Книга: Как изобрести все
Назад: 10.11 «Здесь нечего почитать»
Дальше: 10.13 «Я хочу, чтобы все думали, что я умный»
10.12
«Тут отстойно, и я хочу отправиться куда угодно»
Без средств транспорта цивилизации обречены на то, чтобы быть маленькими и привязанными к одному месту, они не способны исследовать мир вокруг и получать разные преимущества. Со средствами транспорта они могут расширяться, увеличивать собственную стабильность, опираясь на разные географические ареалы и превращая их в единое целое.
Велосипед – одно из таких средств транспорта, хитрая машина, лучше приспособленная для передвижения человека по земной поверхности, чем его собственные ноги. Компас позволяет определить направление, куда имеет смысл путешествовать, и хорошо сочетается с технологиями определения широты и долготы, которые дают возможность узнать ваши текущие координаты на земной поверхности. Если у вас нет часов, работающих в море, то радио решит проблему нахождения долготы. И, в конце концов, корабли откроют океаны перед исследователями вашей цивилизации, а летательные аппараты сделают то же самое с небесами.
Изобретите эти технологии, и люди вашей цивилизации обретут шанс отправиться куда им захочется… и найти дорогу обратно.
10.12.1. Велосипеды
Позвольте мне сказать, что я думаю о катании на велосипеде. Я думаю, что это занятие было придумано для эмансипации женщин. Всякий раз, когда я вижу женщину на колесах, я стою и любуюсь. Велосипед дает женщине чувство свободы и уверенности в себе. Он позволяет ей чувствовать себя так, словно она независима. В тот момент, когда она садится в седло, она знает, что ей не причинят вреда до тех пор, пока не слезет со своего велосипеда. И вот она мчится: картина свободной, неприрученной женственности.Вы (также Сьюзен Б. Энтони)
Что это
Способ, при котором человеческое тело перемещает себя в три раза более эффективно, чем при ходьбе. Мы повторим еще раз: люди изобрели способ двигаться лучше, чем им позволяют собственные ноги. Да, мы наезжали на человечество много раз в этой книге, чаще всего за то, что оно очень долго думало по поводу всяких простых вещей, но велосипеды – отличное технологическое достижение вне зависимости от того, где и когда вы их изобрели.
До того как были изобретены
Мы даже не имели желания говорить о подобном.
Изобретены
1817 н. э. (ранние самодвижущиеся тандемные колесные устройства, которые предлагалось толкать ногами);
1860-е н. э. (велосипеды с педалями, приделанными к переднему колесу);
1880-е н. э. (велосипед-паук с огромным передним колесом и крошечным задним колесом);
1885 н. э. (так называемые безопасные велосипеды, имевшие два колеса одного размера, что позволило снизить опасность улететь с огромного переднего колеса паука);
1885 н. э. (первый раз двигатель был приделан к велосипеду, так что получился мотоцикл);
1887 н. э. (первый велосипед с цепью, приводившей в движение задние колеса).
Предпосылки
колеса, металл (опционально, для цепей и шестеренок), ткань (опционально, для приводного ремня), корзина (опционально, для вкусной еды к пикнику).
Как изобрести
Присоедините два колеса к раме, на которую вы сможете сесть, одно перед другим. Приделайте педали к одному из колес, чтобы вы могли перемещать конструкцию целиком с помощью ног, добавьте седло посередине и убедитесь в том, чтобы переднее колесо могло свободно поворачиваться, давая вам шанс выбирать направление.
И знаете что, вы только что придумали велосипед!
Это может быть не та сверкающая штуковина из металла, к которой вы привыкли, но не важно: некоторые из первых велосипедов изготавливались почти целиком из дерева. Велосипеды изменяют общество фундаментальным образом, позволяя обычным людям путешествовать на дальние расстояния легко и быстро, используя их собственную силу.
Да, мы немножко сжульничали, велосипеды на самом деле несколько сложнее. Описанный выше имел педали, присоединенные непосредственно к колесу, так что каждое вращение педалей обеспечивало один поворот колеса, и в этом случае вам придется крутить эти педали очень много, чтобы проехать небольшое расстояние.
Решить эту проблему можно двумя способами.
Первый состоит в том, чтобы сделать ведущее колесо больше, как у древних велосипедов-пауков с колоссальными передними колесами. Но в этом случае результатом будет (смехотворный и, по некоторым мнениям, уродливый) велосипед с очень высоким центром тяжести, откуда очень легко упасть, причем с большой высоты.
Лучшее решение сводится к тому, чтобы добавить к велосипеду еще одно колесо: маленькое педальное колесо, расположенное в центре конструкции на уровне ног и соединенное с задним колесом. В этом случае вы размещаете на заднем колесе еще и шестеренки, которые позволяют менять количество работы, которое производит одно вращение педалей.
В наши дни соединение осуществляется с помощью цепи, входящей в контакт с зубцами на шестеренке, но если у вас пока нет технологии изготовления цепей, вы можете использовать приводной ремень. Отрезок плотной ткани, плотно обмотанный вокруг педального колеса с одной стороны и заднего колеса с другой.
Если у вас есть цепь и шестеренки, то вы наверняка захотите изобрести «перекидку», то есть просто передвигаемую направляющую для цепи, находящуюся между педалями и шестеренками заднего колеса. Если ее переместить по горизонтали, то это заставляет цепь передвигаться вверх или вниз с одной шестеренки на другую, тем самым переключая передачи, когда велосипед находится в движении. Без перекидки вам понадобится остановить машину и переместить цепь вручную, и вы не должны напрягаться по этому поводу, поскольку именно так все и поступали до того, как перекидку изобрели во Франции в 1905 н. э.
Добавьте тормоза (кусок металла, что прижимается к колесу, чтобы замедлить его), и вы получите основу велосипеда, которая не изменилась за то время, что мы пользуемся этим устройством. Так что велосипед – одна из немногих технологий, которые люди получили в идеальном виде почти с самого начала.
Усовершенствования с того времени – например, резиновые шины, надуваемые воздухом для комфорта, или колеса со спицами для облегчения велосипеда – были скорее эволюционными, чем революционными, и хотя они улучшили конструкцию (пневматические шины позволили велосипедам избавиться от прозвища «костотрясы»), они вовсе не необходимы.
Выше мы упомянули, что велосипеды более эффективны, чем наши ноги, и вы можете убедиться в этом сами, отправившись на прогулку и последив за тем, как на самом деле работает ваше тело. Многие движения, которые вы делаете, вовсе не направлены на то, чтобы перемещаться вперед. Да, вас движет в нужном направлении переступание ногами, но ведь эти же самые ноги поднимаются и опускаются, впустую расходуя энергию.
На велосипеде львиная доля энергии, которую вы производите, уходит на толкание педалей, ну а те превращают бо́льшую ее часть в поступательное движение. На холмах же велосипеды еще более эффективны, поскольку на спусках можно просто отдыхать.
Велосипеды усиливают цивилизацию и многими другими способами: они дают возможность людям дешево и легко перемещаться, и это значит, что можно уменьшить степень скученности в городах; они позволяют с помощью мускульной силы человека перевозить товары умеренного размера и веса, что помогает не только фермерам добираться до рынка, но и ремесленникам действовать в пределах более широкого ареала, чем они смогли бы пешком. И хотя вы вряд ли еще некоторое время сможете подняться в воздух, используя ту же силу человека, мы в конечном счете достигли этого в 1961 н. э., используя давление на педали того, что было в конечном счете очень сильно модифицированным велосипедом.
В нашей собственной истории велосипеды также сыграли важную роль в деле освобождения женщин. Мы надеемся, что такой проблемы вообще не появится в вашей цивилизации, поскольку вы начинаете во много лучших стартовых условиях, чем были у нас, и у вас есть шанс не оставаться тысячи лет в одуряющем состоянии патриархата.
Удивительно, как нечто столь простое, как появившаяся у людей способность эффективно и дешево перемещать себя собственными усилиями, настолько значительно изменило европейское общество в конце XIX века н. э. Обретенная мобильность позволила женщинам не только участвовать в том, в чем они ранее не могли, но и посмотреть на себя новым взглядом. Они перестали быть наблюдателями, пассивно плывущими по течению, они стали активными участницами, кто мог передвигать себя самостоятельно и делал это. Женская одежда также изменилась с появлением велосипеда в более рациональную сторону, и требования новой физической активности означали конец эпохи тесных корсетов, накрахмаленных нижних юбок и юбок длиной до лодыжки, которые ранее носили повсеместно.
Кроме того, что велосипеды просты, доступны и полезны с точки зрения изменения цивилизации, а также невероятно эффективны в сочетании с человеческим телом, велосипеды еще и чертовски отличное средство получения удовольствия от катания. Совершенно ничего не мешает вам поставить над передним колесом корзину и положить туда бутылку вина (раздел 7.13), вкусного хлеба (раздел 10.2.5), может быть, теплое одеяло (раздел 10.8.4) и даже сочные солености в банке (раздел 10.2.4).
Вовсе не совпадение то, что руководство по восстановлению цивилизации с нуля также прекрасно работает как руководство по организации очень милого пикника! Пикник объективно можно назвать одним из величайших достижений человечества, и не беспокойтесь, ведь, следуя нашим инструкциям, вы доберетесь до него… на колесах вашего велосипеда (рис. 35).
Рис. 35. Красивая машина
10.12.2. Компас
Ветра и волны всегда на стороне самого умелого штурмана.Вы (также Эдвард Гиббон)
Что это
Способ знать, где находится север, и тем самым понимать, в каком направлении вы двигаетесь.
До того как был изобретен
Было очень легко потеряться, поскольку тогда не существовало не только глобальных систем навигации, но даже электричества, без которого они не будут работать.
Изобретен
200-е до н. э. (для предсказания будущего);
1000-е н. э. (для навигации);
1200-е н. э. (для навигации в Европе).
Предпосылки
Веревка (опциональна).
Как изобрести
Первые компасы были придуманы в Китае около 200 до н. э., и для их изготовления необходим камень с магнитными свойствами, а такие порой обнаруживаются рядом с поверхностью земли, что очень удобно. Поищите камни, которые липнут друг к другу безо всякого клея, и вот то, что вам требуется!
Как только вы добыли один, легко найдете и другие и сможете использовать их, чтобы делать новые магниты с нуля, намагничивая железные предметы.
Первые компасы вовсе не напоминали ту «иголку на шпеньке внутри пластиковой коробки», к которой вы привыкли, они выглядели так банально, как привязанный к веревке камень. Веревка позволяла камню свободно вращаться, так что он указывал на север, и вы неожиданно изобрели компас. Если у вас нет веревки, положите небольшой кусочек магнитного материала на лист и пустите его плавать на воду, и вот вы изобрели компас уже второй раз за один абзац.
Фишка в том, что первые компасы использовали для предсказания будущего, а не для навигации, и потребовалось больше тысячи лет, до XI века н. э., чтобы кто-то додумался до такого их применения. Европейцы потратили на несколько столетий больше, чтобы разобраться с проблемой, и это значит, что у вас много возможностей для того, чтобы взорвать чьи-нибудь мозги.
Предупреждение: магнитное поле Земли время от времени «переключается» так, что север и юг меняются местами. Случается это непредсказуемым образом с перерывами от ста тысяч до миллиона лет, и процесс занимает от тысячи до десяти тысяч лет. Совершенно ясно, что «север» и «юг» – не более чем ярлыки, приделанные к произвольно выбранным полюсам магнитного поля нашей планеты, но в периоды «переключения» сила этого поля падает до 5 % от нормальной.
И это, как вы наверняка догадались, превращает использование компасов в трудную задачу, так что если вы попали в такую «эпоху перемен», то вряд ли вам стоит отправляться в трансатлантическое плавание. Ниже мы изобразим, как менялось расположение полюсов за последние 5 млн лет: темные участки показывают привычное нам состояние, светлые – обратное (рис. 36).
Рис. 36. Положение магнитных полюсов за последние 5 млн лет
Как вы видите, в настоящий момент мы достигли предела, и полюса должны вот-вот поменяться местами. Но после того как в начале 2040-х н. э. была изобретена технология стабилизации полюсов, эта проблема навсегда перестала волновать кого-либо.
За исключением вас.
Очень сожалеем по этому поводу.
10.12.3. Широта и долгота
Я думаю, что вы путешествуете и возвращаетесь домой ради того, чтобы найти себя там.Вы (также Чимаманда Нгози Адичи)
Что это
Способ определять положение любой точки на поверхности планеты с помощью всего двух цифр, сводя таким образом вопрос «Где я?» к простой задаче определения этих двух цифр.
До того как были изобретены
Направления были вещью локальной, а не универсальной, и определялись как «поверни направо у большого дерева» или «плыви на запад, пока не уткнешься в землю», а не «эти координаты описывают ваше местонахождение с точностью до 10 см».
Изобретены
300 до н. э. (первая географическая система координат);
220 до н. э. (квадранты и астролябии);
1675 н. э. (неэффективные морские хронометры);
1761 н. э. (более эффективные морские хронометры);
1904 н. э. (сигналы точного времени, передаваемые по радио).
Предпосылки
Календарь (для солнечной широты), радио (для долготы).
Как изобрести
Если вы предполагаете, что Земля – это сфера (а это не так), то вы можете покрыть эту сферу горизонтальными и вертикальными линиями. Произвольным образом назовите горизонтальные широтой, а вертикальные долготой, и все, вы изобрели первую систему географических координат на планете (рис. 37).
Рис. 37. Два кем-то изрисованных сферических отображения Земли
Поскольку Земля вращается, то у нее естественным образом появились верх, низ и середина. Мы взяли и назвали линию, проходящую посередине планеты, экватором, присвоили ему значение в 0 градусов и пометили каждую из других линий широты значением угла, который образует с экватором линия, проведенная от этой широты к центру Земли. Таким образом, значения широты стартуют от 0 на экваторе, достигают 90 на Северном полюсе и – 90 на Южном, хотя обычно говорят просто «северной широты» или «южной широты».
Для линий долготы, которые также именуют меридианами, не существует очевидного вертикального «экватора» в качестве точки отсчета, так что вам придется поступить так, как поступили другие люди, столкнувшиеся с этой проблемой: пожать плечами и выбрать любую из линий. В наше время все используют воображаемую черту, проходящую через Гринвич в Англии, в качестве нулевого меридиана, поскольку в то время, когда этот стандарт появился, с ним было меньше всего возни: в Британской империи печатали огромное количество карт, помеченных именно таким образом.
Но другие нации использовали иные нулевые меридианы, что проходили через их любимые города, и на самом деле не имеет значения, на чем именно вы остановитесь.
Линии долготы мы помечаем немного иначе, чем линии широты, поскольку линии широты представляют собой кольца, каждая из них обходит вокруг планеты, словно пояс. Но линии долготы – это половинки окружности, каждый меридиан занимает место от одного полюса до другого. Это значит, что вместо шкалы от 90 до –90 градусов мы получаем для долготы от –180 до 0 градусов (для точек к востоку от нулевого меридиана) и от 0 до 180 градусов (для точек к западу от него).
Хотя обычно говорят «восточной долготы» и «западной долготы».
В результате получается нечто вроде этого (рис. 38).
Теперь, когда вы присвоили каждой точке на земной поверхности точные координаты, вам осталось только придумать способ узнать координаты того места, где вы находитесь. Для широты вы используете звезды, чтобы определить свою позицию. Наверняка вы подумали: «Ага, я слышал, что Полярная звезда используется моряками для навигации, так что я ее и пущу в дело!» – но когда вы попытаетесь, то вам придет следующая мысль: «О нет! Я точно вспомнил, что, хотя Земля и вращается, как волчок, что производит “дни”, она также вихляется, словно волчок, тоже, и от этого возникает цикл в 25 700 лет, который мы именуем прецессией! Из-за этой самой прецессии любые воображаемые линии, проведенные вверх от Северного полюса и вниз от Южного, будут описывать в космосе огромный круг, и это значит, что любая из звезд, что используется для навигации в наше время, наверняка окажется на другом месте в тот самый дурацкий период времени, где я застрял, и это большая проблема, которая усугубляется тем, что звезды с течением времени и сами понемногу перемещаются».
Да, это мысль совершенно правильная.
Рис. 38. Куча линий, неожиданно превратившихся в ясную систему широты и долготы
Да, вы можете вспомнить, что в той жизни, что была до путешествия во времени, вы могли поднять глаза ночью и обнаружить Полярную звезду (если вы в Северном полушарии) или Южный Крест (если в Южном), но невозможно точно определить позиции тех же самых звезд в том периоде времени, где вы оказались. Тем не менее есть одна звезда, прекрасно различимая с Земли, и она всегда находится там, где мы ожидаем, вне зависимости от того, в каком временном периоде вы находитесь.
Если вы еще не догадались, то это Солнце.
Измерьте угол между вами и Солнцем в полдень, в тот момент, когда светило находится выше всего в небе и вы все еще вычисляете широту, используя звезды. Осуществить подобное измерение можно с помощью квадранта, который представляет собой четверть круга с угловыми отметками на ней: другими словами, это не более чем половина транспортира, изобретенного вами в разделе 4.
Вот вам лекало, изготовьте свой прибор из дерева или металла (рис. 39).
Рис. 39. Лекало для квадранта
Привяжите к углу квадранта камень на веревке, это ваша линия отвеса, что всегда указывает точно вниз (предполагая, что вы можете уберечь ее от воздействия ветра). Линию взгляда с каждого из концов отметьте небольшим ушком, так чтобы, когда вы смотрите на Солнце через оба ушка, линия отвеса показывала угол, под которым вы держите прибор и который совпадает с вашей широтой.
Повторите измерение несколько раз, чтобы взять среднее и получить более точное значение, и вот она, ваша широта!
Только помните, смотреть на Солнце долго опасно, можно ослепнуть.
Квадрант, который вы только что изобрели, отлично подходит для навигации по звездам, но если вы используете солнце, то вам придется слегка усовершенствовать ваш инструмент, чтобы не глядеть на светило прямо. И вот как: замените ушко рядом с линией отвеса на небольшой кусочек дерева с отверстием в центре, а другое ушко – на такой же кусочек, но с отметкой посередине.
Теперь, вместо того чтобы таращиться на Солнце, вам просто нужно расположить ваш квадрант так, чтобы лучик света, проходящий через отверстие, попал точно на метку. Ура! Больше никто не должен будет ослеплять себя лишь для того, чтобы вести корабль по морю.
Осталось внести еще одну маленькую поправку.
Если вы используете звезды, то они достаточно далеко от Земли, чтобы выглядеть неподвижными с нашей перспективы, так что вам не нужно делать поправки на осевой наклон нашей планеты. Но этот наклон влияет на то, как солнце выглядит в небе, так что вам понадобится уточнить свои измерения, внеся поправку по табл. 14.
Таблица 14. Поправки при измерении широты, которые требуются, когда вы используете Солнце. И находитесь на Земле, кстати. Мы забыли об этом упомянуть, но любая машина времени может применяться при необходимости и как машина пространства, поскольку любое путешествие во времени без перемещения в пространстве оставит вас где-то посреди космоса, ведь наша планета движется через пространство внутри галактики, ну а та перемещается тоже. Если вы обнаружили себя в месте, отличном от Земли, тогда вы каким-то образом ухитрились удрать не только из хватки нашей собственной планеты, но и из зоны ответственности нашего руководства. Удачи!
i Как можно определить, какое на дворе число, если мы не сообщили вам, как изобрести календарь?
Ответ очень прост – постройте свой календарь вокруг упомянутых в таблице опорных точек. Измеряйте длину дня и ночи в вашей местности (раздел 10.7.1), и вы узнаете, когда наступают равноденствия и солнцестояния, и это позволит вам создать календарь на следующий год. Если у вас есть определенные склонности, вы можете даже сделать свой календарь визуальным, установив камни так, чтобы Солнце восходило точно между ними утром солнцестояния, и создав свой собственный маленький Стоунхендж.
Мы используем грегорианский календарь и римские месяцы, с которыми вы хорошо знакомы, но никто не заставляет вас брать их за образец. Назовите ваши месяцы так, как вам захочется, и сделайте их такой длины, которая вас порадует. Подобно нулевому меридиану все эти вещи совершенно произвольны. Единственное точное ограничение, что лежит на вашем календаре – он должен в среднем укладываться в 365,256 дней в год, но этой средней вы можете добиться любым способом. Мы справляемся, назначив на каждый год 365 дней и добавляя один день каждому четвертому году, и еще несколько секунд там и сям, чтобы убрать слабину, но могут быть и другие решения.
ii Определить, в каком вы полушарии находитесь, очень легко: просто сконструируйте большой маятник – 12 метров или больше подойдет – и позвольте ему качаться несколько часов. Инерция маятника влияет на него отличным от земной образом, и это значит, что при достаточно длинном (как вы сделали) маятнике вы можете сделать видимым эффект вращения нашей планеты! Траектория, на которой остановится маятник через некоторое время, будет эллиптической, по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой в Южном, а вот на экваторе он будет перемещаться по прямой линии. Джентльмен по имени Леон Фуко пришел к этой идее в 1851 н. э., но теперь она целиком ваша!
Если вы читаете это не в день солнцестояния или равноденствия, то можете примерно рассчитать поправку, которая позволит вам учесть осевой наклон. Всего лишь нужно решить следующее уравнение и добавить то, что вышло, к тому, что получилось в результате измерений:
Поправка = t × cos [(360o) / 365 × d + 10]
d здесь представляет день вашего года, если 1 января мы определим как 0, 2 января как 1 и так далее, 10 мы добавляем, чтобы учитывать дни после зимнего солнцестояния. Схожим образом t – наклон земной оси в градусах (см. раздел 10.7.1, где описан способ измерения этого самого наклона).
И вот теперь наконец широта для нас больше не является проблемой.
Осталось посчитать долготу, а это много проще!
Долгота всего лишь определяет, насколько далеко к востоку или западу вы находитесь от вашего нулевого меридиана. Поскольку вы уже знаете, что Земля делает полный оборот в 360° в сутки, двигаясь с запада на восток (так дело и обстоит, поскольку мы вам об этом сказали), ясно, что 1° долготы соответствует 1/360 суток, или 4 минутам.
Ваша долгота – это разница между полуднем там, где вы находитесь, и полуднем на нулевом меридиане. Например, если ваш полдень наступает восемью минутами ранее полудня на нулевом меридиане, то вы находитесь в 2° на восток от него. Схожим образом, если полдень случается 20 минутами позже, чем он возник на нулевом меридиане, то вы на 5° западной долготы.
Долгота очень банальна, ведь для вас не проблема то, с чем человечество не могло разобраться тысячи лет, – отследить, сколько сейчас времени на нулевом меридиане. Тут мы с сожалением вынуждены проинформировать вас, что эта проблема абсолютно точно будет напрягать человечество еще не одну тысячу лет.
Причина проста: часы обычно полагаются на некий сорт ритмичного движения, на качание маятника, капанье воды, вращение шестеренок, что угодно. Все эти виды движения прекрасно работают на суше, но совершенно не годятся для использования на корабле. Одна большая волна способна выбить маятник из равновесия, а ведь судно может качать постоянно.
Чтобы справиться с этим, кораблю придется иметь на борту буквально дюжины часов, и пусть они теряют синхронность – каждые в своем направлении, чтобы мы могли надеяться, что в среднем они покажут то время, что нам нужно. Но это решение так себе, и использовавшие его суда часто терялись в море и в конечном счете тонули.
Проблема стояла настолько остро, что уже около 1567 н. э. разные государства начали предлагать денежные призы тому, кто отыщет надежный способ определять долготу в море. К 1707 н. э. Великобритания была готова заплатить 20 тыс. фунтов, в сегодняшних ценах это эквивалент многих миллионов долларов.
Если вы угодили в ту эпоху, то мы вас обрадуем: скоро вы разбогатеете!
В неизмененной истории решение было тем, которого можно ожидать: талантливейшие часовщики посвящали проблеме целую жизнь и придумывали невероятно умные, невероятно дорогие и невероятно сложные морские хронометры, те самые, которые вы не будете изготавливать, поскольку это невероятно, невероятно сложно. Взамен вы совершите творческий прорыв и перескочите прямиком в наши дни. Ваша задача – отправлять время по воздуху на невидимых волнах, что путешествуют со скоростью света.
Вы собираетесь изобрести радио.
И сохранить тем самым жизни миллионов еще не родившихся моряков.
10.12.4. Радио
Наступление беспроводной эры сделает войну невозможной, поскольку это сделает войну смехотворной.Вы (также Гильермо Маркони)
Что это
Способ передавать идеи и информацию почти со скоростью света, устраняя барьеры времени и пространства, державшие человечество в тюрьме со времен незапамятных.
До того как было изобретено
Если вы хотели послушать музыку, то вам требовалось покинуть дом и отправиться на концерт, а кому это вообще надо?
Изобретено
1864 н. э. (предсказание существования электромагнитных волн);
1874 н. э. (первый приемник радиосигнала);
1880 н. э. (первая намеренная радиопередача);
1895 н. э. (радиосигнал передан и получен через расстояние в 2,4 км);
1901 н. э. (радиосигнал передан и получен через Атлантический океан, на расстояние в 3500 км).
Экскурс в сторону: Насколько далеко друг от друга находятся разные линии долготы и широты
Если покрыть планету земной формы (и здесь мы не можем удовлетвориться приближением в виде сферы, нам нужен эллипсоид вращения) линиями широты и долготы, то расстояние в 1° будет различаться в зависимости от широты. Расстояния между линиями долготы падают до нуля при 90° широты, поскольку тогда мы оказываемся на полюсах, а там все линии благополучно сходятся в точку (табл. 15).
Таблица 15. Таблица с числами, что выглядит очень скучной, если вы не находитесь на корабле посреди океана и не хотите узнать, сколько осталось до земли, и тогда вы подумаете: «Мне нравится смотреть на эту таблицу, выходит так, что она вовсе не скучная, и я приношу извинения за ту ерунду, которую нес раньше»
Предпосылки
Электричество (для передачи), металл (для проводов), магниты (для рупоров).
Как изобрести
Вы наверняка слышали о спектре электромагнитных волн, он описывает весь спектр излучения, то есть энергии, движущейся через пространство, и включает все, от радиоволн до видимой части спектра и рентгена.
Его можно представить следующим образом (рис. 40).
Рис. 40. Спектр электромагнитного излучения
На том конце шкалы, что отвечает за высокие энергии, расположены гамма-лучи, низкоэнергетические радиоволны – на другом и крошечный пятачок видимого спектра где-то посередине. Вы наверняка лучше всего знакомы именно с оптической частью спектра, поскольку во лны из нее вы воспринимаете прямо сейчас, читая наше руководство. Привет!
Мы делим видимую часть спектра на цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, но на самом деле они отличаются единственно только уровнем энергии. Наш мозг превращает определенные уровни излучения из видимой части спектра в то, что мы воспринимаем как «желтое», другие в «фиолетовое», но все цвета (и все виды излучений) на самом деле одно и то же: электромагнитная волна с определенным уровнем энергии, что путешествует через пространство со скоростью света.
Некоторые виды излучения проходят через наше тело, минимально воздействуя на него (радиоволны), другие упираются в него (свет). С обыденной точки зрения, видимые лучи отличаются от радиоволн, но на самом деле нет ничего особенного в них, за исключением того, что видимые лучи благодаря своей частоте поглощаются нашими телами, и это одна из причин, по которой мы эволюционировали так, чтобы видеть их.
И пусть даже мы никак не способны видеть другие части электромагнитного спектра, воздействие некоторых мы можем ощущать. Излучение с немного меньшей энергией, чем у красного цвета (самый низкий уровень энергии, доступный нашим глазам), называется инфракрасным, и мы чувствуем его как тепло на нашей коже. Излучение с энергией чуть больше, чем у фиолетового, именуется ультрафиолетовым, и мы тоже чувствуем его нашей кожей – технически это называется «потенциально смертельным лучевым ожогом».
И теперь, когда вы знакомы с основами теории электромагнитного излучения, давайте поговорим о радио, поскольку это всего лишь технология, в которой то же излучение применяется для переноса информации. В наше время это происходит несколькими способами: модулирование амплитуды радиосигнала (того, насколько широко вверх и вниз будет колебаться радиоволна) дает нам АМ-радио (сокращение «амплитудная модуляция»), а модуляция частоты (насколько часто будет колебаться волна) дает нам FM-радио.
Стратегия здесь состоит в том, чтобы закодировать информацию с помощью изменений амплитуды и модуляции, но это много более продвинутая техника, чем вам надо. Вы доберетесь и до этого, но ваши неотложные нужды всего лишь требуют отправки радиосигнала.
Вы будете генерировать радиоволны простым способом, который очень любят всякие безумные ученые: создавая искусственную молнию, также известную как электричество. Когда оно путешествует по воздуху, то именуется электрической дугой (вы можете узнать о ней больше в разделе 10.10.3), и она порождает все виды электромагнитного излучения. Там и яркий свет (именно он делает молнию такой крутой), но кроме него и куча всяких радиоволн.
Если вы можете получить электрическую дугу по собственной воле – разрезав провод так, чтобы электричеству только и осталось, что перепрыгнуть с куска на кусок, – то вы сможете и генерировать радиосигналы. Сила вашей передачи будет ограничена только мощностью, которую вы сумеете подать на дугу.
Если вы передаете информацию, просто создавая взрыв шума в радиодиапазоне (например, чтобы отметить полдень на нулевом меридиане, см. раздел 10.12.3), тогда вы уже справились. Но если вы добавите переключатель, чтобы включать и выключать вашу цепь по определенным образцам, то вы сможете сообщать любые данные с помощью азбуки Морзе. Та же самая технология используется и в телеграфе, который вы тоже практически изобрели, осталось только присоединить переключатель к проводу, ну а тот должен вести к расположенному где-то далеко зуммеру, а не к дуговому радиопередатчику.
Телеграфом удобнее пользоваться на суше, но для трансокеанских передач лучше подойдет беспроводная связь, по крайней мере пока вы не научитесь прокладывать кабели по океанскому дну.
Чтобы принимать сигналы, вам придется создать первый в мире радиоприемник, для которого даже не требуются батарейки, ведь радиоволна сама в себе несет энергию. Первым делом вам понадобится антенна, и тут подойдет любой длинный провод, в идеале – 30 м и больше. Поместите один его конец на землю, другой забросьте куда-нибудь повыше, на дерево, если вы на суше, и на вершину мачты, если вы на корабле.
Радиоволны (которые, как вы помните, не более чем электромагнитное излучение) будут взаимодействовать с проводом и заставят электроны в нем двигаться вверх и вниз. Это движение породит электрический ток, ну а для того чтобы его зафиксировать, вам понадобится диод.
Диод – это устройство, позволяющее электричеству течь только в одном направлении. Диоды – представители «полупроводников», материалов, проводящих ток по-разному в разных условиях. В наше время полупроводники эволюционировали от вакуумных трубок до транзисторов и интегральных микросхем, но вам ничего из этого не понадобится.
Вы обойдетесь старыми добрыми камнями, поскольку в число природных полупроводников входят галенит (одна из наиболее распространенных свинцовых руд, темные и блестящие угловатые камни, которые часто находят вместе с кальцитом, известковым шпатом) и пирит железа (так называемое золото дураков, которое легко найти, поскольку оно блестит).
Вас устроит маленький кусочек, один-единственный кристалл: немного старомодно, зато работает.
Как только вы заполучили каменный диод, безопасным образом присоедините к нему антенну (это значит, не забывайте ее заземлить) и приделайте второй, очень деликатный контакт к кристаллу с помощью тонкого провода, который исторически называют «кошачьим усом». Вам наверняка придется поэкспериментировать с «усом», касаясь разных мест диода, пока вы не отыщете участок с лучшей полупроводимостью. Как только это произойдет, по «усу» будет идти ток всякий раз, когда ваша антенна принимает радиосигнал, небольшой ток, но достаточный для того, чтобы заметить, что процесс вообще-то пошел.
Чтобы этот ток можно было воспринять ушами, необходимо изготовить соленоид, который не более чем тот же провод, свернутый в несколько витков. Когда электричество идет через провод, оно создает магнитное поле, а если провод закрутить, то поле усиливается. Как вы видели в разделе 10.6.2, получается электромагнит!
Поместите внутрь катушки провода обычный магнит, и он будет двигаться в соленоиде с той же скоростью, что и электричество. Приделайте к магниту легкий, но прочный конус, чтобы воздух внутри него колебался вместе с магнитом, и вы превратили изменения тока в вибрацию воздуха, другими словами, изобрели первый в мире рупор (рис. 41).
Сравнительно низкий уровень электрического напряжения в устройстве означает, что рупор получится тихим, больше подходящим для наушников, чем для того, чтобы заставить кучу людей дрыгаться в такт музыке.
Рис. 41. Первый в мире рупор: немного пошумим
Несколько замечаний.
Во-первых, радиопередачи лучше осуществляются ночью, чем днем, поскольку верхняя часть атмосферы Земли, именуемая ионосферой, электрически заряжена от Солнца. Когда радиоволны путешествуют через нижние слои ионосферы днем, они взаимодействуют с рожденными Солнцем ионами и затухают. Но те же слои становятся прозрачными для передачи ночью (отлично), а расположенные выше слои на самом деле отражают волны, и те прибывают к месту назначения под некоторым углом (еще лучше).
Это отражение является неплохой причиной для того, чтобы передавать информацию на большое расстояние по ночам. На самом деле, когда ваш сигнал проходит дистанцию достаточно большую, чтобы изгиб земной поверхности исключал возможность прямой передачи (а наша планета сложена из радионепроницаемого камня), то это единственный способ.
Во-вторых, вам стоит также помнить, что электромагнитное излучение не движется вечно с одной и той же силой. Интенсивность любого передающего сигнала (не важно, электромагнитного, гравитационного или звукового) в реальности обратно пропорциональна квадрату расстояния между вами и той точкой, где тот сейчас находится. Иными словами, чем дальше волна уходит, тем быстрее и быстрее слабеет.
Даже мы, будучи в состоянии изгибать хронотоны по нашей воле, не можем изменить закон обратных квадратов, но его действие можно ослабить, вещая с более высокой интенсивностью. Первая трансатлантическая передача (организованная тем самым Маркони, цитата из которого, открывающая эту секцию, к большому сожалению, оказалась вовсе не таким хорошим предсказанием) была осуществлена с помощью искрового передатчика того типа, что описан в нашем руководстве, только благодаря тому, что на него подавали много энергии, и тому, что на другой стороне океана его ждала действительно большая антенна.
10.12.5. Корабли
Никто не согласится открывать новые земли, при этом теряя берег из виду на долгое время.Вы (также Андре Жид)
Что это
Способ открыть около 70 % земной поверхности: то, что покрыто водой, – с целью исследования, рыбной ловли, торговли и отличных вечеринок в международных водах.
До того как были изобретены
Люди не были в состоянии распространяться там, куда они не могли дойти, доползти или доплыть брассом, и это оставляло свободными как огромные континенты, так и маленькие островки. Так что народ просто смотрел на море и печально вздыхал.
Изобретены
900 тыс. до н. э. (протолюди совершили путешествие длиной в 18 км, чтобы добраться до острова Флорес в Индонезии);
130 тыс. до н. э. (люди путешествовали по воде из материковой Греции на Крит);
46 тыс. до н. э. (люди по воде добрались до Австралии);
7000 до н. э. (лодки из тростника);
5500 до н. э. (парусные суда);
100 н. э. (косые паруса);
1783 н. э. (пароходы);
1836 (пароходы с винтом).
Предпосылки
Дерево (для долбленок), веревки, смола (для лодок из камыша или дерева), металлические изделия и сварка (для штифтов и болтов), ткань (для парусников), компас, консервирование пищи, широта и долгота (для офигительных кораблей, которые вы соберетесь изобрести, как только увидите, насколько они офигительны), прялки (для рыбацких сетей, что понадобятся вам для введения в обиход рыбной ловли в открытом море, а вы захотите такую штуку, поскольку в открытом море прорва реально вкусной рыбы).
Как изобрести
Самые первые суденышки (именуемые «долбленками») были невероятно простыми: выдолбленный изнутри ствол достаточно большого дерева, чтобы в нем можно было сидеть, вот и все, что вам нужно, мой друг, чтобы изобрести корабль. Транспорт получше можно придумать, используя тростник, стволы деревьев или доски, связывая материал веревкой или скрепляя гвоздями, чтобы получился корпус корабля (остроконечный там, где нос, квадратный сзади и водонепроницаемый, для чего нужно проконопатить щели с помощью гудрона или смолы – см. раздел 10.1.1).
Если это для вас слишком круто, вы можете построить плот, но плоты лучше подходят для пассивного сплава, чем для нацеленного скольжения по водной глади. Именно остроконечная форма лодок и кораблей позволяет им легко двигаться туда, куда вам нужно.
Помните: корабль идет туда, куда вы хотите, плот идет туда, куда хочет он!
Поэтому вам нужны корабли.
Управлять судном легко, если у вас есть руль, на изобретение которого у человечества ушла (и это к данному моменту не должно вызывать у вас даже намека на удивление) куча времени. До того как придумали руль, использовали одно или два больших и широких рулевых весла, опущенных за борт, и так все шло примерно до 100 н. э. Тогда руль начали использовать в Китае, а до Европы идея добралась еще тысячей лет позже, около 1100 н. э., так что не задирайте носы, европейцы.
Руль (см. раздел 10.12.6) можно присоединить к корме вашего судна, используя шпильки или штифты (прекрасные имена для очень простых изобретений). Штифт – трубка, а шпилька – просто стержень, который идеально подходит к трубке, что позволяет свободно вращать то, что вы присоедините к болту… именно это вам и нужно от руля (рис. 42).
Подобная конструкция оказалась придумана только в XV веке н. э., так что технология, которую вы собираетесь использовать, обеспечила вам задел в несколько тысячелетий с помощью каких-то двух абзацев, и это мы только начали!
Рис. 42. Штифт и шпилька
Чтобы вам не пришлось двигать ваш корабль с помощью собственных мускулов и весел, как это мог бы делать какой-нибудь примитивный шимпанзе, вы захотите изобрести либо паруса, либо двигатель. Последние мы уже обсудили (раздел 10.5.4), так что давайте сосредоточимся на парусах, с помощью которых можно сделать куда более роскошный корабль.
Распрямите прямоугольный кусок ткани, прикрепите его сверху жестко, а снизу не очень, чтобы его мог наполнять ветер, установите перпендикулярно длине вашего судна, и вуаля: корабль поплыл, а вы придумали хождение под парусами… капитан [вставь свое имя]. Теперь вы можете ходить под ними всюду, где ветер движется быстрее, чем вода. Однако такой способ позволяет передвигаться только в том направлении, куда дует ветер, не отклоняясь от него более чем на 60 градусов.
Не было бы прикольно научиться двигаться туда, куда вам в данный момент хочется? И не было бы прикольно получить возможность идти прямо против ветра, поставив сами силы природы себе на службу и покорив само море?
Было бы, так что давайте подумаем, как этого добиться.
Вместо прямоугольного паруса, размещенного перпендикулярно длине вашего судна, вы используете треугольный парус, поставленный параллельно длине корабля. Подобная штука называется продольной оснасткой или косым парусом, и если закрепить ее на утлегарь (большая вращающаяся балка, приделанная к мачте), то вы сможете поворачивать парус, чтобы он располагался под разными углами к направлению корма-нос (рис. 43).
Используйте веревку, чтобы закрепить утлегарь там, где вам нужно, на периоды между коррекциями курса.
Такой контроль парусов позволяет вам взнуздать ветер, дующий практически под любым углом, до 45° под ветром. А даже если вы не можете идти прямо ветру в лоб, вы в состоянии приблизиться к идеалу, двигаясь сначала под 45° от ветра в одну сторону, а затем под тем же углом – в другую. Это именуется хождением галсами, и в результате получается зигзагообразная траектория (рис. 44).
Понятно, что она менее эффективна, чем движение по прямой линии, и, несомненно, она требует от вас постоянно перекидывать паруса, но кого это заботит? Главное, что вы идете прямо на ветер, в то время как остальные цивилизации на планете возятся с долбленками и именуют себя Великими Лодкостроителями.
Рис. 43. Прямая и косая оснастка
Но это не единственная штука, которую можно делать с вашим новым парусом.
Когда вы движетесь под небольшим углом к ветру, чтобы парус лишь на несколько градусов отклонялся от параллели с направлением ветра, то некоторая часть ветра попадает в парус, но остальное проходит по другой его стороне. В этом случае парус работает как крыло, совершенно одинаковым образом, как у самолета из раздела 10.12.6, и это создает подъемную силу. Когда она есть, парус не просто толкает ваш корабль, но еще и тянет его в том же самом направлении с другой стороны паруса.
Подобное сложение сил позволяет парусниками двигаться на самом деле быстрее ветра. Умелый моряк с хорошим кораблем может добиться скорости в полтора раза больше, чем у ветра.
Да, есть к чему стремиться!
Рис. 44. Хождение галсами и положение паруса при разных направлениях ветра
Но сила ветра, которую вы ныне взнуздали, будет пытаться перевернуть ваш корабль, так что положите в трюм побольше тяжестей в качестве балласта и установите «киль» (длинная вертикальная доска в форме акульего плавника) на днище судна, прямо на центральной линии. Можно сделать их два, один спереди, другой сзади, или один посередине, как вам захочется. Киль действует в качестве противовеса ветру, он убережет корабль от опрокидывания, а кроме того, сделает более стабильным движение вперед по курсу, убережет судно от «рысканья».
Если вы решите установить двигатели на свой корабль, то вам понадобятся водяные винты. Винт – машина, превращающая вращательное движение в тягу, и хотя люди изобрели подобную штуку сравнительно рано, им понадобилось почти две тысячи лет, чтобы разобраться, на что она годится.
Первые образцы винта можно найти в таком далеком прошлом (для вас оно может оказаться будущим), как Ассирия 650 до н. э., а имя «архимедова винта» устройство получило от грека Архимеда, занимавшегося популяризацией этой инновации около 300 до н. э. Архимедов винт просто большой и длинный винт, вставленный в трубу с открытым концом, и затем вся эта штука размещается под углом, чтобы один из концов оказался в воде. Если вращать винт в правильном направлении, то вода будет подниматься по трубе, что достаточно полезно, если вам надо поливать посевы.
Подобным образом архимедов винт использовался многие тысячи лет, но только в 1836 н. э. кто-то придумал слегка укоротить его и сунуть в воду. Там, спасибо большое закону «у каждого действия есть противодействие равной силы», новый винт стал не только перемещать воду, он принялся толкать в противоположном направлении судно, к которому был приделан.
Именно так выглядел первый винт: мини-вариант архимедова устройства, достаточно длинный, чтобы уместились два оборота. Но во время тестирования он сломался пополам, и так люди обнаружили, что «сломанный» винт с одним вращением в два раза эффективнее, чем его предшественник с двумя (рис. 45).
Винт с лопастями, с которым вы наверняка знакомы, на самом деле состоит из множества архимедовых винтов, работающих в унисон. Не стесняйтесь, переходите сразу к устройству такого дизайна, поскольку оно лучше остальных.
Рис. 45. Архимедов винт и его потомки разного вида, но одного назначения
10.12.6. Летательные аппараты
Аэронавтика не была ни индустрией, ни наукой. Она была чудом.Вы (также Игорь Сикорский)
Что это
Способ воплотить одно из древнейших мечтаний человечества, терзавшее его с тех пор, как кто-то из наших предков заметил волшебную красоту летящей птицы и подумал: «Ого, смотрится клево, вот мне бы так!»
До того как были изобретены
Вы рождались на земле и умирали на земле, и вы говорили себе, что это хорошо и что глупо даже мечтать о лучшем.
Изобретены
500 до н. э. (привязывание людей к огромным воздушным змеям);
1250 н. э. (первые рисунки аппаратов легче воздуха, движимых еще не открытой в то время технологией);
1716 н. э. (первые опубликованные наброски аппаратов тяжелее воздуха, движимых еще не открытой в то время технологией);
1783 н. э. (первый полет на аппарате легче воздуха);
1902 н. э. (первый полет на самодвижущемся аппарате тяжелее воздуха).
Предпосылки
Бумага и ткань (или, если он у вас есть, шелк), серная кислота и железо (для воздушных судов с водородом), дерево (для планеров и аппаратов тяжелее воздуха), двигатели и металл (для самодвижущихся аппаратов тяжелее воздуха), компасы, широта и долгота (для навигации).
Как изобрести
Воздушный шар с горячим воздухом – удивительно простое изобретение.
Огонь нагревает воздух, и тот поднимается, так что если поместите мешок из ткани сверху, то мешок вскоре наполнится горячим воздухом, ну а если он окажется достаточно велик, а ткань – плотна, то ваш летательный аппарат приобретет достаточно плавучести, чтобы подняться над землей. Ухватитесь покрепче за этот мешок или приделайте к нему большую и крепкую корзину, чтобы забраться в нее и не дать рукам устать, и тогда вы подниметесь вместе с ним. Нет необходимости даже в том, чтобы заделывать мешок снизу, поскольку самый горячий воздух окажется сверху, а тот, что останется снизу, будет почти той же температуры, что и окружающая атмосфера.
Лучше привязать всю конструкцию к земле на время тестовых подъемов и прихватить с собой мешки с песком в качестве балласта (они летят за борт, чтобы уменьшить вес летательного аппарата, если тот начинает опускаться: полезно, чтобы замедлить спуск после того, как воздух внутри мешка остынет). И в конечном счете можно прихватить на борт огонь: это хоть и опасно, зато позволяет нагревать воздух и подниматься прямо во время полета.
Другими словами, для воплощения в реальность старой как мир мечты человека о полетах вам нужно лишь некоторое количество плотной ткани и огонь.
Но чтобы понять это, нам понадобилось время до 1783 н. э.
Да, мы не раз уже проезжались по поводу того, сколько времени потребовалось людям, чтобы сделать то или иное открытие, даже после того как у них были все нужные технологии-предпосылки, но это, черт возьми, унизительно. Если провести линию из точки, где у человечества имелось все, что нужно (огонь и веретено, с помощью которого можно изготовить ткань), в точку, где оно наконец смогло подняться в воздух, то эта линия протянется почти на десять тысяч лет.
Шар с горячим воздухом – это не космический корабль и не машина времени, для изготовления которых нужна совместная работа массы людей, владеющих сложными технологиями. Первый такой шар изобрели два мучающихся от скуки брата, используя холщовый мешок.
При достаточной мотивации вам не требуется цивилизация, чтобы сделать такую штуку. Единственный индивидуум даже в неолитические времена, не имея прялки или веретена, мог за долгое время собрать достаточное количество натуральных волокон животного или растительного происхождения, спрясть их вручную и изготовить мешок. Однако за те 200 тыс. лет никому это в голову не пришло, зато мечтающие о полете люди таращились на птиц и пытались их копировать, сооружая гигантские крылья, покрывая их перьями и покрывая теми же перьями человека, прикрепленного к этим крыльям… чтобы уж точно все получилось.
СОВЕТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ЦИВИЛИЗАТОРА:Прикрепление к телу перьев не является ни необходимым, ни обязательным условием для полета, так что подобный выбор можно делать, только исходя из соображений моды.
Поскольку даже в таком «снаряжении» взлететь не удавалось, люди прыгали с башен и размахивали крыльями, думая, что в этом весь секрет. Лучшее, на что могли надеяться такие аэронавты, – немного спланировать, но обычно они просто падали навстречу переломанным костям, смерти или кастрации, после чего умники объясняли все тем, что «пилот» забыл обзавестись хвостом (852 н. э., 1010 н. э.), тем, что использовал куриные перья, а не орлиные (1507 н. э.), или ветер в тот день оказался недостаточно сильным, чтобы наполнить крылья и понести их владельца, словно корабль на парусах (1589 н. э.).
В Китае около 500 до н. э. были изобретены воздушные змеи (вы можете изобрести их тоже, просто натяните ткань на легкую раму, привяжите к конструкции веревку и добавьте ей хвост для стабильного полета). После этого достаточно больших змеев при сильном ветре использовали для того, чтобы поднимать в воздух людей, но тот, кто видел, как летает змей и как легко он падает, понимает, что этот метод связан со смертельным риском. Около 200 до н. э. китайцы придумали летающие фонарики, те же самые воздушные шары с горячим воздухом, нагревала который банальная свеча.
Тем не менее никто не попытался увеличить масштаб этих поделок, чтобы поднять человека.
И наоборот, в Европе в 1250 н. э. опубликовали книгу, в которой изображалось устройство воздушного шара, но поскольку в то время никто не имел представления, что воздух имеет вес, а горячий воздух весит меньше обычного, то воздушный шар должен был летать на «эфирном газе». Газ этот предполагалось открыть в будущем, и ему приписывалось свойство плавать в атмосфере.
Давайте сравним: в 200 до н. э. у человечества в одной руке была технология, связанная с тем, что горячий воздух поднимается, а в 1250 н. э. в другой руке оно держало конструкцию, способную летать на том же горячем воздухе, но две идеи так и не встретились, пока одновременно не были заново открыты во Франции в 1783 н. э. Французы, братья Монгольфье (именно из-за них воздушные шары с горячим воздухом именуют «монгольфьерами»), даже не знали, что горячий воздух поднимается!
Первые эксперименты они проводили, как мы уже сказали, с холщовым мешком, подбитым бумагой, чтобы воздух не выходил. Сначала Монгольфье использовали пар, но тот быстро уничтожал бумагу, тогда они переключились на дым от горящего дерева, поскольку верили в некую разновидность «электрического пара», который высвобождает особый газ, названный «газом Монгольфье» (а как же еще?), и этот газ обладает особым свойством «левитации». Даже с учетом всей этой чепухи базовой концепции «поймай газ легче воздуха в некий футляр, и футляр взлетит» оказалось достаточно для того, чтобы состоялся первый полет.
Чем лучше и плотнее плетение вашей ткани, тем качественнее она будет держать воздух, так что шелк (см. раздел 10.8.4) отлично подойдет. Направление, в котором полетит воздушный шар, само собой, будет определяться ветром, но если вы сумеете поставить на корзину двигатели, то получите возможность контролировать траекторию, и вот оно, ваше воздушное судно.
Но нельзя ли справиться получше? Конечно, можно.
Да, горячий воздух, пущенный в дело, поднимается по той причине, что он легче обычного воздуха, но все же он далек от того, чтобы быть исключительно легким газом. Однако вам нужен максимально легкий газ, ведь чем он легче, тем меньше топлива вам понадобится, чтобы держать шар в воздухе, и тем большее расстояние вы преодолеете. Очевидное решение – совершенно убрать горячий воздух и закачать в шар самый легкий газ во вселенной.
Давайте попробуем это сделать.
Самый легкий газ во вселенной – водород, и в приложении С показано, как можно использовать электричество для того, чтобы извлекать водород из соляного раствора. Но если вам нужны большие объемы водорода – а они вам нужны, если вы собираетесь строить воздушные корабли, – то вы захотите использовать самый дешевый метод. Можно обдавать паром раскаленное докрасна железо, и пар будет распадаться на газообразный водород и газообразный кислород (и последний радостно начнет образовывать оксид железа на металле), но для этого нужно много железа. Более простой вариант – поступить так, как поступали авиаторы-любители в нашей временной линии, и положиться на факт, что разведенная серная кислота реагирует с железом и в результате получается водород.
Разведите серную кислоту, медленно добавив 3,5 меры ее веса воды, насыпьте металлических опилок в бочку и налейте в эти опилки кислоты в расчете 2 к 1 по весу, то есть 2 кг кислоты на 1 кг железных опилок. И начнется реакция, что даст вам водород.
Затем его можно пропустить через вторую бочку, наполненную гашеной известью (как ее изготовить, также рассказано в приложении С), чтобы удалить из газа остатки кислоты, а их нужно удалить, поскольку иначе они будут разъедать ткань вашего шара. Исторический опыт показывает, что это не очень хорошо.
Серная кислота закончится раньше, чем железо, так что вы можете спустить использованную жидкость из бочки и заново наполнить ее, пока не останется железа для поддержания реакции. Ваш аппарат по производству водорода будет выглядеть вот так (рис. 46).
Рис. 46. Аппарат для производства водорода
Примерно 400 кг железа и 800 кг серной кислоты позволят произвести около 140 м3 водорода, а 10 м3 водорода достаточно, чтобы поднять около 10,7 кг, в зависимости от атмосферного давления, температуры и влажности.
А теперь, перед тем как вы ринетесь смешивать серную кислоту с железными опилками, запомните: водород предельно горюч и обладает свойством иногда взрываться. Миру самым ужасным образом напомнили об этом 6 мая 1937 н. э., когда наполненный водородом дирижабль «Гинденбург» взорвался и рухнул, объятый языками пламени, в тот момент, когда пытался причалить к специальной мачте, и катастрофа оказалась настолько жуткой, что на ней закончилась целая эра в истории воздухоплавания.
В преступлении обвинили искру статического электричества.
В этот момент вы наверняка подумали: «Ого, а почему они не использовали гелий? Может быть, мне стоит остановиться на нем?» Да, гелий не взрывается, не вступает в реакции с другими веществами, и он второй по легкости газ и обладает подъемной силой в 88 % от водорода, но его намного сложнее достать.
Единственный природный источник гелия на Земле – невероятно медленный процесс радиоактивного распада тяжелых элементов вроде урана. И даже когда он имеет место, любой гелий, не запертый в земной толще, просачивается в атмосферу, а там благодаря своей легкости оказывается в верхних ее слоях, практически в космосе. Поэтому гелий почти совершенно невозобновляемый ресурс.
Так что если вы хотите недорогой и эффективный летательный аппарат легче воздуха, то ваш выбор в краткосрочной перспективе – использовать водород и быть очень, очень, очень осторожным.
Но существует и другая альтернатива: заставить летать вещи тяжелее воздуха.
Изобрести устройства легче воздуха очень просто, а вот в случае с устройствами тяжелее воздуха все обстоит несколько сложнее, чем просто сказать: «Заполни мешок горячим воздухом или другим легким газом, и ты справился вообще на отлично, дай пять». Что еще хуже – полное детальное объяснение принципов аэродинамики потребует куда больше места, чем мы располагаем в этом вероятно-никем-не-читаемом-если-не-случится-катастрофы-в-нашей-FC3000тм-арендованной-машине-времени-и-насколько-вероятно-что-это-вообще-случится руководстве по ремонту. Но даже основы того, как запустить в полет аппарат тяжелее воздуха, поставят вашу цивилизацию на многие тысячелетия впереди всех остальных.
Начать вам придется с того, с чего начиналось все и в нашей истории: конструировать планеры, ставить эксперименты и использовать науку, чтобы понять, как это работает. Вы сэкономите огромное количество времени, сломанных конечностей, денег и жизней, если для начала построите аэродинамическую трубу: лежащий на земле туннель, в который вы будете задувать воздух.
Простая штука, но люди догадались соорудить ее только в 1871 н. э.
Она позволит вам перескочить через несколько страниц сценария, изучая полет на земле, когда движущийся воздух обтекает неподвижное крыло (модель), а не наоборот, запуская всякий новый образец в небо, чтобы типа посмотреть, что там такое получится. Привяжите веревочки, чтобы видеть, как движутся потоки воздуха рядом с летательным аппаратом, или используйте дым, чтобы сделать эти потоки видимыми.
Вы можете измерять аэродинамические силы, действующие на ваш аппарат, поместив его на рычажные весы. Если вы еще не изобрели их, то это просто балка, поставленная на вершину треугольника, с деревянными лопастями на каждой стороне. Когда давление на обе половины балки одинаково, она остается в равновесии.
Разместите ваше устройство так, чтобы одно плечо балки находилось внутри аэродинамической трубы (на него вы будете ставить летательный аппарат), а другое снаружи (там разместится противовес). Крыло в трубе создает подъемную силу, и благодаря ей вес летающего аппарата меняется, и вы сможете измерить, как он меняется, и подсчитать подъемную силу.
Крыло в разрезе выглядит следующим образом (рис. 47).
Рис. 47. Крыло в разрезе
Крылья работают благодаря изменению локального давления, эксплуатируя тот факт (открытие которого вы теперь можете приписать себе), что объект, движущийся через газообразную среду, постоянно остается в контакте с ней во всех точках поверхности. Крыло разрезает воздух, заставляя ту его часть, что оказывается сверху, завихрить ся, а потом устремиться вниз, чтобы соответствовать форме крыла, из-за этого воздух занимает больший объем и падает его давление. И наоборот, воздух, проходящий снизу, заталкивается в меньший объем пространства и давление под крылом повышается.
Именно этот перепад давления и создает подъемную силу.
Крылья генерируют подъемную силу и вторым путем, эксплуатируя закон «действие равно противодействию», тот самый, что мы вспоминали в разделе 10.12.5. Воздух, проходящий и сверху, и снизу, направляется вниз, когда он покидает крыло, и оно поэтому движется вверх. Вы можете отклонить больше воздуха, сильнее наклоняя крыло, но до определенного предела, при котором воздух перестает скользить по крылу, а начинает двигаться турбулентно, и это не только уменьшает подъемную силу, но часто приводит к крушению.
Само собой, чтобы получить подъемную силу, вам необходимо двигать крылья через воздух, и делать это быстро. Этого можно добиться с помощью реактивных двигателей, но в большей части самолетов (и мы полагаем, что и большая часть застрявших в прошлом путешественников во времени) используют пропеллеры, то есть наборы крохотных вращающихся крыльев, которые тянут самолет вперед, а не поднимают.
Добавив небольшой изгиб в форму пропеллера, вы сделаете его более эффективным. На самом деле небольшие изменения в форме крыльев, используются они в пропеллере или нет, могут производить большой эффект, и это свойство вам необходимо использовать, проектируя ваш летательный аппарат.
Вот так может выглядеть простой самолет, и вы наверняка захотите скопировать его устройство (рис. 48).
Рис. 48. Части самолета
Хвост поможет стабилизировать полет, а закрылки на хвосте, которые должны двигаться вверх-вниз, позволяют опускать или поднимать хвост и таким образом определять угол подъема/спуска. Руль поворачивается вправо-влево, и с его помощью вы направляете нос самолета куда нужно. Элероны обеспечивают вам возможность перекувырнуться, поднимите один и опустите второй, и самолет крутанется «через голову». Ну а помимо трюков они нужны для того, чтобы стабилизировать и выравнивать полет. Закрылки на главном крыле действуют аналогично элеронам, но они устроены так, что поднимаются и опускаются вместе, что позволяет вам вносить поправку в количество подъемной силы, генерируемой крыльями. Можно их опустить, чтобы подъемная сила увеличилась, и это полезно при посадке на малой скорости, или поднять, чтобы обеспечить рост скорости.
Помимо тяги и подъемной силы на самолет оказывают влияние еще два фактора: вес (то есть гравитация, тянущая его к земле) и торможение (любая сила, противоположная тяге, скажем, сопротивление воздуха). И это другая область, где аппараты тяжелее воздуха выглядят много более сложными.
В теории – приделайте крылья достаточного размера к штуковине, способной тащить себя через воздух, и вы полетите. На практике двигатели, создающие тягу, требующуюся для создания подъемной силы, достаточной для полета человека, имеют тенденцию быть тяжелыми, и это усложняет все еще больше. Двигатели внутреннего сгорания имеют лучшее соотношение мощность/вес, но паровые двигатели тоже можно использовать. Первый управляемый человеком аппарат тяжелее воздуха на паровом двигателе отправился в краткий полет в 1874 н. э., то есть обошел братьев Райт почти на тридцать лет.
Но прежде чем взяться за тяжелую работу по установке двигателей на самолет, поэкспериментируйте для начала с планерами: самолетами без двигателей, которые запускаются с высоких мест. С их помощью можно многое узнать, и в то время как технические предпосылки для летающих аппаратов тяжелее воздуха выглядят сложными, для планера вам надо лишь немного дерева, ткани и некоторое количество знаний, а ими мы вас обеспечили.
Временные эксперименты показали, что функциональный деревянный планер можно построить в Европе около 1000 н. э., не используя технологии нашего времени. Понятно, что полет с помощью двигателя все равно невозможен до промышленной революции, то есть примерно до 1760 н. э., но зато это открытие приводит к появлению авианосцев с планерами и катапультами для запуска их в небо ко времени Возрождения, в начале XV века н. э.
Ваша цивилизация наверняка захочет начать с изготовления воздушных шаров на горячем воздухе прямо сейчас, а уже затем перейти к экспериментам с другими их вариантами или аппаратами тяжелее воздуха, но все целиком на ваше усмотрение. Застрять в прошлом только для того, чтобы какая-то книга запретила вам вываляться в птичьих перьях и посмотреть, что произойдет?
Ха! И мы всецело уважаем ваш выбор.
