Когда мы полетим, как стрекозы и мухи?
Когда мы полетим, как стрекозы и мухи?
Итак, как видите, особыми успехами махолетчики похвастаться пока не могут. Так быть может, и ну их — орнитоптеры? Жили же как-то без них. И дальше проживем. Но...
Генеральный конструктор был весьма озабочен.
— Перед коллективом КБ поставлена задача небывалой сложности, — сказал он, открывая совещание. — Нам поручено сконструировать летательный аппарат, который бы имел весьма экономичный и практически бесшумный двигатель; мог взлетать и садиться без разбега; с одинаковой легкостью летать в любом направлении и зависать в воздухе неподвижно; за минуту одолевать не менее чем десять тысяч длин своего корпуса и обладать дальностью полета в несколько тысяч километров... Прошу высказывать ваши соображения.
Генеральный сел, и в кабинете воцарилась тягостная тишина. Слышно было даже одинокое жужжание бившейся о стекло осенней мухи. Инженеры в задумчивости молчали. В самом деле, да разве можно создать нечто подобное?
Неожиданно слово попросил самый молодой из присутствующих, недавний выпускник авиационного института.
— Простите, — произнес он, — но мне кажется, такой летательный аппарат уже есть. Вот он. — И молодой инженер указал на оконное стекло, по которому ползла крупная осенняя муха...
Сознаюсь, историю с совещанием я придумал. Но то, что муха, как и многие другие насекомые, обладает уникальными летными качествами, — истина. Даже птицы — эти врожденные летуны — не способны проделывать те фигуры «высшего пилотажа», что без труда выполняют мухи, стрекозы, бабочки... А уж о разных наших механических летунах и говорить не хочется. Сравните: гиперзвуковой перехватчик пролетает в минуту не более 5— 6 тыс. длин своего корпуса, стрекоза же — свыше 100 тыс. длин! Полет насекомых — чрезвычайно сложный процесс. Он таит в себе множество загадок; некоторые из них решены лишь недавно, другие еще только ждут своих первооткрывателей.
Взгляните на крыло мухи через увеличительное стекло. С точки зрения современных специалистов самолетостроения, оно — форменное аэродинамическое безобразие. Все в желобках, вмятинах, микроскопических волосках... Шиферная крыша и то глаже. Такое крыло, вместо того чтобы сглаживать воздушный поток, похоже, специально его завихряет.
Любопытные сведения на этот счет сообщила мне старший научный сотрудник Института эволюционной морфологии, кандидат биологических наук О.М. Бочарова-Месснер:
— До сих пор считалось, что во время полета крылья насекомых погружены в так называемый ламинарный пограничный слой воздуха, который как бы сглаживает их поверхность. Теперь эту точку зрения приходится пересматривать: результаты исследований говорят о том, что на крыльях насекомых ламинарный пограничный слой, судя по всему, отсутствует. Видимо, так выгоднее при машущем полете... Похоже, сложный рельеф крыла, расчленяющий поток на отдельные струи, делает движение воздуха более упорядоченным. Конечно, для авиационного инженера в рисунке рельефа много непривычного. Например, даже то, что желобки идут не поперек, а вдоль крыла, от основания к краю. Но эксперименты показали, что при полете насекомого скорость потоков у основания крыльев выше, чем у краев. Значит, крыло как бы засасывает воздух у основания, а затем, распределив его по желобкам, направляет к краям, создавая дополнительную подъемную силу.
Это не единственная тайна, окружающая полет насекомых, в частности той же мухи. При скоростной кино- и видеосъемке заметно, что крыло насекомого весьма эластично — изгибается, скручивается, может даже сложиться, словно веер...
Крыло пронизано нервами и системой «кровообращения», по которой течет геомолимфа — жидкость, подобная крови человека. Кроме того, здесь огромное количество микродатчиков — своеобразных органов чувств. Щетинки, колбочки, заметные только под микроскопом, и регистрируют скорость встречного потока воздуха, и отмечают всевозможные крутящие моменты, и помогают насекомому ориентироваться в пространстве... Остается лишь сожалеть, что подобными приборами человек пока не может оснастить крылья своих летательных аппаратов.
А каков «двигатель» у насекомого! Целый день висеть в воздухе не уставая, развивать скорость до 150 км/ч, покрывать в сутки расстояние 1200 км... Сколько бы горючего потребовали на это современные авиационные моторы! Бабочки же, стрекозы, мухи обходятся всего лишь несколькими каплями нектара или крохами с нашего стола.
Любопытно: мышцы, дающие движение крылу, вовсе с ним не связаны! Дело в том, что крыло прикреплено к мягкой перепонке, которая разделяет спинной и боковой отделы спинного панциря. На ней крыло может двигаться почти свободно, опираясь лишь на небольшой «столбик» — маленький, но очень крепкий вырост в верхней части бокового отдела груди. При этом та самая мягкая перепонка, к которой крепится пластинка крыла, позволяет перемещаться вверх-вниз спинной части панциря. При таких движениях, совершаемых за счет мышц, панцирь тянет за собой внутренние кончики крыла. И хотя такие перемещения еле заметны, за ними следует большой взмах лопасти крыла благодаря неравномерности плеч его рычага. Такая сложная система имеет определенные преимущества. Известно ведь, что сокращение мышцы вызывается нервным импульсом. Так вот, ни у одного живого существа планеты нервная система не способна дать более 500 импульсов в секунду. Некоторые же насекомые, например мелкие комарики цератопогониды, способны совершать до 1 тыс. взмахов в секунду. Каким образом? Есть предположение, что растянутые мышцы возвращаются в первоначальное положение самостоятельно, без команды нервной системы.
Благодаря координированной работе датчиков и мышц крылья насекомого выписывают в полете сложные фигуры. Ударяя своими краями о воздух, словно веслами о воду, они позволяют двигаться вперед и назад, неподвижно зависать в воздухе или лететь боком, выполнять головокружительные маневры... Уникально и «навигационное оборудование» мух, стрекоз, бабочек и прочих летунов из мира насекомых.
Известно, что пчелы, «загрузившись» нектаром, летят к своему улью по прямой. Как они вычисляют правильное направление? Говорят, ориентируются по солнцу даже в том случае, если оно скрыто сплошной облачностью, поскольку глаза-фасетки умеют определять поляризацию света, а следовательно, местоположение его источника. А там уж природный компьютер мгновенно определит и нужное направление...
И наконец, еще одна придумка природы, на которую, думается, стоит обратить внимание конструкторам летательных аппаратов, — мушиное «шасси». Оно ведь намного совершеннее, чем колесные тележки современных самолетов. Последним подавай гладкую бетонную полосу, муха же бегает по какой угодно поверхности, и не только горизонтальной, но и вертикальной. Ей ничего не стоит прогуляться и по потолку. Почему она не падает?
Точного ответа на этот вопрос у исследователей пока нет. Одни полагают, что муху держат присоски на кончиках лап. Другие считают, что все дело в специальном клее. Третьи склоняются к тому, что дело не обходится без специальных электрореологических жидкостей... А еще биологи выяснили: мухи теми же лапками проводят доскональный химический анализ поверхности, по которой ступают. И уж, конечно, не пропустят ничего съестного...
В момент опасности шесть лапок — исследовательских зондов — мгновенно превращаются в упругие пружинки. Миг — и муха уже в воздухе, словно подброшенная катапультой.
- Только никакая современная катапульта не обладает такой скорострельностью, компактностью и экономичностью...
А теперь вернемся к тому совещанию, которое я описал вначале. Скорее всего, оно закончится безрезультатно. Конструкторы констатируют, что до природы им еще далеко, разойдутся по своим рабочим местам, где на кульманах чертежи все тех же самолетов и вертолетов. А может, пора уж переходить к созданию мухолетов и стрекозокрылов? Ведь такую идею еще в 1969 году подал инженер В. Филиппов из Северодвинска и даже представил фантастический полет. Вот строки из его описания:
«...Включаем механизм крыльев... Машут! За землю бы не задели только. Включаем тягу на взлет. Ух ты! Наш мухолет так и рвется кверху. Сбавляем газ и усаживаем мухолет в положение катапультирования.
Стрелка стартового манометра подходит к нужной отметке. «Контакт!» Резкий рывок — и мы летим вверх под углом в сорок пять градусов. Вспыхивает лампочка «Крылья» — и вдруг наш мухолет резко уходит вверх и назад... Куда это нас несет?.. Ба! Да ведь надо убрать стартовые шасси: сложить ноги. Ну вот теперь дело лучше, но все равно тянет и тянет кверху. В чем дело? Наверное, надо дать рычаг вперед. Ну конечно, вот и выровнялся наш мухолетик, потянул вперед над городом.
Выключаем мотор, переходим на парящий полет. Тишина, только крылья шуршат, словно паруса. Это воздушные вихри тянут, держат наш мухолет-вихрелет. Вот озеро, луг, зеленые насаждения. Снижаемся и сажаем свое сооружение прямо между кустов...»
Так, возможно, будет выглядить «мухокрыл»
Как видим, идея витает в воздухе. Правда, ее осуществление, похоже, в ближайшее время не предвидится. Хоть первые робкие попытки и предпринимаются. Вспомним хотя бы о тех же махолетах из Воткинска. Но чтобы рукотворные аппараты летали столь же виртуозно, как насекомые, нам еще предстоит учиться и учиться. У мух и стрекоз.