Дэвид Джоунс - Изобретения Дедала
Правда об НЛО
Интерес неопознанным летающим объектам, подогреваемый фантастическими фильмами и рассказами «очевидцев», по-прежнему не ослабевает. В связи с этим Дедал решил раскрыть секрет аппарата, созданного фирмой КОШМАР, который, вероятно, породил все эти слухи. Речь идет о летательном аппарате, использующем энергию Солнца подобно модели фирмы «Хьюз эйркрафт», электрический двигатель которой работает от кремниевых солнечных батарей (New Scientist, March 9, 1978, p. 659). Первоначально — из соображений получения максимальной площади поверхности — нами была выбрана круглая форма аппарата. Затем, однако, нам показалось разумным снабдить диск пропеллерными лопастями и создавать подъемную силу путем вращения всего «блюдца», сочетая принципы действия вертолета и детской «летающей тарелочки». Чтобы пилот не испытывал головокружения и не был раздавлен центробежной силой при больших скоростях вращения, его кабина не вращается вместе с фюзеляжем.
Подобная конструкция имеет важное новое свойство: весь аппарат, действуя, как маховик, служит аккумулятором энергии. Ведь чтобы подняться в воздух на нашем «туманном Альбионе», любой летательный аппарат, работающий на солнечной энергии, должен полагаться на милость погоды. Только за облаками, километрах в десяти над землей, можно с уверенностью рассчитывать на солнечный свет. Дедал, однако, вычислил, что легкое и прочное «блюдце» из пластика, армированного углеродным волокном, можно раскрутить до такой скорости, что оно сможет подняться на сотни километров ввысь. Раскрученное на стартовой площадке «блюдце» взмывает вверх подобно всем знакомому игрушечному вертолету. Поднявшись выше облаков, аппарат начинает использовать солнечную энергию для движения и маневров, изменяя угол атаки несущих лопастей. При спуске лопасти работают в режиме авторотации, и аппарат накапливает энергию вращения, используя ее затем для набора высоты. (Летчики-испытатели фирмы КОШМАР опускаются ниже облаков лишь на короткое время, чем и объясняется редкость наблюдений НЛО.) При посадке аппарат набирает почти такую же скорость вращения, какую он имел в момент старта, и возвращает энергию пусковой установке. Таким образом, по своей экономичности он не имеет себе равных!
New Scientist, May 4, 1978
Из записной книжки Дедала
Может ли «блюдце» летать на солнечной энергии? Если радиус «блюдца» равен 5 м, то его площадь составит А=πr2 ≈ 75 м2. Принимая энергетическую постоянную Солнца равной 1 кВт/м2, мы найдем, что от солнечной батареи с кпд = 10% можно получить мощность Р = 75 × 1 × 0,1 = 7,5 кВт. Такая мощность позволяет поднимать «блюдце» массой m = 250 кг со скоростью v = P/mg = 7500/(250 × 10) = 3 м/с. Чтобы взлететь, «блюдце» в таком случае должно терять высоту при планировании со скоростью, меньшей чем эта величина. Это вполне обнадеживающий результат: хорошие планеры теряют высоту со скоростью 1 м/с и меньше, а детские «летающие тарелочки» вообще спускаются чрезвычайно медленно, поскольку сочетают в себе свойства аэродинамической несущей поверхности и парашюта с гиростабилизацией.
Какую энергию может запасти вращающееся «блюдце»? Существует стандартная формула для расчета максимального числа оборотов тонкого кольца, при превышении которого происходит разрыв:
n2 = S/(4π2r2ρ),где n — число оборотов в секунду, S — предел прочности кольца, r — его радиус и ρ — плотность. Тогда максимальная кинетическая энергия вращения кольца массой M равна
E = ½Mv2 = ½M(2πrn)2 = ½M(2πr)2S/(4π2r2ρ) = MS/2ρ
Эта энергия достаточна для подъема кольца на высоту
h = E/Mg = MS/2ρMg = s/2ρg
Для нашего кольца необходим как можно более легкий и прочный материал, например пластик, армированный углеродным волокном, у которого ρ = 2300 кг/м3 и S = 1,5×1010 Н/м2. Тогда h = 1,5 × 1010/2 × 2300 × 10 = 3,3×105 м = 330 км.
Результат обнадеживает: нам-то необходимо поднять «блюдце» на высоту порядка 10 км, так что в нашем распоряжении имеется тридцатикратный запас, который наверняка покроет низкий кпд, наличие нераскрученной массы и т. д. И вообще складывается впечатление, что вся энергия, необходимая для полета, может быть запасена в виде кинетической энергии вращения «блюдца», а солнечные батареи будут служить лишь вспомогательным источником энергии. (Похоже, что такой «хула-хуп» удастся даже вывести на околоземную орбиту, но я не намерен развивать здесь эту идею.)
Технические подробности. Для устранения нежелательных гироскопических эффектов вращательные моменты аппарата должны быть уравновешены. У наиболее компактной конструкции верхняя часть «блюдца» является статором дискового электродвигателя, а нижняя часть — ротором, вращающимся в противоположную сторону. Центральная часть (кабина) крепится посредством дифференциального механизма и не участвует во вращении. Для питания асинхронного двигателя постоянный ток, вырабатываемый солнечной батареей, придется преобразовать в переменный, но это не представляет большой сложности. Статор может одновременно служить несущей поверхностью типа «летающей тарелочки»; он снабжен воздухозаборниками для создания воздушной подушки. На роторе установлены короткие лопасти с переменным углом атаки, как у вертолета.
Эти же лопасти, установленные в режиме авторотации, раскручивают аппарат во время снижения — это очень полезное свойство, значительно повышающее экономичность «блюдца». В любом случае, поскольку скорость снижения не может превышать 3 м/с, вынужденная посадка не представляет опасности: «блюдце» само по себе является аварийным парашютом.
Долой рост!
В свое время сельскохозяйственное отделение фирмы КОШМАР занималось выращиванием вьющихся бобов на дугообразных подпорках, надеясь выяснить, станут ли побеги загибаться вниз, к земле. Бобы, однако, упрямо стремились вверх, хотя и испытывали некоторое «замешательство» в высшей точке дуги. Как же растения узнают, где верх, а где низ? Принято считать, что в особых клетках растения имеются твердые частицы (статолиты), которые, оседая под действием силы тяжести, указывают направление вертикали. Дедал проводит опыты по поливу растений тяжелой водой, пытаясь поднять плотность внутриклеточной жидкости настолько, чтобы твердые частицы не оседали вниз, а всплывали. Тогда, полагает Дедал, растение начнет расти вниз, из чего можно извлечь немалую выгоду. Вначале Дедал видел в этом просто новый способ уничтожать сорняки, загоняя их в землю. Позднее, однако, он осознал возможности, которые открывает применение этого принципа на более поздних стадиях роста. Это откроет путь к созданию совершенно новых растений. К примеру, поливая время от времени фасоль или горох тяжелой водой, можно выращивать их на коротких колышках, которые они станут оплетать то снизу вверх, то сверху вниз. Более того, выращивая деревья соответствующей величины и формы, мы можем сразу же получать деревянные детали, скажем, для изготовления мебели на гнутых ножках.
Периодически подкармливая растения удобрением фирмы КОШМАР, можно ограничить высоту травы, не ограничивая ее роста. Такая лужайка меньше страдает от птиц, поскольку пернатые запутываются в извивах травы.
Сельскохозяйстненные специалисты фирмы КОШМАР также проводят опыты по строго дозированному применению для полива тяжелой воды, чтобы заставить растения принимать наклонное положение под любым заданным углом к горизонту или даже расти на крутом склоне строго горизонтально. Дедал предвидит создание оранжерей нового типа, в которых растения, культивируемые на полу, стенах и потолке, будут тянуться к источнику света, расположенному в центре. А для тесных квартир, в которых не хватает места даже для кактусов, фирма КОШМАР предлагает предмет особого шика — зеленый газон на потолке!
New Scientist, January 28, 1971
Устройство для выращивания и сбора пшеницы на вертикальной стене.
Лазер против облаков
Как это ни прискорбно, погодные явления (в частности, дождь) до сих пор не подвластны человеку. Даже самые современные методы активных воздействий (например, засев облаков йодистым серебром) не позволяют вызвать дождь точно в заданном районе. Дедал намерен коренным образом исправить существующее положение дел. Он рассуждает так: если выбить электрон из капельки воды, находящейся в облаке, то эта капля приобретет положительный заряд. Выбитый электрон тут же попадет на какую-нибудь соседнюю каплю, которая таким образом получит отрицательный заряд. Под действием сил электростатического притяжения эти две капли сблизятся и сольются в одну. Многократно повторяя этот процесс внутри облака, можно постепенно вырастить капли до такого размера, что они выпадут в виде дождя. Для выбивания электронов из капель естественно было бы использовать фотоэлектрический эффект; по расчетам Дедала, для осуществления этого процесса подойдет ультрафиолетовое излучение с длиной волны 100 нм и короче. Нужно заметить, что число капелек в облаке несравнимо меньше числа фотонов в пучке света, так что необходимая мощность излучения не превышает нескольких ватт. Соответственно высокоэффективный «генератор погоды» фирмы КОШМАР представляет собой небольшой лазер ультрафиолетового диапазона, установленный на поворотной турели, что позволит легко направлять его в любую часть неба.
