10", казалось столь же далеким от осуществления, как и во времена Монгольфье. Таким образом, дело стояло на месте. Когда я приступил к изучению вопроса, он сформулировался следующим образом: что необходимо в воздушном судне, чтобы оно имело практическую ценность? Очевидно, что оно должно отвечать потребностям торговли и коммерции, поскольку способно перевозить пассажиров или грузы с такой же легкостью и безопасностью, как и наши нынешние наземные или океанские линии. Если оно не сможет этого сделать, оно не сможет конкурировать с остальным транспортом, а тем более вытеснить его. Ясно, рассуждал я, что воздушный шар никогда не сможет иметь практической ценности в этих вопросах, потому что невозможно контролировать его движение ни во время, ни после окончания путешествия. Воздушные шары направляются не в ту сторону, в которую путешественник желает попасть, а по воле ветра, и когда он пытается вернуться на землю, он делает это, рискуя жизнью и конечностями. Воздушные шары действительно были намеком будущих результатов в воздушной навигации, но намеком лишь в той степени, в какой две тысячи лет назад эолипил Герона11 был прообразом современного парового двигателя. Грубые попытки более поздних экспериментаторов в области аэронавтики потерпели неудачу, потому что они не подходили к предмету в корне, а делали слепые и смутные попытки получить нужный результат, следуя случайным идеям или интуиции, которые имели такую же вероятность быть верными, как бухгалтер, который должен сомневаться в результате столбца цифр, не пройдя через процесс их сложения. Несколько условий, которые должны быть выполнены в настоящем воздушном корабле:
1. Он должен быть способен подниматься или опускаться в любой точке земной поверхности по желанию, легко, плавно и без сотрясения своих механизмов, грузов или пассажиров.
2. Он должен обладать способностью двигаться в любом требуемом направлении.
3. Его конструкция должна основываться на таких механических и динамических принципах, которые обеспечат ему не больший риск аварии, чем кораблю в море.
4. Вес не должен быть препятствием для его успешной работы.
Убедившись, что эти условия являются обязательными, я приступил к изучению первого, а именно – левитации. Я обнаружил, что птицы, за исключением, пожалуй, лугового жаворонка, кондора и одной-двух других видов, не используют, если вообще обладают, способностью просто левитировать. Полет в горизонтальном или наклонном направлении является для них более естественным и целесообразным способом передвижения. Те птицы, которые поднимают себя перпендикулярно, делают это с большим усилием и затрачивают много энергии. Об этом свидетельствует ненормально быстрое движение крыльев жаворонка, когда он парит, или колибри, когда он поддерживает равновесие. То же самое можно наблюдать в случае таких насекомых, как муха-дракон и другие представители близких родов. Если проанализировать кривые, описываемые крыльями этих птиц и насекомых, то окажется, что они представляют собой не просто возвратно-поступательное движение, а движение, воплощающее не только форму, но и математические особенности винтового движителя. Это было фактически доказано не так давно успешной передачей, с помощью чрезвычайно тонкой и чувствительной автографической настройки, колебаний крыльев зафиксированного насекомого на подготовленную фотопластинку, результатом было изображение почти идеальной горизонтальной восьмерки. Тот факт, что первичная механическая сила винта была использована природой задолго до того, как она была зарегистрирована среди динамических устройств человека, является достаточным основанием для того, чтобы рассмотреть его пристальнее и сосредоточить на нем все внимание. Человек использует его как средство для перемещения тяжелых тел (железных судов) через плотную среду (воду). Природа использует его как средство для перемещения сравнительно тяжелых тел (птиц) через легкую среду (воздух). Вопрос заключался в том, можно ли эффективно использовать принцип винта для поднятия и перемещения по воздуху очень тяжелого тела.
Теоретически, речь идет просто о весьма ординарной математической задаче, факторы которой сводятся к следующим:
1. Сила тяжести тела, которое нужно поднять или привести в движение.
2. Тяжесть среды (воздуха), через которую это тело должно быть поднято или приведено в движение.
Эти два фактора было легко вычислить, исходя из пропорции, которую один из них имел по отношению к другому, каковы должны быть размеры винта и скорость его вращения. Если снова воспользоваться аналогией с природой, то правило выглядело следующим образом – чем меньше птица, тем больше число колебаний крыльев за определенное время, чем больше птица, тем меньше и медленнее эти колебания. Этот кажущийся парадокс был всего лишь проявлением общего принципа соотношения сил – площадь рычага (крыла) и пространство, через которое он перемещается, были соизмеримы с временем, затраченным на это движение. Для получения определенного результата необходимо затратить определенное количество энергии, и (теоретически) совершенно несущественно, примет ли эта энергия форму длинного рычага, широкого размаха или быстрого движения. Не было никаких математических или механических сомнений в том, что горизонтальный винтовой движитель способен поднять тяжелое тело перпендикулярно в воздух и таким же образом привести его в движение в горизонтальном направлении, при условии (и здесь кроется сомнение), что механические трудности, стоящие на этом пути, могут быть преодолены. В физическом принципе не было ничего нового, поскольку средний ребенок в каждой цивилизованной стране был знаком с эволюциями летающего волчка, который является прекрасной иллюстрацией упомянутого принципа в действии. Летающий волчок состоит всего лишь из простого жужжащего волчка, утяжеленного в нижней части и снабженного в верхней части легким винтовым пропеллером. Быстрое вращательное движение, придаваемое волчку энергичным натяжением шнура, намотанного на его веретено, обеспечивает винтовой пропеллер силой, достаточной для того, чтобы поднять себя и весь корпус волчка на высоту со скоростью, соизмеримой со скоростью его вращения. Волчек такого типа, из-за мощнго начального импульса, будет подниматься устойчиво и перпендикулярно – пропеллер вынужден сохранять свое горизонтальное положение, если он установлен под прямым углом к осевой линии своего вала, под действием веса нижней части волчка – на высоту пятидесяти футов или более, пока энергия вращения его винта не станет динамически эквивалентной силе тяжести его массы, он на мгновение замирает в воздухе, а затем опускается со скоростью, пропорциональной уменьшению энергии его вращения и ускоряющей силы тяжести. Очевидно, что если бы вершина содержала в себе средства сохранения начальной скорости, она продолжала бы подниматься, с медленно уменьшающейся скоростью, пока не достигла бы той высоты, на которой упругость атмосферы обеспечила бы достаточное сопротивление жидкости лопастям пропеллера для поддержания волчка в равновесии, и в этом состоянии он оставался бы до тех пор, пока длилось бы его вращательное движение или механизм, который его производит. Теоретически, нет причин, почему не должны быть получены те же результаты, если подобная машина будет построена в большом масштабе, с соблюдением тех же условий пропорций в ее конструкции. Практически же на пути к этому стояли очень серьезные трудности. Эти трудности были, в основном, двоякого рода:
1. Конструкция и управление подходящим пропеллером.
2. Вес и громоздкость механизмов, необходимых для приведения в движение этого винта.
Пропеллер достаточной силы, чтобы поднять судно или автомобиль большого веса, должен быть с лопастями пропорциональной длины и ширины, способными вращаться с большой скоростью. Давление в фунтах на эти лопасти было бы неравномерным по всей их длине, будучи во много раз больше на их внешних концах, чем в тех местах, где они соединены с ведущим валом. Вследствие неравномерной нагрузки они могли бы сломаться или деформироваться, если бы были сделаны из слишком хрупкого материала; с другой стороны, если бы они были сделаны из слишком упругого материала, они могли бы согнуться до такой степени, что стали бы непригодными для той цели, для которой они были предназначены. Другая большая трудность, связанная с пропеллером, заключалась в трении ведущего вала в подшипниках, которое, если рассматривать его быстрое вращение и собственный вес, который он должен выдерживать (ведь весь вес судна будет приходиться на подшипники вала), представляло собой серьезное препятствие, которое необходимо было преодолеть. Вторая трудность, движущая сила, также была не из легких. Пар казался единственной силой, способной эффективно обеспечить необходимую движущую силу. Но пар подразумевал огромный вес. Во-первых, это двигатель и станина, которые должны были быть сделаны из цельного металла, чтобы предотвратить вибрацию, во-вторых, котел, в-третьих, вода и в-четвертых, топливо, которое необходимо было учитывать. Казалось, что даже если предположить, что можно построить подходящий движитель и приводить его в движение с помощью подходящих механизмов, вес всего аппарата будет настолько велик, что исключит возможность его подъема вообще! Перспектива, конечно, была далеко не обнадеживающей, но я все же решил продемонстрировать возможность или невозможность достижения поставленной цели. Чтобы убедиться в реальных достоинствах этого весомого вопроса, я занялся математикой и подошел к предмету с другой стороны. Линия моей аргументации была следующей: Динамическая одна "лошадиная сила" – это способность поднять 33,000 фунтов на один фут пространства за одну минуту времени, или (вес, пространство и время являются коррелятами в механике) 330 фунтов, на сто футов за одну минуту; следовательно, паровая машина в 50 лошадиных сил была бы способна поднять 330x50=16,500 фунтов на сто футов за одну минуту. Таким образом, транспорт или судно, содержащее двигатель мощностью 50 лошадиных сил с его обычными принадлежностями, обеспечивающий движение горизонтального винта подходящей конструкции, вес которого не превышает 16 500 фунтов, должно быть способно подниматься по воздуху со скоростью сто футов в минуту.