– Это ужасно, – ответил Чинкл, – Твой здравый смысл и чувство реальности будут подвергнуты бесчеловечному испытанию на прочность… Так. А где тот ноутбук с которым я летал на Табуаэран? Только не говори, что я оставил его в флайке.
– Я могу и не говорить, – отозвалась Зирка, – хотя так оно и есть.
– Ладно… Я пошел за ноутбуком, а ты пока можешь начинать прощаться с тем, что кажется тебе твоим здравым смыслом.
-
Маленькая лекция о мыльных пузырях, прочитанная доктором Чинклом.
Как известно, плотность воздуха при обычных условиях составляет примерно 1.2 килограмма на кубометр. С точки зрения воздухоплавания, это та потенциальная архимедова сила, которую можно в какой-то мере использовать, для полета, если наполнить пузырь каким-либо легким газом – водородом, или гелием, или тем же воздухом, только при более высокой температуре, чем снаружи, или вакуумом. Я извиняюсь за абсурдную формулировку: «наполнить вакуумом», но с инженерной позиции именно так это и должно называться. На самом деле, речь не идет даже о приближении к техническому вакууму. Достаточно наполнить пузырь воздухом, разреженным в двадцать раз, и мы получим более высокую подъемную силу, чем у водорода и у гелия. Но, чтобы внешнее давление не сплющило наш летучий пузырь, придется сделать его жестким и прочным. Вопрос: насколько. Возьмем маленький вакуумный шар диаметром 6 метров. Его объем – 110 кубометров, а подъемная сила примерно центнер. Его поверхность 110 квадратных метров – забавное совпадение, правда? Я специально так подгадал, чтобы не запоминать много цифр. Этот очень небольшой шар будет сплющен с силой тысяча тонн, или 10 мега-ньютонов. Вот проблема, о которую спотыкались все проекты вакуумных дирижаблей. Конечно, существуют легкие материалы, выдерживающие такую нагрузку, но они дороги, и дешевле оказывается летать на водороде, на гелии или на горячем воздухе.
Теперь сделаем полый тонкостенный 6-сантиметровый шарик, по типу теннисного мячика, из недорогого стеклопластика. Такие шарики, но вдвое большего диаметра, являются колесами микроллера. Они, как знает любой студент, выдерживают двух взрослых людей с двумя канистрами пива. А мы сделаем 6-сантиметровый шарик и откачаем из него воздух. Этот размер я выбрал, чтобы не забивать голову лишними цифрами и использовать предыдущий пример. Итак: объем – 110 кубосантиметров, сжимающее давление – центнер силы, и мы его выдержим, но увы: подъемная сила составит всего сто миллиграммов. Он не сможет поднять даже сам себя. Придется поменять материал. Применим пленку из псевдо-жидкого композита, который очень кстати изобрели в ходе разработки «Диогеновых бочек». Эта пленка имеет такую же толщину, как обычная мыльная пленка – порядка микрона. Из нее можно надувать замечательные пузыри, причем масса 6-сантиметрового пузыря составит всего 10 миллиграммов. Мы получаем 90 миллиграммов свободной подъемной силы! Dixi!
Кстати, я забыл сказать о главном свойстве некоторых псевдо-жидких композитов. Облучение в УФ- диапазоне превращает их пленки в единую сшитую молекулу, по аналогии с кристаллом алмаза. Прочность этого пузыря на сжатие даже выше, чем прочность колеса микроллера, сделанного из толстой стеклопластиковой пленки.
Казалось бы, дело в шляпе. Мы берем 6-метровый кубик из тонкой прочной сетки, засовываем в него миллион твердых пузырей, и получаем модуль, поднимающий 90 килограммов. Все отлично, пока мы не начнем увеличивать вес груза. Наши пузыри довольно прочны, но если локальная нагрузка из-за неравномерного распределения, станет вдвое больше, то произойдет то же, что с микроллером, на котором решила покататься лошадь. Колеса… В смысле пузыри начнут трескаться, и… Теперь вы понимаете, почему Атли Бо заинтересовался той областью прикладной математики, которая, казалось бы, не связана с его разделом инженерии. Я восхищен его идеей применить к этой проблеме теорию, разработанную, совершенно для других целей. Просто он заметил, что рассматриваемые в этой теории абстрактные объекты очень похожи на твердые пузыри, регулярно уложенные в сетку тем или иным образом. В частности, на пену. Ведь пена, это, по существу, куча пузырей с общими стенками.
Ну, теперь-то дело в шляпе? А вот и нет! Возникает чисто экономическая проблема изготовления миллиардов вакуумных пузырей. Прикладная химия дала нам очень дешевый псевдо-жидкий композит, но есть еще цена технического вакуума. При заявленных масштабах, она может похоронить весь бизнес. И тут ребятам пришла в голову идея использования платформ-стратостатов, разработанных для программы «Cargo-Space-Start». Если на платформе может разместиться пусковая установка космического корабля, то почему бы не смонтировать на ней фабрику, производящую пузыри или пену? В эшелоне 25 километров сколько угодно бесплатного суб-вакуума. Там давление около сорока миллиметров ртутного столба. Потом на малой высоте, пузыри или пена окажутся гораздо легче окружающего плотного воздуха.
Не будем сбрасывать со счетов традиционные газы-наполнители для аппаратов легче воздуха. Гелиевая или водородная пена со сверхтонкими стенками, это замечательный конструкционный материал. Представьте себе дирижабль, как сплошной кусок такого специального пенопласта. Несложно сделать такую пенопластовую отливку. Проблема только в расчете прочности, как и в случае с вакуумными пузырями.
Аппетит приходит во время еды. Атли Бо и Олан Синчер не случайно вписались на лекции дока Орейли по палеобионике, когда начался бум вокруг тонких нежестких оболочек большого диаметра. Это пузырь который вырастает в космосе сам, за счет размножения маленьких ячеек, составляющих его пленку. Представьте себе тонкую сферу, диаметром двести метров, наполненную водородом. Ее объем примерно 4 миллиона кубометров, а грузоподъемность при обычном атмосферном давлении, соответственно, 4 тысячи тонн. Стоимость процесса сказочно низкая, но вот беда: нагрузить такую оболочку равномерно почти невозможно, а любая неравномерность вызовет критические локальные напряжения. Как быть?
Хитрые ребята идут на лекции Орейли, и узнают, как выходили из этого положения доисторические организмы. Ячейки их растущих оболочек были снабжены длинными ворсинками. Эти ворсинки вытягивались внутри оболочки и срастались с другими ворсинками, образуя, как бы, каркас – паутину. Локальная нагрузка, приложенная к оболочке, распределялась через этот каркас. Разумеется, не так-то просто нарисовать алгоритм параллельного роста самого пузыря и этого внутреннего каркаса. Тогда эти Хитрые ребята отправляются на мои лекции по прикладной математике неполных фракталов, и получают, по крайней мере, общие представления о том, как решаются подобные задачи. Теперь они могут сформулировать вопросы к эксперту.
Ну, а сейчас заключительный аккорд. Фокус в том, что и сверхтонкая пена, и тонкие оболочки, интересны также и для аппаратов тяжелее воздуха. Твердый пенопласт с прошлого века стали использовать, как материал для несущих плоскостей самолетов. Сначала – для авиамоделей, потом для авиеток. Потом появились перспективные материалы из вспененного металла. Кубометр вспененного алюминия весит всего полцентнера. А представьте, что будет в случае сверхтонкой пены или сверхлегкой оболочки с паутинным внутренним каркасом? Площадь несущих плоскостей самого крупного из современных китайских военно-транспортных самолетов – почти 5000 квадратных метров. Если найти способ сделать эти элементы почти невесомыми, то китайские вояки раскроют свои необъятные кошельки и… Ну, вы меня поняли.
Вот так, отдельные хитрые граждане вписываются в программу экономической поддержки астронавтики, и гребут оттуда инновационные технологии для своей коммерческой лавки. Впрочем, я не намерен осуждать эту стратегию с позиции абстрактной этики. Я просто интересуюсь, какой объем табаша, нажитого таким специфическим методом, сен Синчер предлагает мне за мои профессиональные консультации. Снэп, Оюю, я понятно выразился? Считайте это вашим домашним заданием… Зирка, тебе было интересно?… Ах, не все понятно? Ну, это не беда. Договоримся так. Завтра у тебя выходной день по требованию трудящихся, а вот послезавтра вечером мы найдем часа два на занимательную математику и физику.
…
5. День стабильного Лабысла.
