А кто летает?

      Итак, а давайте предположим, что у нас есть некий супер-пупер-конструктор, который позволяет создать прям любое-любое живое существо (в комментариях уже многажды поминали Шумила и его драконов — вот, как раз такой конструктор, чтобы далеко не ходить, только без всякой магии вроде антигравитации).       И мы хотим сделать нечто летающее своими силами без всякой магии массой примерно с человека (50-100 кг), с разумом примерно как у человека (хотя бы в плане вычислительной мощи) и с возможностями как у человека (в смысле наличия рук).              Важный момент: у нас на Земле лучше всех летают пернатые птицы, всякие перелётные гуси, забирающиеся выше орлов, те самые орлы, способные парить с весьма выдающимся аэродинамическим качеством и так далее. Рукокрылые (с перепонками) заметно мельче и летают заметно хуже. Однако, птеродактили летали именно на перепонках, при этом массу имели, по некоторым оценкам, до четверти тонны, и, похоже, летать могли не только спрыгивая и планируя, но и вполне с набором высоты. Очень хотелось бы на это посмотреть, но вымерли, сволочи! В любом случае, ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ разницы между перьями и перепонками для НАШЕГО рассмотрения нет, хотя на человеческую массу (50-100 кг) пернатого летуна сделать сложнее, чем перепончатого — очень большие нагрузки, перья будут выворачиваться/выламываться из “креплений”, но если сделать, то летать он будет несколько лучше, чем с перепонками.       Примечание: при человеческих габаритах (рост 150-200 см, объём тела примерно 55-120 литров) масса летуна будет несколько меньше человека, но не принципиально (“облегчённые” птичьи кости на самом деле просто очень большие, чтобы выдерживать большие нагрузки).              Неочевидный, но вполне правдоподобный первый вариант: перенести крылья в ноги. Все привыкли, что у нас, на старушке-Земле, у всех летающих крылья — это ПЕРЕДНЯЯ пара конечностей. Ну, это имеет смысл со многих точек зрения, однако, ЕДИНСТВЕННЫМ работоспособным вариантом не является вот совсем.       Вспоминаем аэродинамику: есть такая авиационная схема “утка”, когда создающие основную подъёмную силу крылья смещены назад, а рули высоты вынесены вперёд. Плюсы схемы — выше подъёмная сила (в классике рули высоты нормально “давят” на хвост вниз, общую подъёмную силу уменьшая, в “утке” — наоборот) и выше манёвренность (в классике, если мы хотим набрать высоту, то сначала рули “продавливают” хвост вниз, опуская ВЕСЬ самолёт, и лишь потом тот начинает карабкаться вверх, “утка” же сразу его уводит в нужную сторону от исходной траектории). Минусы, разумеется, есть тоже, в части управления, устойчивости и всяких штопоров, иначе бы все только эту схему и использовали. Впрочем, если вспомнить Конкорд и Ту-144, то им обоим в некоторый момент “усы” спереди добавили. Если же посмотреть на современные истребители семейства Су-27 (и Су-57), то там для максимизации манёвренности и управляемости рулевые поверхности и сзади, и спереди.       ГЛАВНЫЙ минус “утки” — сложность управления. Для живого существа, внезапно, абсолютно не имеет значения: оно приспособится. Природа — она такая, она ВСЕГДА приспосабливается.       Что у нас получается в результате? Ну, что-то странненькое и страшненькое, но с примерно человеческой массой вполне зайдут и более-менее человеческие мозги (а если за основу взять птичьи — то даже с запасом), а разгруженные от основной тяжести полёта передние конечности вполне смогут сохранить пальцы и заменить руки. :-)       Голова на подвижной шее, ибо в полёте существу надо смотреть вперёд, то есть, вдоль оси позвоночника, а вот на земле… а фиг его знает, что будет на земле! Тут надо на крылья-ноги смотреть, ниже.       Руки — в смысле, передняя/верхняя пара конечностей. По условию — имеет пальцы, из требований аэродинамики — является рулевой поверхностью, по построению — сильно меньше и слабее ног.       Ноги, они же “главные” крылья. Главная (и очевидная) проблема — это взлёт и посадка, которые и так-то самые опасные этапы любого полёта. В случае взлёта надо как-то разбежаться, подпрыгнуть повыше, разложить те самые ноги, которыми только что бежали, в крылья, и вот-прям-сразу-немедленно начать этими крыльями лететь. Сложновато, но всё равно возможно. Посадка — всё то же самое, только наоборот: снизиться, погасить скорость, быстро-быстро сложить крылья обратно в ноги (раньше, чем упадём на землю), приземлиться на них и немножко пробежаться, чтобы погасить скорость окончательно. Ну или не бегать, если сразу вышли примерно в ноль, как это живые летуны и делают обычно. В общем, не сказать, чтобы проще, чем взлёт, но тоже возможно. Зато существо ходит теми же конечностями, которыми летает, а руки получаются весьма лёгкие и их проще приспособить ко всяким тонким манипуляциям. Ходить ЭТО может как по-человечески, вертикально (и тогда нужна уже упоминавшаяся гибкая шея), а может и по-птичьи, с почти горизонтальной спиной, благо, развесовка позволяет (могучие летательные мышцы работают противовесом).       Результат? Ну… Повторюсь, выглядеть ЭТО будет довольно странно. Сравнительно небольшой торс с могучей, простите, жопищей, из которой растут ОЧЕНЬ странные ноги… Для бега/взлёта/посадки нам нужны колени и, желательно, ступни — то есть, сравнительно короткие бедро и голень плюс палец или даже два, которыми опираться на землю при ходьбе, поближе к голеностопному суставу, и собственно ступня с остальными пальцами, трансформировавшаяся в две трети длины крыла в разложенном виде. Возможно, с каким-то механизмом складывания, чтобы ходить было удобнее. Руки — аналогично, плечо, предплечье, несколько пальцев для тонких манипуляций прямо возле запястного сустава, и остальные пальцы или формирующие переднее крыло (пернатые, хватит одного мизинца) или растягивающие переднюю перепонку (нужно несколько пальцев). При полёте ноги выдвигаются сильно вперёд (видели ван Дамма в шпагате? вот ещё круче!), дабы обеспечить нормальную центровку, а дальше — по заветам майского жука: ногами машем с одной частотой, руками — вдвое чаще… или втрое… в общем, как получится.       Ах да, с точки зрения полёта и равновесия может пригодиться хвост, но можно обойтись и без него. :-)       В общем, окружающие смотрят и плачут, смотрят и плачут…              Второй правдоподобный вариант: тандемный биплан. ВЕСЬМА редкая схема, но в узких кругах популярная (см. “Летающие лестницы”, “Flying ladders”, https://en.wikipedia.org/wiki/APEV). Идея в том, что ОБЕ пары крыльев, и передняя, и задняя, создают подъёмную силу — примерно поровну, и обе же участвуют в управлении (отчасти перекликается с теми самыми упомянутыми выше истребителями), и вообще практически одинаковые.       Дальше — очевидно: берём ноги из предыдущего примера и делаем нечто четвероногое-четверокрылое, при этом с возможностью передними ногами, то есть, руками, выполнять и какие-то более сложные манипуляции, нежели просто бегать.       В плюсах: баланс нагрузок и развесовки, посадка на четыре конечности (меньше риск травмы). В минусах — весьма сложно одновременно и передвигаться, и что-то делать руками, даже на земле.              Несколько менее очевидный ТРЕТИЙ вариант: дракон. В том смысле, что у классических драконов ШЕСТЬ конечностей (точнее, есть МНОГО разных ПРИДУМАННЫХ драконов, настоящих никто не видел, но вариант с четырьмя лапами и двумя крыльями вполне известный).       Внимательно смотрим на всяких альбатросов. У них есть интересная фишка: в разложенном для парения виде крыло удерживается без особых мышечных усилий. Насколько понимаю, у других парителей схема близкая. Правда, для взлёта и маневрирования этим крылом всё равно приходится по-всякому шевелить, так что мышцы там ого-го, как и положено птицам.       Однако, если скрестить ужа и ежа, в смысле, к любому из двух предыдущих вариантов (особенно второму) добавить в середину торса ТРЕТЬЮ пару конечностей — вот эти вот самые “удерживающиеся без мышечных усилий” крылья ДОСТАТОЧНО большого размера (и достаточно компактно складывающиеся, чтобы не мешать на земле) — получится, внезапно, наиболее правдоподобный на мой взгляд вариант.       Судите сами: подъёмная сила создаётся неподвижными крыльями (как у самолёта), которые в силу неподвижности не требуют большой мышечной массы, только необходимый для складывания/раскладывания минимум — это экономит нам львиную часть мышечной массы по сравнению с птицами. Горизонтальная тяга, без которой неподвижное крыло бесполезно чуть более, чем полностью, создаётся двумя другими парами конечностей. Поскольку этим четырём конечностям НЕ НУЖНО создавать подъёмную силу — они могут быть существенно меньшего размера (относительно существа целиком). То есть, опять-таки, заметная экономия на мышечной массе (и костной, между прочим, тоже).       Да, это тот самый вышеупомянутый сверхманёвренный истребитель. Конвергенция, ага. :-)       Очевидные плюсы: существенное (я бы даже сказал радикальное) снижение требований к мышечной массе. Основная нагрузка при полёте ложится на среднее крыло, которое эту нагрузку воспринимает статически, без мышц. Всё, что от этого центрального крыла требуется — это уметь складываться и раскладываться, чтобы в разложенном виде быть достаточно большим и прочным для полёта, а в сложенном — достаточно компактным, чтобы не мешать. И то, и другое живые существа умеют отлично.       Как я уже упоминал, по реконструкциям можно предположить, что крупнейшие птерозавры имели массу до четверти тонны при размахе крыльев до одиннадцати метров. Здравый смысл нам подсказывает, что такое крыло будет иметь площадь не меньше 10-15 квадратных метров, при активном задействовании ног — и 20 квадратов, то есть, нагрузка на крыло (один из важнейших параметров для больших живых летунов) — от 12.5 кг/м2 до 25 кг/м2. Нижняя граница хорошо коррелирует с современными птицами, верхняя — с самыми тихоходными из современных сверхлёгких самолётов (которые, на минуточку, иногда вместе с пилотом весят меньше той самой четверти тонны). Таким образом, НЕПОДВИЖНОЕ крыло сопоставимой площади — абсолютно возможно.       Как вариант (перепонка) — нечто многосуставчатое с поперечными пальцами из каждого сустава, для складывания “сматывающееся в трубочку”, при этом аэродинамический профиль в разложенном виде удерживается упорами в суставах (которые для складывания гнутся строго “внутрь”) и страхуются сухожилиями (с небольшими мышцами для складывания и мелкой редкой коррекции в полёте). В случае пернатого — надо делать или несколько пар конечностей, или придумывать сверхбольшие сверхпрочные перья, которые держат нормальную нагрузку при большой длине и как-то по-хитрому их крепить. Проблема с перьями в том, что полметра — это примерно потолок, который мы видим в реальности, более широкое крыло с перьями сделать сложно. К слову, дополнительный аргумент в пользу перепонок у тех самых птерозавров.       Четыре “моторизированных” конечности, которым НЕ надо создавать подъёмную силу для всей туши, можно сделать гораздо более сложными и функционально гибкими. Начиная от пальцев (сразу вспоминаются те самые драконы Шумила, у которых передние лапы работали ажно в трёх режимах) и заканчивая вообще чем угодно.       Отдельно стоит упомянуть “самолёт Болдырева” — весьма интересную разработку, где в качестве движителя использовался не обычный пропеллер, а колеблющийся предкрылок, обдувающий верхнюю поверхность крыла. Если передняя пара крыльев будет работать по примерно такому принципу — решится (как минимум — радикально упростится), в том числе, и проблема взлёта: колеблющийся предкрылок в экстремальных конфигурациях позволяет взлетать вертикально (а живые существа, внезапно, как раз очень хорошо умеют в форсаж “когда очень надо”).              Однако, мышцами и крыльями всё не ограничивается (внезапно). Есть такие интересные жуки-бомбардиры, которые умеют довольно далеко плеваться кипятком. Они вырабатывают перекись водорода и разные органические ферменты, смешивают их в специальной камере — и вуаля, кипяток под давлением! Небольшая доработка — и мы получаем реактивный двигатель! Работать, правда, он сможет буквально несколько секунд (а то и доли секунды — с перегревом бороться довольно сложно) и требовать много времени на перезарядку (минуты, а то и часы — производство в организме достаточно энергоёмкого топлива будет весьма энергозатратным), однако “это уже второй вопрос, профессор!”       В зависимости от деталей (я, к сожалению, совершенно недостаточно знаю биохимию и не возьмусь даже приблизительно оценить эту схему), мы можем получить от “реактивного планера” (парит на термиках и изредка выдаёт коротюсенький импульс для набора высоты, если термиков поблизости нет) до “реактивного самолёта” сверхмалой дальности (летит минуту-две-три на скорости порядка 100 км/ч, потом несколько часов перезаряжается). Для планера крылья нужны с оптимизацией под максимальное аэродинамическое качество (или минимальную скорость снижения — это РАЗНЫЕ режимы), для “реактивного самолёта” — просто небольшие крылышки, чтобы обеспечить подходящий баланс лобового сопротивления и летучести. В случае “самолёта” ОЧЕНЬ сложным будет вопрос с приземлением: скорости слишком высокие. Либо садиться на воду, либо изобретать биологические колёса. С другой стороны, для взлёта ему тоже нужна приличная скорость, и лучше бы её набрать ногами, а не двигателем, хотя бы часть — ибо ногами СИЛЬНО дешевле (с точки зрения энергозатрат). Если кому интересно — можно посмотреть на вингсьюты, при площади порядка пары квадратных метров они вполне летают… со скоростью порядка тех самых 100 км/ч. Садятся — строго на парашютах, хотя, конечно, ЖИВОЙ сможет (в большинстве случаев) выйти на глиссаду с кабрированием и гашением скорости в ноль на высоте метра над землёй… естественный отбор поможет… 0_о       Главная проблема такого реактивного двигателя — очень высокие энергозатраты: нужно произвести достаточно много достаточно эффективного топлива. Учитывая, что КПД обоих процессов будет далёк от 100% — “реактивному летуну” калорий понадобится как бы не на порядок больше, чем человеку сопоставимой массы. Жрать в десять раз больше — не вариант: кишечник не резиновый, то есть, нужен ещё и специальный биом, в котором есть достаточно питательная еда и нет на неё конкурентов. В принципе, развитая цивилизация вроде нашей уже вполне способна создать еду на порядок калорийнее “натуральной”, а скоро, вероятно, сможет и создавать всяких странных монстров…              Разумеется, сделать большого летуна можно и другими способами, тех же самых птерозавров воскресить, например. :-)       Здесь я изложил лишь те варианты, которые по тем или иным причинам наиболее зацепили моё воображение.