Но я не подумал о к.п.д. – коэффициенте полезного действия.
При всяком превращении энергии, при переходе её из одной формы в другую неизбежны потери. Человеческий организм – двигатель не очень совершенный, его коэффициент полезного действия 18–25 процентов. Остальная же часть энергии превращается в тепло. Это тепло всё время «подогревает» человека изнутри.
Чем тяжелее выполняемая человеком работа, тем больше энергии расходует «двигатель». А следовательно, и тепла при этом выделяется больше. В состоянии полного покоя, когда двигатель человека находится как бы на холостом ходу, он вырабатывает 80 килокалорий в час. При интенсивной же работе «производство» тепла достигает 400 и даже 500 килокалорий. Казалось бы, это должно как-то отразиться на температуре тела. Однако и во время сна, и при самой тяжёлой работе температура тела остается почти постоянной – 36–37 градусов…
Мало того. При современных средствах сообщения человек в течение нескольких часов может испытать зной африканской пустыни и лютый мороз Антарктики. Казалось бы… Но температура его тела неизменна – всё те же 36–37 градусов.
Действует автоматическая система, которую учёные по старинке называют «механизмом», – механизм терморегуляции. Этот автомат всё время следит за внешней средой и в зависимости от её температуры уменьшает или увеличивает отдачу тепла в атмосферу.
Обычно никаких затруднений не возникает. Окружающий воздух чаще всего имеет температуру ниже 36 градусов. Поэтому он нагревается телом, а само тело охлаждается. Меняя подачу крови к поверхностным слоям кожи, автомат регулирует величину охлаждения.
Когда воздух нагрет до 37 градусов, положение усложняется. Воздух теряет способность отнимать у тела тепло. Если же температура воздуха ещё повысится, он будет уже не охлаждать, а нагревать человека.
И всё-таки люди живут и работают в тропиках при температуре 50–55 градусов. Выручает пот. Неприятный, липкий пот, который заливает глаза, мешает видеть. Вытирая пот со лба, мало кто задумывается, какую поистине неоценимую услугу оказывают человеку его солёные капли. По всей поверхности тела и в лёгких идёт непрерывное испарение пота. Испарение, на которое расходуется избыточное тепло. И чем выше температура, чем скорее движется воздух, тем быстрее идёт процесс испарения.
Но при одном условии: если окружающий воздух сухой. Если же он содержит много влаги, испарение замедляется, а при стопроцентной влажности прекращается совсем. В горящей шахте, где воздух нагрет выше 37 градусов и до предела насыщен парами воды, все пути охлаждения отрезаны.
Между тем человеческий двигатель продолжает вырабатывать тепло: каждый час 400 больших калорий. Этого достаточно, чтобы довести температуру тела до 45 градусов. Такую температуру организм, конечно, вынести не может. Меняется ход реакций, сложнейшие процессы, от которых зависит жизнь, уходят в сторону. Через 10–15 минут возникает сильная головная боль, головокружение, судороги. Человеку грозит тепловой удар и смерть.
Поэтому защищаться от плюс 40 градусов неизмеримо сложнее, чем от минус 40. В борьбе с холодом тепло, вырабатываемое организмом, становится союзником человека. Надевая костюм, свитер, тулуп, мы, в сущности, преследуем одну цель – удержать собственное тепло, помочь телу уменьшить теплоотдачу. И если бы в распоряжении человека был материал, вообще не проводящий тепла, человек в таком костюме спокойно выдержал бы холод космического пространства.
В борьбе с высокой температурой тепло, которое выделяет двигатель человека, становится врагом. «Идеальный» материал, конечно, не впустил бы в костюм наружное тепло. Но внутреннее тепло он тоже не выпустил бы. И человек погиб бы даже при комнатной температуре.
Я не люблю вспоминать первый вариант холодильного костюма («душегубку», как сказал Д.Д.) и разговор с Данил Даниловичем тоже. Единственное, что меня утешает: не я один «опростоволосился». Мне удалось отыскать книгу, откуда я взял злополучную идею с водой.
В интересной повести Г. Гуревича «Подземная непогода» сделана та же ошибка: «В забое рабочие ходили в несгораемых асбестовых костюмах, похожих на водолазные. В них было неудобно работать, передвигаться трудно, потому что приходилось таскать на спине ранец с холодильником, аварийный запас кислорода и термос с холодной водой, чтобы напиться, не снимая шлема, даже обрызгать себя при желании. Но при всех ухищрениях температура в костюме была не ниже пятидесяти градусов».
Остальное ясно. При температуре 50 градусов воздух в костюме будет нагревать человека. Для отвода тепла – внутреннего и внешнего – останется единственный путь – испарение пота. При таких условиях «обрызгать себя водой» равносильно самоубийству…

АРИФМЕТИКА – НАУКА ТОЧНАЯ

Я уже знал: мало защищать человека от внешнего тепла, надо ещё отводить тепло, вырабатываемое организмом. Но даже теперь задача не казалась мне особенно трудной.
Костюм должен по возможности снижать приток тепла снаружи. Значит, необходим комбинезон с надёжной тепловой изоляцией.
С внутренним теплом сложнее. Его нужно отводить – это ясно. Но как? В принципе возможны два пути. Во-первых, аппарат типа холодильника или кондиционера. Расходуя энергию (например, электрическую), аппарат будет охлаждать подкостюмное пространство, нагревая воздух в шахте. Второй вариант – взять с собой запас сильно охлаждённого вещества (скажем, льда) и за счёт его нагревания «гасить» образующееся тепло.
Шахтный воздух меня мало беспокоил – пусть нагревается хоть до температуры Солнца. А вот откуда взять энергию для питания «холодильника»? Я прикинул вес электрических батарей, аккумуляторов – получилось много: десятки килограммов. В условиях же конкурса говорилось ясно – восемь, максимум десять. Оставался второй путь.
Расчет запаса холодильного вещества в принципе доступен школьнику восьмого класса. Нужно составить уравнение с одним неизвестным. Слева – количество тепла, поступающего в подкостюмное пространство. Справа – количество тепла, которое может «поглотить» холодильное вещество. Между ними знак равенства – теплоотвод должен равняться теплопритоку. Составить уравнение – дело нескольких минут. Очевидно, левая часть уравнения слагается из двух величин: тепла, вырабатываемого организмом, и тепла, проникающего в костюм сквозь изоляцию. Справа – произведение «холодильной энергии» (удельной теплоты плавления или испарения) на искомый вес вещества.
Я взял справочники и приступил к расчёту. Оказалось, что даже при хорошей изоляции сквозь стенки комбинезона за два часа прорвётся не менее 500 больших калорий. За то же время организм выработает еще 800. В сумме – 1300.
Для охлаждения проще всего взять лёд. При плавлении каждый килограмм льда поглощает 80 килокалорий. Ещё 20 калорий поглотит вода, нагреваясь от 0 до 20 градусов. Значит, «холодильная энергия» 1 килограмма льда – 100 больших калорий. Отсюда вес холодильного вещества – 13 килограммов.
Не утешительно. Вместе с комбинезоном, шлемом, изоляцией, резервуаром для льда получится что-то около 20 килограммов – в два раза больше, чем допускают условия конкурса.
Я пробовал заменить лёд другим охлаждающим веществом: сжиженным аммиаком, твёрдой углекислотой, фреоном… Результат оставался неизменным. Теплозащитный костюм имел слишком большой вес.
А что это за неприкосновенные числа – 8–10 килограммов? Нельзя ли сделать костюм тяжелее? Увы, нельзя. Чтобы человек нормально работал, общая нагрузка на него не должна быть выше 28–30 килограммов. Инструменты горноспасателя весят 7 килограммов. Респиратор (дыхательный прибор) ещё 11–13. Остается именно то, что указано в условиях конкурса, 8–10 килограммов…
Чего я только не пробовал! Пытался увеличить изоляцию – приток тепла снаружи снижался, зато возрастал вес изоляции. Уменьшал изоляцию – увеличивался приток.
Можно было, конечно, снизить срок действия костюма до часа или увеличить его вес до 20 килограммов. Но и то и другое одинаково запрещалось условиями конкурса.
Только теперь я вспомнил разговор, который слышал в Москве, в Министерстве угольной промышленности. Беседовали двое – начальник отдела министерства и приезжий инженер из Кузбасса.
– Мы поручили разработку костюма лаборатории, – говорил начальник. – Они возились год и вернули задание. Не вышло.
– Плохо, – заметил инженер. – Костюм нужен.
– Именно, – согласился начальник. – Поэтому мы обратились в высшую инстанцию – в Институт холода Академии наук СССР.
– Серьёзное учреждение. – Это было сказано с уважением.
– Безусловно. Они дали нам развернутое заключение с расчетами и анализом. Если сформулировать ответ коротко, он звучит так: «Невозможно». После этого, вы понимаете, у нас не было выхода. Или, точнее, остался единственный выход: объявить конкурс…
– Невозможно, – сказал я Гене.
Гена посмотрел на меня мутным взглядом и вяло махнул рукой. Ему было не до конкурса – глаза ввалились, на лбу крупные капли пота. Грипп крепко вцепился в него.
– Че-пу-ха, – с трудом выговорил он. – Ерунда и чушь. Вся история техники состоит из сплошных «невозможно». Невозможно было разжечь костёр. Построить пароход. И паровоз, конечно, тоже невозможно. И радио. И самолёт. И телевизор. Альберт Эйнштейн сказал… точно я сейчас не помню, но приблизительно: «Все знают, что это невозможно. Потом приходит человек, который этого не знает. Он-то и делает изобретение…»

ТРИ ПУТИ ЧЕРЕЗ НЕВОЗМОЖНОЕ

Есть три пути через невозможное. Не так уж мало, если вспомнить, что оно невозможное.
Первый путь – медленный и долгий. Кажется, задача неразрешима. Но шаг за шагом (вернее, миллиметр за миллиметром) идёт вперёд наука. Развивается техника – появляются новые материалы, машины, способы. И вдруг (конечно, это происходит не вдруг) люди обнаруживают, что та, старая задача вовсе не так уж сложна. Теперь для её решения есть все условия. Эти условия возникали постепенно из небольших, невидимых для глаза изменений. Миллиметры стали метрами.
Так медленно и постепенно, без заметных «рывков», человечество преодолело многие барьеры невозможного. Не отдельные эффектные «броски в будущее», а прежде всего общее развитие науки и техники сделали возможным появление телевизора, атомных электростанций, спутников…
Второй путь через невозможное – открытие, то есть установление чего-то ранее неизвестного человечеству: законов, свойств, явлений окружающего нас материального мира. Тут все (кроме, разумеется, самого открытия) просто и понятно. В XVIII веке заглянуть «внутрь» человека было невозможно – все это знали. Но когда Рентген открыл лучи высокой «проходимости», просвечивание стало обычной технической задачей. Требовалось создать аппарат, приспособить пленку и тому подобное – однако в принципе задача была решена.
Новые знания – новые возможности, это естественно. Но изобретение, как правило, строится на старых знаниях, опирается на то, что известно любому специалисту. И всё-таки именно с помощью изобретений человек чаще всего преодолевает барьер невозможного.
Кажется невероятным: все знают и… считают невозможным. Это странное и прискорбное явление я назвал бы инерцией мысли. Люди (а специалисты особенно!), постоянно имея дело с определёнными вещами, привыкают к ним и начинают думать, что эти вещи единственно «разумные». Нужно огромное внутреннее усилие, революция в сознании, чтобы взглянуть на мир по-другому, увидеть его в новом, непривычном свете. Этот оригинальный, неожиданный угол зрения и даёт изобретение – машину или способ, в которых старые знания используются по-новому.
Можно ли, например, кислород из одного баллона целиком перевести в другой без применения технических средств (насосов, компрессоров и прочего)? Специалист скажет, что нет. Если соединить баллоны, то в пустой баллон перейдёт только часть газа. И всё-таки сделать это можно. Нужно просто налить в пустой баллон воду и поднять его повыше. Кислород и вода «поменяются местами», сделав то, что казалось невозможным.
… Гена поправился, и мы принялись за холодильный костюм всерьёз. Теперь мы представляли трудность задачи и решили работать отдельно – пусть вместо одной дороги у нас будут две.
Честно говоря, я не очень верил в успех. Уж если Институт холода Академии наук… Но у мыслей своя логика. Начав думать, я уже не мог остановиться – на занятиях в аспирантуре, в кино, за обедом я непрерывно «тасовал» калории тепла, килограммы фреона, миллиметры изоляции. Возмущался: почему из 30 килограммов, которые может нести человек, на холодильный костюм дают 8 или 10?
И всякий раз возмущение гасло. Чтобы дышать в атмосфере горящей шахты, нужен респиратор. Для работы горноспасателю необходимы инструменты. Стена!
Однако выхода не было, и я понемногу начал думать о подкопе. Нельзя ли снизить вес инструментов или респиратора и получить для костюма ещё хоть 2–3 килограмма? Сомнительно: снаряжение горноспасателя отрабатывалось годами. И главное, 2–3 килограмма ничего не решат. Вот если бы…
Сначала я отбросил эту мысль, она показалась мне слишком дерзкой. Но мысль вернулась. Она приходила всё чаще. И наконец я сдался. Путь был один – выбросить респиратор. Создать комбинированный костюм, в котором и дыхание и охлаждение будут осуществляться одним веществом.
Разумеется, это мог быть только кислород – ничто другое для дыхания не годится. Но какой? Я подумал о перекиси. Однако перекись разлагается с выделением тепла, тепла же и так больше чем достаточно. Газообразный кислород? Нет. Даже сильно охлаждённый, он сможет поглотить очень мало тепла. К тому же тяжелые и громоздкие баллоны… Значит…
Я наклонился к Гене (разговор происходил в библиотеке) и сказал тихо:
– Жидкий кислород.
Он пожал плечами, словно это само собой разумелось.
– Ясно.
Мы вышли в коридор, и тут обнаружилось, что это вовсе не само собой. Напротив, весьма сомнительно. Жидкий кислород был чем-то экзотическим, вроде тысячелетнего баобаба или дикой собаки динго.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28