाशात उडवली गेली होती एवढेच नव्हे तर वाफेच्या इंजिनावर सुरू होणारे एक विमानसुद्धा उडवले गेले होते. राइट बंधू सुद्धा त्यांच्या प्रसिद्ध उड्डाणापूर्वी कांही वेळा आकाशात थोडे उडून परत खाली आले होते. पण ती सगळी उड्डाणे पूर्णतः यशस्वी झाली नव्हती. दर वेळेस त्यांचे कांही ना कांही अंदाज चुकायचे किंवा कांही तांत्रिक बिघाड उत्पन्न व्हायचे. राइट बंधूंच्या पहिल्या यशस्वी उड्डाणाच्या आठवडाभरच आधी सॅम्युअल लँगली या गृहस्थाने अशाच प्रकारचे स्वयंपूर्ण विमान उडवण्याचा प्रयोग केला होता. त्याचा सुद्धा तो दुसरा प्रयोग होता. तो जर यशस्वी झाला असता तर स्वयंपूर्ण विमानाच्या शोधाचे श्रेय त्यालाच मिळाले असते व राइट बंधूंना अगदी हांतातोंडाशी आलेला घास हांतातून निसटलेला पहावा लागला असता. पण लँगलीच्या दुर्दैवाने म्हणा किंवा त्याच्या यंत्रातील कांही दोषांमुळे ते विमान उडल्यावर लगेच खाली कोसळले. राइट बंधूंनी मात्र या वेळेस आपले विमान हवेत उडवून दाखवले, तसेच कांही काळ त्याला सुनियंत्रित प्रकारे हवेत चालवल्यानंतर त्या विमानाला यशस्वीरीत्या सुरक्षितपणे जमीनीवर उतरवूनही दाखवले. एवढेच नव्हे तर अशा प्रकारची चार पाच उड्डाणे एकामागोमाग एक करून आपले हे यश हा केवळ योगायोग नसल्याचे सिद्ध केले. त्यांनी केलेल्या पहिल्या यशस्वी उड्डाणानंतर अवघ्या पांचच वर्षांनी विमाने उडवण्याची पहिली आंतरराष्ट्रीय स्पर्धा फ्रान्समध्ये घेण्यात आली व त्यात बावीस स्पर्धकांनी भाग घेतला होता. या अर्थी याच काळात जगभर इतर अनेक जागी विमान बनवण्याचे प्रयत्न सुरू होते व त्यातील कांही तर जवळ जवळ पूर्णत्वापाशी पोचले होते असे दिसते. मुंबईच्या एका गृहस्थाने गिरगावच्या यौपाटीवर विमान उ़वून दाखवले होते असेही सांगितले जाते. या इतर लोकांना राईट बंधूंइतकी प्रसिद्धी मिळाली नाही, पण ते आपले प्रयत्न करीतच राहिले. राइट बंधूंप्रमाणेच त्या सर्व लोकांची विमाने सुद्धा ग्लायडरयारख्या बांधणीच्या सुधारलेल्या आवृत्या होत्या. तसेच त्यांना वेगवेगळ्या प्रकारची इंजिने जोडलेली होती.

या गोष्टीलाही आता शंभरावर वर्षे होऊन गेली. पुढील काळातील प्रगती हा एका लेखमालेचा विषय आहे. हा लेख आधीच भरपूर लांब झालेला असल्यामुळे इथेच संपवून विमानांच्या रचनेत गेल्या शतकात घडून आलेल्या महत्वाच्या बदलांची हकीकत पुढच्या भागात देत आहे.

                              (क्रमशः)

प्रतिक्रिया व्यक्त करा

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  बदला )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  बदला )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  बदला )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  बदला )

Connecting to %s

%d bloggers like this: