Морские аквариумы — студии судостроителей
Морские аквариумы — студии судостроителей
Летом 1961 г. мировая пресса запестрела вдруг сообщениями, весьма напоминающими те, что приводил Ж. Верн в своем романе. Однако на сей раз происхождением своим они были обязаны отнюдь не писательскому вымыслу. Сообщения эти основывались на подлинных событиях и с запозданием почти на сто лет полностью подтверждали жизненность смелых технических прогнозов писателя.
Что же произошло? Большая подводная лодка под названием Тритон, следуя историческим маршрутом Магеллана, совершила 84-суточное кругосветное подводное плавание, не всплывая ни разу на поверхность.
Корабль этот, имеющий в длину 134 м, весьма своеобразен: водоизмещение его 5900 т; он обладает тремя палубами и обслуживается экипажем из 172 человек. Тритон может принять на борт многомесячный запас продовольствия, а опреснители и электролизные установки безостановочно обеспечивают его и в погруженном состоянии свежим воздухом и питьевой водой. Два атомных реактора обеспечивают судну радиус действия под водой около 17600 км.
Другая атомная лодка, названная по имени своего литературного прототипа Наутилусом, еще в 1958 г. за 69 часов преодолела путь от Пойнт Барроу на побережье Аляски до Гренландского моря. 1830-мильный маршрут проходил частью под ледяной шапкой Северного полюса.
В наши дни можно перечислить уже целую плеяду атомных подводных лодок, для которых подобные достижения вовсе не являются чем-то экстраординарным. Вопрос состоит лишь в том, будут ли эти высокоэффективные подводные суда, служащие пока что исключительно военным целям, иметь перспективы и для торгового судоходства. Ответить на этот вопрос с полным правом можно положительно.
Скорость надводного судна принципиально не может превзойти некоторой определенной границы. Даже если создатели его откажутся от той традиционной праконструкции, что заложена в основу самых современных надводных судов (от киля, являющего собой живое напоминание о челне-однодеревке) и перейдут к строительству качественно иных судов с учетом новейших достижений гидро- и аэродинамики. Чтобы добиться значительно больших скоростей, суда должны научиться скользить в воде, подобно рыбам, легко развивающим скорость до 80 км/час, а в отдельных случаях и выше. Так последуем же за рыбами! Но — как?
Во многих больших морских аквариумах уже несколько лет царит оживленная рабочая атмосфера. Научные группы океанологов, биологов и техников исследуют особенности строения и механизма движения обитателей подводного царства, от одноклеточных до самых больших рыб.
Аквариумы — эти огромные живые «каталоги моделей» — помогли наряду с прочим установить, что природа сотворила 6000 разновидностей диатомей, вынужденных при жизни таскать с собой свой гроб — практически неразрушимую кремниевую скорлупку, которая служит одновременно и жильем и транспортным средством. Особь диатомей представляет собой своеобразное крохотное стеклянное подводное судно с турбинным двигателем. С помощью этого реактивного двигателя диатомей могут передвигаться и по суше. Диатомей составляют крупнейшую биологическую группу нашей планеты: ведь в обеих сферах обитания — и в море и на суше — они размножаются в умопомрачительных количествах.
Попав на сушу, они выталкивают с одного конца струю жидкости, обтекающую их кремниевый панцирь, и тут же засасывают ее снова через отверстие на другом конце, чем и обеспечивают свое передвижение. Таким путем они создают своего рода жидкие рельсы, пользуясь которыми сами могут «плыть» посуху.
Не меньший интерес для судостроителя представляет и двигательный механизм других морских одноклеточных — флагеллатов (жгутиковых). При помощи созданного самой природой весла — жгутика, закрученного наподобие винта — микроскопическое тельце этого водяного жителя перемещается вперед с молниеносной быстротой. Крошечная монада способна дать сто очков вперед быстрейшему океанскому лайнеру с его сложнейшей техникой!
Но у морских обитателей можно поучиться и еще кое-чему. Немецкий специалист по бионике, доктор Крамер, много времени посвятил проблеме борьбы с микрозавихрениями, которые образуются в воде вокруг многих плавающих тел (в частности, судов) и тормозят их движение. Пытаясь разрешить эту проблему, он вплотную занялся изучением самых крупных и самых быстрых жителей моря.
Дельфин-афалина из семейства зубатых китов, формы которого с точки зрения гидродинамики отнюдь не идеальны, легко развивает скорость до 55 км/час. Может быть, все дело в технике плавания? Волнообразные движения туловища дельфина, действительно, весьма специфичны. К тому же оказалось, что водяные вихри вокруг его тела при движении не возникают. При более внимательном исследовании этого загадочного феномена выяснилось, что дельфин обладает удивительно эластичной кожей, тотчас прогибающейся при самом легком давлении воды, благодаря чему и предотвращается образование вихрей, препятствующих увеличению скорости.
Используя этот принцип, ученые попытались создать искусственного дельфина — лодку, закрытую специальным обтекателем, оклеили полосами из пористой резины и обтянув ее сверху синтетической кожей, заполнили промежутки между листами особым высоковязким раствором. При подводной буксировке этой конструкции в застекленном опытовом бассейне было установлено, что обшивка, действительно, заметно снижает эффект образования вихрей. Торможение при этом уменьшается примерно на 50 %. Весьма вероятно, что в будущем подводные суда станут обтягивать чехлами из такой искусственной дельфиньей кожи.
Дельфины, служившие «натурщиками» еще судостроителям Древней Греции, весьма заинтересовали и исследователей в области навигации: было установлено, что путем своеобразных вибрирующих движений головы они способны излучать до 200 ультразвуковых импульсов в секунду. С помощью такого природного гидролокатора они могут обнаруживать добычу даже в самой замутненной воде. При проведении экспериментов дельфинам завязывали глаза и, несмотря на это, они тотчас же находили брошенный в воду мяч.
Благоприятный гидродинамический эффект сопутствует и гигантским китам. Они обязаны им своему великолепному жировому «нижнему белью» и притуплённой, каплеобразной форме туловища. Подобную форму уже переняли для некоторых типов атомных подводных лодок.
В последнее время внимание ученых привлекла и каракатица. Во-первых, своей нервной системой: у этого водяного обитателя крупнейшие, весьма напоминающие человеческие, нервные клетки. И, во-вторых, — своим необычным двигательным аппаратом. (Следует отметить, впрочем, что за особый вкус ее мяса каракатица пользуется большим почетом и среди гурманов.)
Двигательный аппарат кальмара, одного из древнейших и своеобразнейших жителей моря (из семейства головоногих), устроен по принципу водомета. Через регулярные интервалы времени кальмар вбирает в себя воду и с силой выталкивает ее. Наблюдения за кальмарами натолкнули французского инженера Ружеро на мысль о разработке атомного подводного грузового судна, движимого, вместо винтов, реактивной силой водяной струи. Двигаясь по тому же принципу, что и кальмар, такое судно сможет развить весьма высокую скорость: ведь техника позволяет значительно ускорить процесс засасывания и выталкивания воды.
Современная бионика возвела в ранг «звезд» и таких «солистов ансамбля аквариумов и океанариумов», как электрический угорь и тропическая рыба нотоптерус (из семейства спинноперых). Этих водяных жителей можно лишить зрения и слуха, но и тогда они оказываются в состоянии отыскивать и хватать добычу, четко отличая при этом друзей от врагов. Такая удивительная способность объясняется электрическим полем, которое постоянно окружает их и одновременно служит им оружием.
Исследование природы и свойств этого электрического поля, заменяющего им глаза и уши, несомненно окажется полезным подводному мореплаванию будущего.
От пытливого взора биоников не укрылись и черепахи, хотя их медленное передвижение и необтекаемые формы и не сулили, казалось бы, никаких эффективных открытий. Впрочем, в данном случае мореходные свойства черепах интересовали ученых меньше всего. Что их поразило, так это та почти сверхъестественная уверенность, с которой черепахи через каждые два года, пройдя для этого порой тысячи миль, возвращаются точно на ту же самую отмель. А ведь черепахи в море — всего лишь иммигранты, переселившиеся сюда некогда с земной тверди! И свои чуть ли не кругосветные путешествия они предпринимают с единственной целью — отложить яйца.
Как им это удается? Вполне вероятно, что выяснение особенностей функционирования их системы ориентации и управления может привести к результатам, которые явились бы фундаментом для постройки принципиально новой навигации: ведь то, что черепахи ориентируются по звездам, кажется почти неправдоподобным.