naukaVdejstvii

Проблему решили необычным способом. В качестве багажного отделения предложили считать топливный бак, который в пустом состоянии теоретически мог вместить чемодан установленного размера. Перевозить вещи рядом с бензином никто не собирался. Это была формальная трактовка регламента, позволившая чистокровному гоночному прототипу соответствовать требованиям, установленным для дорожного автомобиля.

Когда гоночные машины начали притворяться серийными

Toyota GT-One, также известная под заводским индексом TS020, создавалась для участия в гонке «24 часа Ле-Мана». Разработкой занималось европейское подразделение Toyota Team Europe в Кёльне, ранее отвечавшее за раллийную программу компании.

В 1990-х годах категория GT1 переживала стремительное техническое развитие. Изначально в ней должны были выступать гоночные версии дорожных спортивных автомобилей. Производитель выпускал серийную модель, а затем приспосабливал её к соревнованиям: облегчал кузов, форсировал двигатель, изменял подвеску и устанавливал развитое аэродинамическое оперение.

Однако формулировки регламента позволяли действовать в обратном порядке. Компания могла сначала разработать гоночную машину, а затем изготовить несколько формально дорожных экземпляров для омологации — процедуры, подтверждавшей соответствие модели требованиям выбранной категории.

Этой возможностью воспользовались Mercedes-Benz, Porsche, Nissan и другие участники. Автомобили GT1 постепенно превратились в прототипы, лишь внешне сохранявшие признаки дорожных моделей. Их оснащали фарами, указателями поворота, пассажирским сиденьем и другим обязательным оборудованием, но для повседневных поездок они практически не предназначались.

Toyota Motorsport построила два дорожных экземпляра GT-One. Один остался в Германии, другой отправился в Японию. Обе машины использовались для омологации и в свободную продажу не поступили.

Зачем гоночному автомобилю понадобился чемодан

Требование о багажном отделении должно было отделять дорожные автомобили от специализированных гоночных конструкций. Если машина считалась пригодной для обычной эксплуатации, в ней предполагалось место не только для водителя и пассажира, но и для их вещей.

Вместимость багажника определялась не привычным объёмом в литрах. Регламент предусматривал стандартизированный чемодан, который должен был помещаться в отведённое пространство. Такая проверка позволяла оценить практичность отделения независимо от сложности его формы.

Для обычного купе выполнение этого условия не представляло проблемы. Багаж можно было разместить под передним капотом или за сиденьями. Однако автомобили GT1 конца 1990-х лишь формально относились к дорожным моделям. Их внутреннее пространство занимали силовые элементы кузова, двигатель, трансмиссия, системы охлаждения, топливное оборудование и аэродинамические каналы.

Mercedes-Benz ранее воспользовалась труднодоступной полостью под задней частью кузова. Такое пространство формально подходило для багажа, хотя пользоваться им в повседневной жизни было бы неудобно. Toyota выбрала ещё более радикальную трактовку правил и отказалась от отдельного отсека.

Почему в GT-One не нашлось места для багажника

Компоновка Toyota GT-One была рассчитана прежде всего на эффективность на гоночной трассе. В основе автомобиля находился лёгкий углепластиковый монокок. Двигатель располагался позади кабины, а кузов направлял воздушные потоки вокруг колёс, через радиаторы и под днище.

Полноценный багажник потребовал бы увеличить размеры кузова либо пожертвовать пространством, занятым агрегатами. Дополнительный отсек мог изменить форму кормы, сократить площадь аэродинамических каналов или затруднить доступ к механизмам.

Даже небольшое ухудшение характеристик имело значение. Гонка в Ле-Мане продолжается сутки, за которые автомобиль проходит несколько тысяч километров. Незначительное увеличение сопротивления воздуха на каждом круге оборачивается потерянным временем, дополнительным расходом топлива и повышенной нагрузкой на двигатель.

Поэтому конструкторы не стали искать место, куда владелец гипотетической дорожной GT-One действительно мог бы положить вещи. Вместо этого они сосредоточились на буквальном содержании требования: внутри автомобиля должен существовать объём, достаточный для размещения чемодана.

Пустой бензобак стал формальным багажником

Подходящая по размерам ёмкость уже находилась внутри автомобиля — это был топливный бак. Во время гонки он выполнял своё прямое назначение, но при омологационной проверке рассматривался в пустом состоянии.

Согласно наиболее распространённому описанию этой истории, инженеры Toyota указали, что внутреннего объёма бака достаточно для стандартного чемодана. Регламент требовал наличия подходящего пространства, но не определял достаточно точно его доступность и возможность использования одновременно с другими системами машины.

Технические коллегия судей приняли такую трактовку. В результате бак получил две совершенно разные функции: реальную — хранить топливо во время движения, и формальную — считаться багажным пространством при проверке автомобиля.

Это не означало, что в кузове предусмотрели специальный багажный люк или приспособили бак для безопасной перевозки вещей. Чемодан нельзя было поместить внутрь перед поездкой, а затем заправить автомобиль. Речь шла только о геометрической вместимости пустой ёмкости.

Подробный протокол той омологационной проверки в открытом доступе не опубликован. Эпизод известен преимущественно по более поздним автомобильным публикациям, которые сходятся в главном: Toyota убедила судей засчитать пустой топливный бак в качестве требуемого пространства для багажа.

Что представляла собой Toyota GT-One

Отказ от отдельного багажника позволил сохранить бескомпромиссную конструкцию автомобиля. GT-One проектировали под руководством французского инженера Андре де Кортанца, имевшего опыт создания машин для ралли и гонок на выносливость.

Монокок изготовили из углепластика и алюминиевых сотовых панелей. Масса гоночной версии составляла около 900 килограммов. Позади пилота находился глубоко модернизированный 3,6-литровый двигатель V8 с двумя турбокомпрессорами, развивавший приблизительно 600 лошадиных сил. Мощность передавалась на задние колёса через шестиступенчатую секвентальную коробку передач.

Кузов отличался длинной кормой, крупным задним антикрылом и большими каналами в передних крыльях. Воздух, попадавший в колёсные ниши, выходил через отверстия в верхней части кузова. Это уменьшало давление под передними крыльями и повышало устойчивость машины на высокой скорости.

Автомобиль полностью проектировали с использованием систем автоматизированного проектирования. При разработке учитывали особенности трассы Сарта, где медленные повороты сочетаются с длинными прямыми. Машине требовалась достаточная прижимная сила, но чрезмерное аэродинамическое сопротивление снижало скорость и увеличивало расход топлива.

Дорожная GT-One отличалась от гоночной версии обязательным оборудованием и некоторыми настройками, однако оставалась неудобной для повседневной эксплуатации. Низкий кузов затруднял движение по обычным дорогам, тесный салон был окружён элементами монокока, а обзорность и посадка подчинялись требованиям трассы.

Первая попытка закончилась незадолго до финиша

В 1998 году Toyota привезла в Ле-Ман три GT-One. Автомобили сразу продемонстрировали высокую скорость: один из них занял второе место в квалификации, а во время гонки команда долго сохраняла шансы на победу.

Суточный марафон проверяет не только скорость. Трансмиссия, двигатель, тормоза и подвеска часами работают под высокой нагрузкой, а пилотам приходится двигаться ночью, в плотном трафике и при меняющейся погоде. Даже небольшая неисправность способна перечеркнуть результат почти завершённой гонки.

Два экипажа Toyota выбыли после аварии и технических проблем. Одна из машин сошла из-за неисправности трансмиссии незадолго до финиша. Единственная оставшаяся GT-One завершила гонку на девятом месте.

Несмотря на результат, стало очевидно, что Toyota создала один из быстрейших автомобилей пелотона. Одновременно проявилась основная проблема категории GT1: участники уже не дорабатывали серийные купе, а строили дорогостоящие прототипы, существование которых оправдывалось несколькими омологационными экземплярами.

После изменения правил багажник больше не требовался

К сезону 1999 года прежнюю категорию LMGT1 заменили классом LMGTP для закрытых гоночных прототипов. Машинам больше не требовалось изображать дорожные автомобили, поэтому исчезла и необходимость доказывать наличие багажного отделения.

Toyota доработала аэродинамику GT-One, уменьшила разрешённый объём топливного бака и повысила надёжность конструкции. В квалификации две машины команды заняли первый ряд стартового поля.

Во время гонки два экипажа сошли после аварий. Оставшаяся GT-One под управлением Укё Катаямы, Тосио Судзуки и Кэйити Цутии начала преследовать лидировавшую BMW V12 LMR. Японский экипаж установил быстрейший круг, однако поздний прокол лишил его возможности провести решающую атаку. Toyota пересекла финиш второй.

После сезона 1999 года программу GT-One закрыли. Компания начала подготовку к участию в Формуле-1, а TS020 больше не вышла на старт «24 часов Ле-Мана».

Орбитальное движение Венеры ничем не нарушает общий порядок Солнечной системы. Необычно ведёт себя именно её собственное вращение. Причину этой особенности нельзя восстановить по одному наблюдению: современное состояние могло сформироваться за миллиарды лет под действием нескольких противоположно направленных сил.

Что именно у Венеры движется назад

Если смотреть на Солнечную систему с северной стороны плоскости эклиптики, все восемь планет обращаются вокруг Солнца против часовой стрелки. Большинство из них в том же направлении вращаются вокруг собственных осей. Венера, напротив, поворачивается по часовой стрелке.

Такое вращение называют ретроградным, или обратным. Венера не единственное исключение: ретроградно вращается и Уран, ось которого сильно наклонена к плоскости его орбиты. Однако среди планет земной группы — Меркурия, Венеры, Земли и Марса — подобное движение характерно только для Венеры.

Из-за ретроградного вращения Солнце на Венере перемещалось бы по небу с запада на восток. Увидеть его с поверхности напрямую всё равно не удалось бы: планету постоянно закрывают плотные облака.

Период в 243 земных суток обозначает звёздные сутки — время полного оборота относительно удалённых звёзд. Солнечные сутки отсчитывают от одного прохождения Солнца через местный меридиан до следующего. Поскольку Венера вращается навстречу своему орбитальному движению, это занимает около 116,75 земного дня. Следовательно, известный парадокс «сутки длиннее года» относится именно к обороту относительно звёзд.

Вращение обнаружили сквозь облака

Плотная атмосфера столетиями мешала определить скорость вращения Венеры. В обычный телескоп виден почти однородный светлый диск без устойчивых деталей поверхности. Перемещение облаков тоже не могло служить ориентиром: атмосфера движется гораздо быстрее твёрдой оболочки.

Надёжные измерения появились в начале 1960-х годов благодаря радиолокации. На Венеру направляли радиосигнал, проходивший сквозь облачный слой, а затем принимали отражение от поверхности. Из-за эффекта Доплера частота сигнала менялась: один край вращающейся планеты приближался к наблюдателю, другой удалялся. По структуре радиолокационного эха удалось определить направление и примерный период вращения.

Позднее результат уточнили космические аппараты. Особенно подробные данные получил «Магеллан», работавший у Венеры в 1990-1994 годах. Его радиолокатор составил почти глобальную карту поверхности, позволив отслеживать положение одних и тех же деталей рельефа.

Солнце стремится синхронизировать планету

Скорость вращения планеты не остаётся неизменной. На неё действуют крутящие моменты — воздействия, способные ускорять или замедлять вращение. Для Венеры особенно важны приливы, создаваемые солнечным притяжением.

Приливная деформация возникает не только в океанах. Притяжение Солнца слегка вытягивает всю Венеру, включая её каменную оболочку. Горные породы реагируют на воздействие с задержкой, поэтому приливные выпуклости оказываются немного смещены относительно линии, соединяющей центры планеты и Солнца. Притяжение этих выпуклостей создаёт момент, изменяющий вращение.

Часть механической энергии рассеивается в недрах и превращается в тепло. В упрощённом случае такой процесс постепенно приводит планету к приливному захвату — состоянию, при котором период вращения совпадает с периодом обращения по орбите. Тогда к звезде постоянно обращена одна и та же сторона тела.

Для Венеры подобное состояние соответствовало бы прямому вращению с периодом около 224,7 суток. Приливы в твёрдом теле стремятся приблизить её к этому режиму. Следовательно, современное медленное ретроградное вращение должно поддерживаться другим крутящим моментом.

Атмосфера создаёт встречный момент

Давление на поверхности Венеры составляет около 9,2 мегапаскаля — примерно в 90 раз больше земного на уровне моря. Около 96,5 % её атмосферы приходится на углекислый газ. Такая массивная газовая оболочка способна влиять на движение всей планеты.

Солнечные лучи нагревают дневную сторону сильнее ночной. Однако температура и давление меняются не мгновенно: газу требуется время, чтобы нагреться, остыть и переместиться. Из-за этой задержки в атмосфере возникают глобальные волны давления и области с небольшим избытком массы, смещённые относительно направления на Солнце. Это явление называют тепловым атмосферным приливом.

Солнечное притяжение действует на неоднородно распределённую массу атмосферы и создаёт крутящий момент. В условиях современной Венеры он способен противодействовать приливам в твёрдом теле. Движение передаётся между газовой оболочкой и поверхностью через трение, атмосферные волны и взаимодействие потоков с рельефом.

Атмосфера при этом не раскручивает поверхность по принципу турбины. Угловой момент перераспределяется внутри системы, включающей орбитальное движение, атмосферу и твёрдую планету. Направление воздействия зависит не только от скорости ветра, но и от положения областей повышенного давления относительно Солнца.

Облака в верхних слоях атмосферы обходят Венеру приблизительно за четыре земных дня. Такое опережающее движение называется суперротацией. Оно не означает, что вся планета вращается с той же скоростью: твёрдая поверхность совершает оборот примерно за 243 суток. Суперротация лишь показывает, насколько активно атмосфера переносит энергию и угловой момент.

Столкновение остаётся возможным сценарием

Одно из известных объяснений связывает обратное вращение с гигантским столкновением во время формирования планет. Достаточно массивное небесное тело действительно могло изменить угловую скорость Венеры, сильно наклонить её ось или развернуть вращение. Подобные события происходили в молодой Солнечной системе.

Однако столкновение само по себе не объясняет современный период. После удара солнечные приливы продолжали бы воздействовать на планету в течение миллиардов лет. Кроме того, на Венере не обнаружено однозначных следов конкретной катастрофы, по которым можно было бы установить направление и силу удара.

Другой класс моделей описывает изменение наклона оси под влиянием гравитационных возмущений и приливов. В этом случае планета могла прийти к состоянию, которое наблюдается как ретроградное вращение, даже без резкого разворота угловой скорости.

Столкновение и изменение наклона оси не исключаются, но современная динамика Венеры показывает, что её вращение нельзя считать просто сохранившимся результатом далёкого события. Существенную роль должно играть длительное взаимодействие планеты с Солнцем и собственной атмосферой.

Плавный разворот без катастрофы

Один из современных расчётных сценариев допускает настоящий разворот вращения без внешнего удара. Молодая Венера могла первоначально вращаться в прямом направлении и иметь сравнительно тонкую атмосферу. Приливы в твёрдом теле постепенно замедляли её, приближая к синхронному состоянию.

По мере выделения газов из недр атмосфера становилась массивнее, а создаваемый ею тепловой прилив усиливался. При достижении определённого порога прежнее устойчивое состояние разделялось на два новых режима — с более быстрым и более медленным вращением. В динамике такой переход называют бифуркацией.

Если планета попадала на медленную ветвь, её угловая скорость продолжала уменьшаться, могла достичь нуля, а затем изменить знак. Венера начинала вращаться в обратном направлении, причём переход происходил постепенно и не требовал катастрофического события.

Этот сценарий демонстрирует физическую возможность плавного разворота, но не доказывает, что история Венеры развивалась именно так. Результат зависит от времени формирования атмосферы, свойств внутренних слоёв, первоначального наклона оси и эффективности приливного рассеяния.

Почему окончательного ответа пока нет

Первоначальная скорость вращения Венеры неизвестна. Не установлено и то, насколько плотной была её атмосфера в разные эпохи. Механические свойства мантии и ядра также приходится оценивать косвенно, а от них зависит скорость приливной эволюции.

Геологическая летопись ранней Венеры сохранилась плохо. Значительная часть поверхности была изменена вулканическими и тектоническими процессами, поэтому следы событий первых миллиардов лет почти недоступны. Одинаковое современное вращение может получаться в моделях с разными начальными условиями.

Радиолокационные и космические измерения, проведённые в разные годы, дают немного различающиеся значения продолжительности венерианских суток. Расхождения измеряются минутами и могут быть связаны с изменениями атмосферной циркуляции и обменом угловым моментом между атмосферой и поверхностью.

Длительные наблюдения позволят проверить, находится ли нынешнее вращение в устойчивом равновесии или продолжает медленно меняться. Для изучения планет у других звёзд это имеет отдельное значение: плотная атмосфера способна определять не только климат, но и продолжительность и направление планетарных суток.

Опытная партия насчитывала 47 машин. Их не продавали частным владельцам: электрофургоны направили в разные организации для проверки в повседневной работе. Проект должен был показать, способен ли электрический автомобиль обслуживать городские маршруты и оставаться полноценным грузовым транспортом.

Электромобиль для городских служб

Работы по электротранспорту на АвтоВАЗе начались не как попытка создать необычный легковой автомобиль. В 1974 году Министерство автомобильной промышленности СССР поставило задачу разработать электромобили для крупных городских хозяйств. На заводе появилось специальное конструкторское подразделение, занимавшееся машиной, приводом, тяговой батареей и зарядным оборудованием.

Наиболее подходящей сферой применения считались короткие развозные маршруты. Служебные машины двигались по известной территории, возвращались на одну базу и не нуждались в высокой скорости. В таких условиях ограниченный пробег между зарядками не был критическим, а отсутствие выхлопа и тихая работа становились преимуществами.

Первый вазовский экспериментальный электромобиль собрали в конце 1974 года. Следующим шагом стала более практичная грузовая модель. В 1975 году завод изготовил два опытных электрофургона на базе ВАЗ-2102. После нескольких лет испытаний конструкцию подготовили к проверке в реальной эксплуатации.

Как универсал превратили в электрический фургон

ВАЗ-2102 выбрали из-за вместительного кузова и освоенного производства. Однако требовалось разместить тяжёлые аккумуляторы и силовую аппаратуру, сохранив развесовку и прочность машины.

ВАЗ-2801 сделали двухместным. Заднюю часть превратили в грузовой отсек, боковые окна закрыли гофрированными панелями, а задние боковые двери убрали. Справа находился люк для доступа к батарее, ещё один съёмный элемент — в передней части кузова. Некоторые машины получили крупную надпись «Электро» на бортах.

Аккумуляторы опирались на встроенную алюминиевую раму, разгружавшую серийный кузов. Часть батареи находилась под капотом, часть — впереди грузового отсека. Это помогало распределить вес, но отнимало полезное пространство.

Электродвигатель постоянного тока ПТ-125 мощностью 25 киловатт позволял разгоняться до 87 километров в час — для городского фургона этого было достаточно.

Что могла никель-цинковая батарея

ВАЗ-2801 получил никель-цинковую батарею НЦ-125 ёмкостью 125 ампер-часов. Комплект весил около 380 килограммов и составлял значительную часть массы небольшого автомобиля.

При движении с постоянной скоростью 40 километров в час расчётный пробег достигал 110 километров. Эту цифру нельзя воспринимать как гарантированный результат на любом маршруте. Частые разгоны, остановки, груз, температура воздуха и техническое состояние батареи сокращали фактическую дальность. Поэтому машину ориентировали на заранее известные городские рейсы, после которых она могла вернуться к месту зарядки.

Фургон мог двигаться в обычном городском потоке и выполнять сменное задание без бензина. Проблема скрывалась не в максимальной скорости, а в том, сколько полезного автомобиля оставалось после установки батареи.

Зачем понадобились именно 47 машин

Один или два прототипа позволяли проверить расчёты, но не показывали, как техника поведёт себя при ежедневной работе. Поэтому в 1980-1981 годах АвтоВАЗ изготовил опытную партию из 47 электромобилей. Такого количества хватало, чтобы распределить машины между несколькими организациями и собрать данные о разных режимах эксплуатации.

ВАЗ-2801 отправили в Москву, Тольятти, Киев и Миргород. Электрофургоны работали в транспортных и городских службах, на предприятиях бытового обслуживания и на курорте. Несколько экземпляров остались на АвтоВАЗе: по территории главного конвейера они развозили горячее питание к рабочим местам.

Такое применение соответствовало возможностям машины: ограниченная территория, повторяющиеся маршруты и постоянное место зарядки. Одновременно эксплуатация позволяла оценить удобство погрузки, пробег под нагрузкой, обслуживание и влияние тяжёлой батареи на кузов и ходовую часть.

Почему электрические «Жигули» не стали массовыми

Главный недостаток ВАЗ-2801 определялся самим способом его создания. Электромобиль получился путём переделки бензинового универсала, а не проектировался с нуля. Батарея массой 380 килограммов занимала часть грузового пространства и уменьшала допустимую массу перевозимого груза. Для легкового автомобиля это означало бы потерю удобства, а для фургона — ухудшение его основной рабочей функции.

Получался инженерный парадокс: машина создавалась для доставки грузов, но значительную долю её возможностей поглощал источник энергии. Электрофургону также требовались специальные аккумуляторы, силовая электроника, зарядное оборудование и подготовленное обслуживание. Бензиновый ВАЗ-2102 можно было быстро заправить и отправить на любой маршрут.

Опытная партия подтвердила работоспособность ВАЗ-2801, но также показала: для массового выпуска требовались более лёгкие батареи либо новый кузов, изначально рассчитанный на их размещение.

Что АвтоВАЗ сделал после ВАЗ-2801

История ВАЗ-2801 не закончилась внезапным отказом от электротранспорта. Ещё в 1977 году при дизайн-центре завода создали бюро электромобилей. После испытаний переделанного универсала конструкторы сосредоточились на машинах оригинальной компоновки.

Один из вариантов ВАЗ-2802 получил собственную грузовую платформу и детали из алюминиевых сплавов, позволявшие уменьшить массу. В следующем проекте, ВАЗ-2702, аккумуляторные контейнеры разместили под полом, а развесовку рассчитывали вместе со всей конструкцией автомобиля. Так инженеры пытались вернуть электрофургону грузоподъёмность, которую ВАЗ-2801 терял из-за батареи.

Поэтому 47 электрических «Жигулей» были не забытым конкурентом будущих массовых электрокаров, а большим эксплуатационным экспериментом. Они доказали, что электрический фургон может ежедневно работать на коротких маршрутах, и одновременно выявили главный предел ранней технологии: тяжёлую батарею нельзя без серьёзных потерь встроить в кузов, созданный для бензиновой машины. Именно ради этого ответа АвтоВАЗу и понадобилась партия, заметно превосходившая несколько выставочных прототипов.

При этом ни одна вершина на планете не достигает высоты 10 километров над уровнем моря. Даже Эверест с его официальной отметкой 8 848,86 метра не дотягивает до этого рубежа более километра.

Тонкая атмосфера здесь ни при чём. Она осложняет жизнь альпинистам, но практически не мешает расти самой горе. Настоящие ограничения скрываются в земной коре и действуют на её поверхности. Чем выше становится горный массив, тем сильнее собственная масса заставляет его деформироваться, а вода, лёд и оползни всё быстрее разбирают поднявшиеся породы.

Однако 10 километров — не строгая граница, после которой гора немедленно разрушится. Это приблизительный масштаб, возникающий из равновесия между тектоническими силами, прочностью пород, гравитацией и эрозией.

Высота зависит от точки отсчёта

Утверждение о том, что на Земле нет гор выше 10 километров, справедливо только при измерении высоты над средним уровнем моря. Такой способ позволяет сравнивать вершины, расположенные в разных частях планеты, но ничего не говорит о полной высоте горы от её основания.

Эверест является самой высокой точкой суши над уровнем моря. Однако от подножия до вершины он значительно ниже своих официальных 8,8 километра, поскольку возвышается над уже приподнятым Тибетским нагорьем.

Гавайский вулкан Мауна-Кеа, напротив, выступает над уровнем моря лишь примерно на 4,2 километра. Большая часть его склонов скрыта под водой. Если измерить вулкан от основания на дне Тихого океана, получится более 10,2 километра. В этом смысле гора уже преодолела условный десятикилометровый рубеж.

Есть и третий вариант измерения — расстояние от центра планеты. Земля немного расширена в районе экватора, поэтому дальше всего от её центра находится не Эверест, а эквадорский вулкан Чимборасо. Его высота над уровнем моря составляет около 6,3 километра, но расположение почти на экваторе компенсирует эту разницу.

Следовательно, вопрос о предельной высоте относится прежде всего к абсолютной отметке вершины над уровнем моря. Именно по этому показателю ни одна современная гора не достигла 10 километров.

Горные цепи создаёт сжатие земной коры

Большинство высочайших гор возникает там, где сближаются литосферные плиты. При столкновении континентов одна плита не может беспрепятственно погрузиться под другую: континентальная кора относительно лёгкая и сопротивляется глубокому погружению в мантию.

Породы сминаются в складки, раскалываются разломами и надвигаются друг на друга огромными пластами. Земная кора становится толще, а её поверхность поднимается. Так продолжающееся столкновение Индийской и Евразийской плит создало Гималаи и Тибетское нагорье.

Гора при этом не растёт подобно башне, на вершину которой постепенно укладывают новые камни. В движение приходит обширная часть земной коры шириной в сотни и даже тысячи километров. Одни блоки поднимаются, другие погружаются, а часть вещества выдавливается в стороны.

По мере увеличения высоты возрастает гравитационная энергия всего массива. Чтобы поднять дополнительную массу, тектоническому сжатию приходится преодолевать всё более сильное сопротивление. Исследования активных горных поясов показывают, что их средняя высота связана с силами, действующими вдоль границ плит. Когда вес поднятой коры уравновешивает тектонический напор, массив перестаёт заметно расти вверх. Дальнейшее столкновение может расширять горный пояс или усиливать деформацию внутри него.

Под вершиной скрывается глубокий корень

Континентальная кора менее плотная, чем вещество верхней мантии, поэтому в упрощённом виде её можно сравнить с плавающей льдиной. Высокому участку поверхности обычно соответствует утолщённая часть коры, уходящая вниз. Её называют корнем горного сооружения.

Такое равновесие известно как изостазия. Чем выше и массивнее широкая горная область, тем больший объём относительно лёгкой коры необходим для её поддержки. В простой модели одному километру дополнительного возвышения могут соответствовать несколько километров подземного корня.

Обычная континентальная кора имеет толщину в несколько десятков километров. Под южными и центральными районами Тибетского нагорья она местами достигает примерно 70-80 километров. Значительная часть Гималайской горной системы, таким образом, находится не над поверхностью, а глубоко под ней.

Отдельная острая вершина не обладает собственным узким корнем такой же формы. Её поддерживает весь окружающий массив и прочность литосферы. Изостазия лучше описывает крупные плато и горные цепи, чем одиночные пики. Тем не менее общий принцип сохраняется: для устойчивого поднятия огромной массы требуется соответствующая перестройка коры на глубине.

Бесконечно утолщать её невозможно. С ростом давления и температуры свойства глубинных пород меняются, а сам корень становится всё менее устойчивым.

На глубине камень начинает течь

На поверхности скальная порода кажется почти абсолютно твёрдой. Однако в глубине земной коры она находится при высокой температуре и под огромным давлением. В течение миллионов лет даже твёрдые минералы способны медленно деформироваться.

Верхняя часть коры обычно реагирует на напряжение разломами и землетрясениями. Более горячие породы нижней коры ведут себя пластичнее: они растягиваются, выдавливаются в стороны и перетекают из областей повышенного давления. Поэтому слишком высокий и тяжёлый горный пояс начинает расползаться под собственным весом.

Избыточное утолщение может вызвать растяжение верхней коры, хотя движение плит продолжает сжимать регион в целом. Внутри высокого нагорья возникают разломы, по которым отдельные блоки опускаются. Плотные участки нижней коры и литосферы могут отделяться и погружаться глубже, изменяя плавучесть всего массива.

Гора не обязана обрушиться целиком. Чаще лишняя высота постепенно рассеивается через множество процессов: пластическое течение на глубине, смещение по разломам, расширение горного пояса и оседание отдельных блоков. В геологическом масштабе твёрдая кора оказывается не неподвижным фундаментом, а медленно деформирующимся материалом.

Поверхность разбирает гору на части

Одновременно с поднятием начинается разрушение. Дождевая и талая вода проникает в трещины, а при замерзании расширяется и отделяет куски породы. Реки углубляют долины и уносят обломочный материал. Ледники срезают выступы, расширяют ущелья и перемещают огромные массы камня. Землетрясения и сильные осадки запускают оползни.

Чем выше и круче становится рельеф, тем сильнее гравитация действует на его склоны. У обломков появляется больше потенциальной энергии, реки получают больший уклон, а неустойчивые скальные стенки чаще обрушиваются. Поэтому усиление тектонического поднятия не обязательно приводит к такому же увеличению высоты: оно может ускорить вынос пород.

Связь между эрозией и ростом гор сложнее простого стачивания вершины. Когда река или ледник удаляет часть массы, кора разгружается и немного поднимается в результате изостатической компенсации. Долина становится глубже, а соседние гребни могут относительно неё подняться. Эрозия одновременно понижает среднюю поверхность, усиливает местный рельеф и способствует выводу глубинных пород наружу.

Обсуждается и роль так называемой «ледниковой пилы» — предположения, что ледники особенно эффективно ограничивают высоту гор возле снеговой линии. Этот механизм действует не везде одинаково. Современные модели показывают, что средняя высота активных горных поясов во многом определяется тектоническим равновесием, тогда как климат и эрозия заметно влияют на форму склонов, глубину долин и высоту отдельных пиков.

Эверест растёт и разрушается одновременно

Столкновение Индийской и Евразийской плит продолжается, поэтому Гималаи остаются активной горной системой. Участки земной поверхности поднимаются, смещаются горизонтально и деформируются во время землетрясений. Из этого иногда делают вывод, что Эверест со временем обязательно преодолеет отметку 9, а затем и 10 километров.

Однако движение вершины вверх ещё не означает непрерывного увеличения всей горы. Пока тектоника поднимает породы, ледники, лавины, обвалы и реки удаляют материал. Землетрясение может приподнять один блок и одновременно вызвать крупные оползни на его склонах. Даже высота снежной шапки меняется независимо от положения скального основания.

При усилении сжатия горная система способна какое-то время набирать высоту. Но вместе с этим возрастает её вес, активизируются разломы и ускоряется разрушение крутых склонов. В результате формируется подвижное равновесие: через горный пояс постоянно проходят новые породы, хотя его средняя высота меняется сравнительно мало.

Именно поэтому возраст гор нельзя определить по их высоте. Молодая и активно растущая цепь может быстро разрушаться, а древнее нагорье — долго сохраняться благодаря прочным породам и сухому климату.

Почему на Марсе вырос Олимп

Особенно хорошо роль земных условий заметна при сравнении с Марсом. Вулкан Олимп поднимается примерно на 23 километра над окружающими равнинами и простирается на сотни километров. Это не узкий каменный шпиль, а огромный щит с очень пологими склонами.

Марсианская гравитация составляет лишь около 38 % земной. Одинаковая масса породы там создаёт меньшую нагрузку, поэтому вулканическое сооружение может вырасти значительно выше. Кроме того, на Марсе нет современной системы подвижных плит, сравнимой с земной. Район вулканической активности долго оставался над источником магмы, и последовательные извержения наращивали один и тот же массив.

На Земле океаническая плита перемещается над горячей точкой, оставляя за собой цепочку вулканов. По мере роста каждого вулкана литосфера прогибается под его массой, основание опускается, а склоны разрушаются и могут обваливаться в океан. Жидкая вода, ледники и более активный круговорот веществ дополнительно ускоряют эрозию.

Если бы сооружение размером с Олимп возникло на Земле, более сильная гравитация и деформация литосферы не позволили бы ему сохранить марсианскую высоту и форму.

У десятикилометрового предела нет точной отметки

На высоте ровно 10 000 метров с горой не произойдёт ничего мгновенного. У планеты нет единого уровня, выше которого камень обязательно разрушается. Возможная высота зависит от плотности и температуры коры, прочности литосферы, геометрии разломов, силы столкновения плит, скорости поступления магмы, климата и интенсивности эрозии.

Поэтому оценки предельной высоты дают не одно число, а диапазон. Теоретически отдельная вершина могла бы на некоторое время подняться выше современных рекордсменов. Однако сохранить крупный горный массив значительно выше 10 километров над уровнем моря было бы чрезвычайно сложно.

Каждый новый километр требует поднятия дополнительной массы и всё более глубокого корня. Одновременно возрастают напряжения в коре, ускоряется пластическое растекание глубинных пород и усиливается разрушение склонов. Земля не запрещает горам пересекать условную отметку — она делает дальнейший рост всё менее устойчивым. Поэтому высочайшие вершины оказываются не бесконечно растущими башнями, а результатом непрерывного равновесия между созиданием и разрушением.

Большинство тяжёлых пассажирских самолётов обходятся двумя или четырьмя двигателями, тогда как советскому аппарату, летавшему всего в нескольких метрах над водой, понадобилось сразу восемь.

Причина заключалась не только в массе и не только в стремлении разогнать экраноплан до высокой скорости. Самым сложным этапом для «Луня» был выход из воды. Пока экранный эффект ещё не возник, многотонная машина должна была преодолеть огромное сопротивление воды и разогнаться до скорости, при которой крыло начинало уверенно поддерживать её над поверхностью. Восемь двигателей одновременно создавали тягу и помогали приподнимать корпус, направляя поток воздуха под крыло.

Ракетный корабль, способный летать

Проект 903 «Лунь» разрабатывался в ЦКБ по судам на подводных крыльях имени Р. Е. Алексеева как ударный ракетоносец. Он должен был перемещаться значительно быстрее обычных кораблей и подходить к цели на высоте нескольких метров, где дальность его обнаружения корабельными радиолокаторами ограничивалась радиогоризонтом и помехами от поверхности моря

На верхней части корпуса разместили шесть пусковых контейнеров противокорабельных ракет «Москит». Вместе с вооружением, топливом, оборудованием и экипажем максимальная взлётная масса экраноплана достигала примерно 380 тонн. При этом аппарат мог развивать скорость около 500 километров в час.

Внешне «Лунь» напоминал самолёт с непропорционально коротким и широким крылом. Однако его корпус имел обводы лодки, водонепроницаемые отсеки и днище, рассчитанное на движение по воде. По существу, конструкторам требовалось соединить в одной машине качества быстроходного судна и тяжёлого летательного аппарата.

Самая большая нагрузка возникала до полёта

Самолёт разгоняется по твёрдой взлётно-посадочной полосе на колёсах, создающих сравнительно небольшое сопротивление. «Лунь» начинал движение, находясь в воде. С ростом скорости его корпус сталкивался с гидродинамическим сопротивлением, которое намного превосходило сопротивление воздуха.

Сначала аппарат двигался как тяжёлая моторная лодка. Затем корпус переходил в режим глиссирования и постепенно поднимался над водой. Только после достаточного разгона крыло начинало создавать подъёмную силу, необходимую для устойчивого движения на экране.

Возникала сложная инженерная задача. Чтобы уменьшить сопротивление воды, экраноплан следовало как можно раньше приподнять. Но для появления аэродинамической подъёмной силы ему уже требовалась высокая скорость. Обычного горизонтального разгона было недостаточно: значительная часть тяги расходовалась бы на преодоление сопротивления корпуса, а не на дальнейшее увеличение скорости.

Именно этот переходный режим во многом определил размеры силовой установки «Луня».

Реактивные струи направлялись под крыло

Восемь двухконтурных турбореактивных двигателей НК-87 разместили на пилоне в передней части корпуса. Каждый из них развивал тягу около 13 тонн-сил, поэтому суммарная тяга установки превышала 100 тонн-сил.

На взлёте сопла отклонялись вниз, направляя реактивные струи под переднюю часть крыла. Одновременно выпускались крупные закрылки. Вместе с концевыми шайбами крыла они ограничивали растекание воздуха в стороны, благодаря чему под крылом повышалось давление.

Такой поддув создавал дополнительную подъёмную силу ещё до полноценного появления экранного эффекта. Корпус частично разгружался, уменьшалась площадь его соприкосновения с водой, а вместе с ней снижалось гидродинамическое сопротивление. Установленное под днищем гидролыжное устройство также помогало выдерживать нагрузки при разгоне и контакте с волнами.

«Лунь» не превращался при этом в судно на обычной воздушной подушке. Двигатели не удерживали всю массу аппарата неподвижно над поверхностью. Их поток лишь помогал экраноплану перейти из водоизмещающего положения к глиссированию, набрать скорость и выйти на расчётный режим.

Экран начинал работать только после разгона

Экранный эффект возникает, когда крыло движется на небольшой высоте над землёй или водой. Поверхность ограничивает движение воздушного потока вниз, давление под крылом возрастает, а образование концевых вихрей ослабевает. В результате увеличивается подъёмная сила и уменьшается индуктивное сопротивление.

Чем ближе крыло находится к поверхности, тем заметнее этот эффект. «Лунь» летал преимущественно на высоте от одного до нескольких метров. В таком положении его широкое крыло работало эффективнее, чем на большой высоте, а для поддержания полёта требовалось меньше энергии.

Но воспользоваться этим преимуществом можно было только после разгона. Пока аппарат медленно двигался по воде, набегающий поток оставался слишком слабым. Поэтому силовую установку рассчитывали прежде всего на короткий, но исключительно тяжёлый переход от плавания к полёту.

После выхода на экран сопла двигателей переводились в горизонтальное положение. Теперь реактивная струя уже не нагнеталась под крыло, а толкала аппарат вперёд. Необходимая тяга уменьшалась, поскольку корпус больше не соприкасался с водой, а крыло работало в благоприятном режиме.

Почему двигателей было именно восемь

Большое количество НК-87 обеспечивало не только требуемую суммарную тягу. Восемь сопел позволяли распределить поток по значительной ширине крыла. Если бы мощная струя поступала лишь из одной или двух точек, давление под крылом распределялось бы менее равномерно, а эффективность поддува снижалась.

По четыре двигателя находились с каждой стороны от продольной оси. Такая компоновка позволяла создавать относительно симметричный поток и управлять тягой по бортам. При отказе одного двигателя общая тяга уменьшалась не столь резко, как при отказе одной из двух или четырёх более мощных установок, хотя нарушение симметрии всё равно требовало немедленной компенсации.

НК-87 был создан на основе семейства двигателей, применявшегося на тяжёлых пассажирских самолётах. Использование нескольких уже освоенных по конструкции агрегатов было практичнее разработки принципиально нового двигателя с вдвое большей тягой. Для экраноплана двигатель адаптировали к специфическим условиям эксплуатации и снабдили системой отклонения выходящего потока.

Таким образом, число восемь определялось сочетанием необходимой тяги, доступных характеристик двигателя и потребности равномерно подавать воздух под широкое крыло.

«Лунь» часто путают с другим экранопланом

Распространено утверждение, что после взлёта шесть или даже все восемь двигателей «Луня» выключались, а движение продолжалось благодаря отдельной маршевой установке на хвосте. Такая схема действительно применялась на экраноплане А-90 «Орлёнок». У него два носовых реактивных двигателя помогали при взлёте, а в полёте основную работу выполнял кормовой турбовинтовой двигатель.

«Лунь» был устроен иначе. Отдельного маршевого двигателя на хвостовом оперении у него не существовало. Передняя группа НК-87 являлась общей силовой установкой для всех этапов движения. На старте двигатели работали с отклонёнными соплами и создавали поддув, а после выхода на экран их поток направлялся назад.

На установившемся режиме максимальная взлётная тяга уже не требовалась. Обороты можно было уменьшать, а режим отдельных двигателей — менять в зависимости от скорости и условий движения. Однако восемь НК-87 не были одноразовым стартовым комплектом: те же двигатели обеспечивали и разгон, и дальнейший полёт.

Воздухозаборники пришлось поднять над водой

Переднее расположение двигателей позволяло направлять струи под крыло до того, как воздух успевал рассеяться. Однако близость к поверхности моря создавала другую проблему — брызги.

Попадание большого количества воды в воздухозаборник нарушает работу компрессора и может вызвать помпаж или повреждение двигателя. Соль после испарения воды оседает на деталях, ускоряя коррозию и загрязняя проточную часть. Особенно опасным был момент разгона, когда корпус поднимал перед собой и по сторонам мощные водяные шлейфы.

Поэтому воздухозаборники установили высоко над корпусом. Носовые обводы отбрасывали основную массу воды в стороны, а поднятая группа двигателей оставалась выше наиболее плотного облака брызг. Полностью устранить воздействие солёной воды было невозможно, поэтому силовая установка всё равно требовала регулярных осмотров, промывки и защиты от коррозии.

Необычный «гребень» из восьми мотогондол оказался результатом сразу нескольких требований: двигатели должны были находиться перед крылом, обеспечивать равномерный поддув и одновременно оставаться как можно дальше от воды.

За огромную тягу приходилось платить

Восемь двигателей увеличивали массу конструкции, расход топлива и объём обслуживания. Каждому агрегату требовались отдельные топливные магистрали, системы управления, крепления и средства контроля. Необходимо было следить за синхронностью работы двигателей и учитывать влияние отказа на устойчивость многотонной машины, летящей в нескольких метрах от волн.

Сама зависимость от экранного эффекта также накладывала ограничения. Высота полёта была сопоставима с высотой морских волн, поэтому состояние поверхности непосредственно влияло на безопасность. Экипаж должен был быстро реагировать на изменение рельефа воды и удерживать аппарат в узком диапазоне высот. Подняться над зоной сильного волнения подобно обычному самолёту «Лунь» не мог: его короткое крыло рассчитывалось именно на полёт у поверхности.

До полноценной серии проект не дошёл. Был построен один законченный ракетный экраноплан, а второй корпус позднее попытались переоборудовать в спасательный аппарат. Прекращение программы объяснялось не одной причиной: сказались высокая стоимость, сложность эксплуатации, ограниченная область применения и сокращение финансирования после распада СССР.

Восемь двигателей не были случайным проявлением инженерного гигантизма. Они позволяли тяжёлому ракетному кораблю решить самую трудную задачу — вырваться из воды и перейти в режим, где поверхность моря уже не мешала движению, а помогала крылу. Необычная силовая установка стала одновременно главным условием полёта «Луня» и наглядным свидетельством сложности всей концепции экраноплана.

У сов всё происходит иначе. Летящая птица не становится абсолютно беззвучной, но создаваемый ею шум настолько слаб, что часто теряется среди обычных звуков леса или поля. Особенно плохо слышны высокие частоты, по которым небольшая добыча могла бы заранее обнаружить приближение хищника.

Такой результат обеспечивает не одно необычное перо, а сразу несколько приспособлений. Большие крылья позволяют сове не спешить, гребенчатая передняя кромка меняет движение набегающего воздуха, мягкая поверхность уменьшает трение, а бахрома на заднем крае ослабляет шум, возникающий при сходе потока.

Обычное крыло неизбежно создаёт шум

Для образования звука необязательно ударять крыльями по воздуху подобно ладоням. Основной аэродинамический шум появляется из-за быстрых изменений давления около поверхности крыла.

Сначала воздух встречается с передней кромкой, затем проходит над верхней и нижней сторонами крыла. У самой поверхности образуется тонкий пограничный слой, в котором скорость и направление движения постоянно меняются. Позади крыла потоки снова соединяются, оставляя за собой вихри.

Если крупные воздушные структуры возникают и распадаются одновременно, они создают достаточно сильные колебания давления. Эти колебания распространяются в пространстве в виде звуковых волн. Чем выше скорость полёта и резче взаимодействие крыла с потоком, тем заметнее становится шум.

Дополнительный звук производят сами перья. При каждом взмахе они слегка поворачиваются, изгибаются и скользят относительно соседних перьев. У многих птиц такое движение создаёт широкополосный шорох. Сова должна уменьшать и аэродинамический шум, и звук от движения собственного оперения.

Большие крылья позволяют лететь медленнее

Один из главных способов уменьшить шум — не создавать его изначально. Многие совы обладают широкими крыльями с большой площадью относительно массы тела. Благодаря этому птица получает достаточную подъёмную силу даже при сравнительно небольшой скорости.

Сове не приходится постоянно делать частые и мощные взмахи. Она может медленно скользить над землёй, ненадолго зависать перед атакой и сохранять высоту с минимальными движениями крыльев. При снижении скорости уменьшается интенсивность воздушных завихрений и ослабевают колебания давления.

Однако у медленного полёта есть сложность. Чтобы удерживаться в воздухе, птице приходится сильнее наклонять крыло относительно набегающего потока. При слишком большом угле воздух способен раньше времени оторваться от поверхности, что ухудшает подъёмную силу и создаёт дополнительный шум. Поэтому одной большой площади крыла недостаточно — поток необходимо сделать более устойчивым.

Гребенчатый край первым встречает воздух

На передней кромке наружных маховых перьев совы расположены жёсткие отростки, напоминающие зубцы расчёски. Они образуют небольшой гребень, который первым взаимодействует с набегающим воздухом.

У крыла с обычной ровной кромкой крупное завихрение может одновременно воздействовать на значительный участок поверхности. Возникают согласованные колебания давления, способные превратиться в хорошо различимый звук. Зубчатый край разделяет это взаимодействие на множество небольших участков.

Гребень не уничтожает турбулентность и не превращает поток в совершенно ровную струю. Он изменяет распределение воздушных возмущений перед основной поверхностью крыла. Крупные и согласованные колебания становятся менее выраженными, а давление меняется не одновременно вдоль всей кромки.

Особенно полезен такой механизм во время медленного полёта, при котором крыло располагается под значительным углом к потоку. Гребенчатая кромка помогает воздуху устойчивее проходить над поверхностью и одновременно уменьшает шум, возникающий в передней части крыла.

Бархатистое покрытие не даёт перьям шуршать

Если провести пальцем по маховому перу совы, оно покажется необычно мягким. Верхнюю сторону покрывают тонкие удлинённые элементы опахала, образующие поверхность, похожую на бархат или короткий ворс.

Долгое время предполагалось, что этот слой главным образом управляет пограничным потоком и поглощает возникающий звук. Такое воздействие возможно, однако эксперименты показали ещё одну важную функцию: бархатистая поверхность значительно уменьшает шум от трения перьев.

Во время взмахов соседние перья не сохраняют неподвижное положение. Они немного перекрывают друг друга, изгибаются и скользят вдоль соприкасающихся участков. Жёсткие перья других птиц при этом способны производить звук, напоминающий движение липучки или трение шероховатых поверхностей.

Мягкий ворс совиного пера работает как сухая прокладка между контактирующими участками. Он смягчает соприкосновение и мешает отдельным микроскопическим элементам резко цепляться друг за друга. В результате крыло может менять форму, не сопровождая каждый взмах заметным шорохом.

Воздух покидает крыло через мягкую бахрому

Задний край обычного крыла или лопасти образует сравнительно чёткую границу. Здесь воздух, двигавшийся над разными сторонами поверхности, соединяется и оставляет за собой вихревой след. Быстрые изменения давления около твёрдой кромки становятся одним из основных источников аэродинамического шума.

У совы эта граница не является совершенно ровной. Концы бородок маховых перьев образуют тонкую гибкую бахрому. Вместо одновременного схода с жёсткого края поток проходит через множество небольших подвижных элементов.

Бахрома дробит крупные вихревые структуры и уменьшает резкие перепады давления около задней части крыла. Она также делает границу между крылом и окружающим воздухом менее контрастной: твёрдая поверхность постепенно переходит в тонкие волокна, а затем в свободный поток.

Отдельные элементы бахромы могут изгибаться вместе с движущимся воздухом. Благодаря этому они не только уменьшают шум, но и сохраняют способность крыла создавать подъёмную силу. Для совы важно лететь тихо, не теряя управляемости перед самой атакой.

Тишина помогает услышать добычу

Почти бесшумный полёт обычно объясняют необходимостью незаметно приблизиться к жертве. Для мыши или другого небольшого животного шум крыльев мог бы стать предупреждением и оставить время для бегства. Чем позже добыча обнаружит сову, тем выше вероятность успешной атаки.

Но у тишины есть и второе преимущество. Многие совы охотятся не только глазами, но и слухом. Они способны определять положение животного по тихому шороху травы, движению под листьями или звукам из-под снега.

Собственные взмахи могли бы маскировать эти сигналы в самый важный момент — во время сближения. Тихое крыло позволяет продолжать слушать добычу, корректировать направление полёта и рассчитывать положение лап перед захватом.

Пока нельзя однозначно утверждать, какая задача была главной при формировании этих особенностей: скрыть приближение от жертвы или не заглушать собственный слух. Вероятнее всего, обе выгоды дополняют друг друга.