Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №01 за 1975 год
Вот с какой неожиданной стороны пришло к нам новое знание свойств человеческого тела!
А недавно советским ученым С. В. Першину, А. С. Соколову и А. Г. Томилину удалось разгадать еще один новый секрет дельфинов (их работа зарегистрирована как открытие). Профессор А. Г. Томилин еще в пятидесятых годах обнаружил в плавниках дельфинов сложную и совершенно непонятную систему сосудов. Прошло целых пятнадцать лет, прежде чем удалось выяснить, что перед нами система «саморегулирования упругости плавников», которая также помогает дельфину развивать скорости, теоретически, казалось бы, невозможные.
Не исключено, что и этот секрет не последний. Но дельфин, по крайней мере, неплохо изучен, чего нельзя сказать о рекордсмене моря меч-рыбе. А уж где фантастика, так это здесь! Скорость в сто и более километров в час, которую развивает меч-рыба, требует от нее мощности порядка 2000 лошадиных сил, тогда как предельная мощность меч-рыбы, по расчетам академика А. Н. Крылова, — всего 200 лошадиных сил (подробно о меч-рыбе см. «Вокруг света» № 3 за 1973 год).
Разгадка и применение всех секретов меч-рыбы, пожалуй, сделала бы морской подводный транспорт гораздо быстроходней автомобильного. Но даже использование уже разгаданных тайн дельфина позволило бы вывести его из тупика. Беда, однако, в том, что все эти великолепные решения природы мы пока, в сущности, не можем применить. Для этого наша техника слишком примитивна.
Да, примитивна. Откуда взять обшивку судов, которая бы сама, автоматически создавала «бегущую волну»? В регулировке потоков, которую осуществляет кожа дельфина, участвуют тысячи нервных окончаний. Какой компьютер и в каком материале воспроизведет эту тонкую работу нервных волокон?
Можно подумать, что бионики делают свои открытия и на самых важных ставят печать: «Вскрыть в будущем».
Но так кажется лишь на первый взгляд. И дело не в том, что многие бионические открытия удается с ходу «запустить в производство». Как ни важны эти успехи, еще важней отработка самого метода дешифровки «патентной библиотеки» живой природы, метода подхода к эволюции технических систем с позиций опыта биологической эволюции.
Винт — благо или помеха?
В науке и технике нет и не может быть «последнего слова». Только вот пути, по которым идет творческая мысль конструкторов, иногда бывают довольно странными. Роберт Фултон и многие инженеры после него изрядно потрудились, чтобы прямолинейное движение поршней паровой машины преобразовать в круговое движение гребных колес, что, кстати, было непростой задачей. Никто, однако, не догадался приглядеться к рыбам, которые сновали тут же за бортом. А между тем привод от паровой машины к плавниковому движителю — «рыбьему хвосту» — был бы куда проще и удобней. Однако изобретательская мысль упрямо шла в противоположном направлении.
Правда, пятьдесят лет спустя после Фултона все же нашелся изобретатель, который приделал к кораблю извивающийся хвост с приводом от двигателя. Но идея такого движителя не получила развития. Рыба — это рыба, корабль — это корабль, те и другие плавают, вот и все сходство.
Случайно ли, однако, то, что ни у одного морского существа нет ничего похожего ни на колесо, ни на гребной винт? Над совершенствованием гребного винта трудились поколения талантливых изобретателей, инженеров, ученых, так что современную конструкцию можно считать весьма и весьма совершенной.
И что же? Чем больше гребной винт совершенствовался, тем сильней выявлялись его принципиальные недостатки. Обратите внимание, какой стремительный вращающийся поток воды отбрасывает за корму винт. Между тем задача движителя только отбрасывать воду, не вращая ее. На ненужное «закручивание» гигантского потока расходуется много энергии. Впустую. Впрочем, порок не только в этом. Винт ничем не защищен. В любое время на него может намотаться и рыбачья сеть, и трос, и водоросли. Еще хуже, если лопасти погнутся или сломаются, что случается не так уж редко, ибо винт работает в очень жестком режиме. И еще один (не последний) серьезный недостаток — винтовой корабль плохо управляем. Большое судно даже к пристани не может подойти без буксира.
Видимо, не случайно природа, создав десятка тысяч видов морской фауны, ни один из них не снабдила тривиальным винтом. Будущим гигантским подводным танкерам, рудовозам, промысловым, научно-исследовательским и прочим судам явно требуется новый движитель с таким же коэффициентом полезного действия, как у дельфинов, быстроходных рыб или кальмаров.
Хвостатый корабль! Согласен, что представить такой корабль, принять его как прообраз судов будущего трудно. Так же трудно, вероятно, было в свое время представить, что корабли лишатся парусов. И задним числом мы можем оправдать инженеров прошлого, которые упорно «не замечали» достижений природы. Собственно, только теперь мы более или менее разобрались в биомеханике того же рыбьего хвоста. Поэтому сейчас впервые проблема использования машущего движителя из области рассуждений переходит на водную гладь опытных бассейнов. На моделях, в частности, выяснилось, что движитель типа «рыбьего хвоста» в швартовом, то есть закрепленном, положении создает вчетверо больший, чем винт, упор. Правда, тут приходится мириться с серьезным недостатком — у машущего движителя нет заднего хода. Впрочем, почему мириться? Конструкторы пытаются создать плавники, которые бы поворачивались вокруг вертикальной оси. Тогда движитель сможет гнать воду в любую сторону и судно будет обходиться без рулей. Опыты показали, что выгодней ставить несколько небольших плавниковых движителей в один ряд под кормой почти во всю ширину судна.
Уже известны проекты подводных кораблей с корпусом, состоящим из отдельных подвижных секций, которые должны волнообразно изгибаться, как это делают при плавании рыбы, киты, акулы или морские черви. Ученые подсчитали, что подобное судно не только будет обладать большей скоростью, но и потребует при своем движении меньших затрат энергии.
Но, пожалуй, еще больший интерес для техников представляет реактивный движитель кальмаров. Отработанный природой на протяжении сотен миллионов лет, доведенный до самой высокой степени совершенства, гидрореактивный движитель позволяет кальмару легко совершать тысячемильные переходы. По имеющимся в литературе сведениям, диапазон скорости плавания кальмаров колеблется от 35 до 65 километров в час. Такой разброс данных объясняется тем, что прямых измерений скорости плавания кальмаров до сих пор провести не удалось, хотя попыток было немало. Некоторые исследователи головоногих моллюсков полагают даже, что на небольшой дистанции кальмар может двигаться со скоростью 100—120 километров в час! Разумеется, к таким недоказанным предположениям следует подходить осторожно. Но что гидрореактивный движитель куда совершенней гребного винта — это несомненно. Тут нам подсказывает сама природа: чтобы будущие подводные корабли были и быстроходными и экономичными, на них надо ставить движители по образцу кальмаровых.
Подобный движитель и даже без подсказки природы уже создан. Он называется водометным, и в Советском Союзе суда с водометами плавают уже на многих реках. «Реактивному» кораблю не страшны ни мели, ни водоросли, ни рыбацкие сети, для него необязательны причалы, ибо он может приткнуться едва ли не к любому берегу, если только нет волны или прибоя. Но как это ни странно, широкого распространения этот движитель не нашел. Дальше небольших пассажирских судов, тракторов-амфибий, разных «малых корабликов» дело не двинулось.
Для передвижения под водой хорошо иметь устройство, работающее без доступа атмосферного воздуха. Поэтому идет поиск конструкции гидрореактивного двигателя, подобного воздушнореактивному, то есть такого, в котором двигатель и движитель составляют одно целое. Химики уже работают над синтезом особых веществ, способных гореть в воде, как бензин или керосин в воздухе. Располагая необходимым горючим, творцы нового «подводного» мотора, несомненно, учтут опыт создания авиационных реактивных двигателей и обязательно воспользуются подсказкой природы, которая создала «живую ракету» — кальмара.
Дельфин, меч-рыба, кальмар... Мы коротко рассказали, чем их опыт может послужить судостроению. Но есть еще тунец, акула, кит, множество других морских животных, и у каждого найдется не один, не два «патента»!
Разумеется, бионику и даже специалисту судостроителю 70-х годов нашего столетия трудно представить себе во всех деталях, какими будут корабли, скажем, через пятьдесят лет. И все же давайте совершим мысленную экскурсию в морской порт 2025 года. У причалов стоят корабли, по форме очень похожие на китов, дельфинов, акул, тунцов и кальмаров. Один из них закончил погрузку, отходит от пирса и направляется в открытое море. Несколько минут, величаво покачиваясь на волнах, плывет, купаясь в лучах заходящего солнца, огромный «белый кит» и... исчезает под водой. Пройдет немного времени (путь из Европы в Америку под полярными льдами займет не более суток), и столь же неожиданно он вынырнет из глубин океана в другом полушарии...
