Поднять перископ: как улитки помогли построить подлодки
Знаете, зачем англичане к слову «почта» добавляют букву s? Таким образом они поясняют, что речь идет не об электронной почте, а об обычной, и намекают на то, что она очень медленная. Ведь s – это сокращение от snail, то есть "улитка".
Но на самом деле не все улитки медленные. Некоторые из них умеют двигаться так быстро, что их можно штрафовать за превышение скорости. На что еще способны эти брюхоногие? И почему они идеальные кандидаты для создания биологических роботов? На эти вопросы ответили эксперты программы "Знаете ли вы, что?" с Алексеем Иванченко на РЕН ТВ.
Как связаны перископы и улитки?
Тише воды, ниже травы. Так военные эксперты отзываются о подводной лодке четвертого поколения "Ясень". Субмарины этого типа действительно самые бесшумные, но при этом самые мощные по составу вооружения. За это их еще называют !подводными штурмовиками".
"Фактически лодка может выполнять несколько задач. Это борьба с аналогичными подводными лодками, стрельба по береговым целям, то есть по военно-морским базам вероятного противника, это борьба с крупными кораблями, в том числе с авианосцами, и, конечно, это защита наших ракетных крейсеров стратегического назначения, которые вооружены баллистическими ракетами с ядерными боеголовками", – отметил военный эксперт, капитан первого ранга в запасе Василий Дандыкин.
Недавно лодки этого проекта получили уникальные оптронные перископы. С помощью этих аппаратов подводники за считанные секунды могут обнаружить противника на поверхности в любое время суток и сразу же уйти обратно на глубину. Казалось бы, причем тут улитки?
"У улитки, как у брюхоногого моллюска, есть так называемые глазные бокалы, это устройство позволяет улиткам втягивать, соответственно, свои глаза, когда они прячутся в раковину", – рассказал кандидат геолого-минералогических наук Руслан Габдуллин.
Первый прибор для наблюдения из укрытия
Самый первый прибор для наблюдения из укрытия придумал Иоганн Гуттенберг. В историю он вошел как изобретатель печатного станка. Но до того как стать книгопечатником, немецкий инженер экспериментировал с зеркалами. Изначально простейший перископ помогал увидеть уличные представления. Когда на площади собиралась толпа, рассмотреть что-то поверх человеческих голов было сложно. Тогда и пригодилось изобретение Гуттенберга. А идею инженеру подсказала обычная садовая улитка.
"Улитка и перископ. Они похожи между собой тем, что и перископ выдвигается, и улитка выдвигается. У нее могут выдвигаться щупальца и убираться. Многие, наверно, видели в детстве, когда улитка чего-то испугается или ее травинкой потрогать, у нее те щупальца, на которых глаза расположены, прячутся", – сказал сотрудник кафедры прикладной экологии РУДН Владимир Пинаев.
Совсем скоро идею Гуттенберга доработали и стали использовать совершенно иначе. Аппараты, очень похожие на перископы, стали применять для наблюдения из укрытий. Этим приспособлением пользовались первые испытатели ядерных бомб и шпионы.
Принцип действия перископа
Принцип действия перископа основан на углах падения и отражения, которые всегда равны. Здесь есть два зеркала, расположенных под углом 45 градусов. Два по 45 дает 90. Таким образом человек может смотреть на предмет скрытно. Этим способом пользуются на подводных лодках. За поверхностью океана наблюдают, не всплывая.
Долгое время перископ состоял из мачты и зеркал, как средневековый прототип. Но современные модели гораздо сложнее. В оптронном перископе вместо зеркал стоит оптический блок. Привычную систему линз военные инженеры заменили на электронику.
С центральным постом лодки оптронный перископ связывают кабельные линии. Их подключают к специальному пульту управления. Изображение одновременно транслируется сразу на несколько боевых постов корабля. Раньше видеть то, что происходит на поверхности, мог только один человек. Оптронные системы расширили возможности наблюдения.
"Не только командир лодки имеет такую информацию, но и все необходимые службы корабля – это боевой пост информирования, главный командный пост. Они на мониторах могут смотреть обстановку и в воздухе, и на море. И что очень важно – это все можно увидеть в круговом обзоре, 360 градусов", – отметил Василий Дандыкин.
Как создали субмарину?
Улитки подсказали инженерам еще одну судьбоносную идею. Именно благодаря ей люди научились передвигаться под водой с помощью субмарин. А в основу изобретения легло необычное устройство раковины морского моллюска наутилуса помпилиуса.
"В ходе эволюции у этих моллюсков в раковине появились такие совершенные гидростатические отсеки, которые могут заполняться водой, а потом вода из них вытесняется. Это принцип действия подводной лодки, который используют в балластных камерах", – рассказал Руслан Габдуллин.
Как за каменной стеной
Раковины морских улиток должны быть очень крепкими, чтобы выдержать приливы и отливы, удары о камни во время штормов и нападение хищников. И одному из семейств морских обитателей это удается лучше других. Ученые из Англии и Германии заинтересовалась необычной раковиной и выяснили: все дело в структуре.
Панцирь моллюсков устойчив к повреждению благодаря трем уровням завитков. Они похожи на зигзаг. Когда образуется мелкая трещина, ей приходится преодолевать длинный лабиринт, прежде чем она сможет разрушить раковину, и натыкаться на особо плотные слои. Они тормозят растрескивание, а со временем моллюск заново восстанавливает свое убежище.
"У некоторых из них, например, раковина имеет твердость семь из десяти. Потому что по составу она близка к кварцу, состоит из кремнезема", – пояснил Руслан Габдуллин.
Эта природная технология натолкнула ученых на идею создания самого прочного на планете композитного материала – протея. Чтобы создать протей, ученые синтезировали керамические сферы, которые по своему составу очень близки к раковинам морских улиток, и поместили их в соты из алюминия. А после провели серию экспериментов. Материал не удалось распилить даже с помощью самых мощных резаков.
Дело в том, что лезвие делает неглубокий надрез и застревает. Керамические сферы, разрушаясь, забивают собой образовавшуюся брешь и затупляют лезвие. Чем бы ни пытались разрезать этот брусок, результат всегда один. Но это далеко не все, что ученые подсмотрели у улиток.
Секрет прочных зубов улитки
Улитка имеет 25 тысяч зубов, которые работают как терка. С их прочностью не сравнится даже алмаз. А все потому, что в их состав входят композитные волокна, которые в тысячи раз тоньше и намного прочнее, чем искусственные нановолокна, которые используют, например, при изготовлении пуленепробиваемых жилетов, велосипедных рам и в строительстве самолетов. Ученые уже пытаются их воссоздать, чтобы получить совершенно новые сверхпрочные материалы.
Инсайты инженерной мысли, история, научная аналитика и тайны нашей планеты – об этом и многом другом смотрите в выпусках программы "Знаете ли вы, что?" с Алексеем Иванченко. Каждый вторник в 23:30 на РЕН ТВ!