На пути к бионике

За разгадку тайны скоростного плавания дельфинов принялся известный английский биолог, один из крупнейших специалистов по движению животных, профессор Джеймс Грей. В 1936 году Грей увидел стайку дельфинов, догнавшую и опередившую пароход, на котором он плыл. Ученый был страшно удивлен такой резвостью животных: ведь судно было одним из самых быстроходных в то время - делало 17 узлов в час. С такой скоростью можно летать, бегать по земле, но не плыть в воде, которая в 800 раз плотнее воздуха. Поскольку измерить сопротивление воды, обтекающей плывущего дельфина, было делом очень сложным, Грей пошел по другому пути: он буксировал по бассейну жесткую модель, соответствующую по форме и размерам дельфину, и определил сопротивление воды. И тогда исследователь столкнулся с почти необъяснимым законами механики фактом: точно воспроизведенная по весу и форме тела модель дельфина, которой сообщалась тяга, равная развиваемой дельфином, передвигалась по воде гораздо медленнее, чем живой дельфин! Дальнейшие расчеты привели к совершенно неожиданным результатам: гидродинамическое сопротивление движущемуся дельфину в 7-10 раз меньше, чем твердому телу такой же формы и размеров. Иными словами, если считать движение дельфина сравнимым с движением сделанной по его форме, размерам и весу модели, то мощность мышц дельфина должна быть по крайней мере в 10 раз выше, чем у любого другого млекопитающего, живущего на суше! Однако подобная мощность мышц ни с чем не сообразна. Одно только потребление кислорода животным должно быть при этом гораздо выше, чем допускают возможности дыхательной системы дельфина. Тогда, быть может, имеется принципиальная разница в тканях мышц дельфинов и наземных млекопитающих? Нет, такой разницы выявить не удалось. У дельфинов вес мышечной системы примерно тот же, что и у млекопитающих суши. Мускульная сила в пересчете на килограмм веса мышц у всех млекопитающих одинакова. Вот и получалось: или не верить глазам своим, или объяснить, почему, вопреки расчетам, добродушные морские красавцы плавают с такими большими скоростями, хотя и не имеют на это "никакого теоретического права"!

Так родилась первая из великих тайн дельфина и греевский комментарий к ней: "Природа сконструировала дельфина много совершенней и лучше, чем человек подводную лодку или торпеду". Эта загадка кудесницы-природы, длительное время остававшаяся неразгаданной, впоследствии получила название "парадокс Грея". Он просуществовал около 25 лет. За это время предпринимались десятки и сотни попыток расшифровать загадку "морских скороходов". Дельфинов взвешивали, обмеряли, под микроскопом рассматривали их ткани, фотографировали и в фас, и в профиль. Производились расчеты. И вновь, в который раз, они показывали, что сопротивление движению дельфина сведено к такому минимальному значению, которое для нас на практике пока недостижимо. Оставалось одно: предположить, что дельфины обладают какими-то приспособлениями, механизмами, которые позволяют им при плавании уменьшать сопротивление воды, сохранять в пограничном слое ламинарное* течение. Но одно дело - предположить, а другое дело - доказать, что дельфины действительно предотвращают возникновение турбулентности** в обтекающем их потоке, экономят таким образом немало энергии и тем самым достигают высокой быстроходности. И такое доказательство в конце концов было найдено. В 1960 году специалист-ракетчик М. Крамер объявил: тайны больше по существует...

* (Ламинарное течение - течение без завихрений, все струи параллельны.)

* (Турбулентное течение - течение с завихрениями. Оно создает дополнительное сопротивление.)

Почему же вдруг ракетчик заинтересовался "парадоксом Грея" и взялся за исследование особенностей движения дельфинов в воде? Что общего между дельфином и ракетой?

Оказывается, при скорости ракеты в несколько километров в секунду воздух нижних слоев атмосферы оказывает почти такое же сопротивление, как вода при обычных скоростях движения. А нельзя ли секрет скорости дельфина использовать для ракет?