Леонардо да Винчи. Настоящая история гения Алферова Марианна

Кое-что о теории и о Мастере

В этой последней части нашей книги мы не только расскажем об открытиях Леонардо, но и попробуем проследить, как воплотились в конце концов те идеи, которые так интересовали Мастера на протяжении всей жизни. К сожалению, лишь немногие изобретения Леонардо нашли воплощение в его время.

Уникальность да Винчи состоит в том, что он был одновременно художником и скульптором, ученым и инженером. Нет второго такого человека, одаренного столь разносторонне. Он зарисовывал явления природы, как будто их описывал. Зачастую он не формулирует законы – он их изображает. Кто еще кроме Леонардо смог бы так художественно изобразить зубчатые колеса и сборочный чертеж!

И если его заслуг как художника никто не пытается оспорить (ну или почти никто) и оценки искусствоведов относительно его вклада в развитие живописи в большинстве своем сходятся, то совсем иначе обстоит с оценкой роли Леонардо-ученого и Леонардо-изобретателя. Тут порой слышны мнения совершенно противоположные.

Реконструкция механического льва, созданного Леонардо да Винчи по заказу папы Льва X для французского короля Франциска I

Одни заявляют, что он изобрел все на свете, другие – будто он вообще ничего не изобретал, а, будучи человеком чрезвычайно любопытным, просто ходил и зарисовывал чужие механизмы, и теперь все считают, что это механизмы Леонардо. Да, в его записных книжках немало зарисовок уже известных машин – причем зачастую известных очень давно. Например – измеритель пути. Или катапульта. Или осадная башня для крепостных стен. Но Леонардо не просто зарисовывает подобные машины, он пытается их усовершенствовать, добавить что-то новое. И, раздумывая над усовершенствованием уже работающих машин, постоянно ищет новое. Он изобрел и сконструировал множество машин и механизмов, которые порой на столетия опережали его эпоху – подсмотреть их было просто не у кого.

Он первым от делил механизмы от машин – показав, что механизмы лишь составная часть последних. В основу усовершенствования машин он положил законы механики, предвосхитив тем самым появление такой дисциплины, как «теория машин и механизмов»[46].

Но эта наука появилась только к середине XVIII века, а реальное развитие получила с началом промышленной революции в XIX веке. Леонардо же в своих записях изучает отдельные базовые механизмы – колесо, червяк, пружину… Он написал «Трактат об элементах машин». К сожалению, эта часть его рукописей потеряна.

В тех бумагах, что сохранились до нашего времени, содержится порядка пятнадцати тысяч зарисовок различных машин и механизмов. Разумеется, в этой книге будут представлены далеко не все гениальные идеи Мастера. Леонардо оставил нам множество загадок на страницах своих записных книжек. Во-первых, нет никаких указаний, что именно Мастер заимствовал, а что придумал сам. Поэтому каждый раз ученым при анализе его записей приходится решать, какой же элемент новизны он внес в ту или иную машину или в тот или иной механизм. Во-вторых, многие его проекты дошли в виде быстрых на бросков, и реконструкторы вынуждены домысливать, как же должна была действовать та или иная модель. К тому же зачастую схемы не содержат никаких подсказок. Так, например, понадобилась работа целого коллектива, чтобы «разгадать» и построить модель «автомобиля» Леонардо, который на самом-то деле не является автомобилем. Есть десятки, сотни людей, буквально «заболевших» механизмами Леонардо. Они строят машины по его чертежам, раз за разом пытаются отправить в полет очередной орнитоптер. В Винчи, Риме и Милане есть музеи изобретений Леонардо, выставки с его работами путешествуют по миру … И, когда кажется, что все загадки вроде бы решены, Леонардо, улыбнувшись загадочной улыбкой, непременно подкинет какую-нибудь новую…

Иногда представляется, что Мастер изобрел практически все значимые машины нашего времени. Все, кроме велосипеда. Посему какой-то неизвестный хранитель рукописей, быть может раздосадованный подобным упущением, нарисовал на обратной стороне одного из листов Атлантического кодекса Леонардо велосипед. Рисунок этот обнаружили во время реставрационных работ в 1974 году.

Это явная подделка: рисунок сделан графитным карандашом, который был изобретен уже после смерти Мастера. К тому же изображена почти точная копия современного велосипеда, что, сами понимаете, несколько странно. Да и выполнен он не в манере Леонардо – не его рука.

Но кто знает – быть может, настоящий велосипед Мастера остался где-то в уничтоженных рукописях: ведь до нас дошло меньше половины его архива.

Во всяком случае, цепную передачу Леонардо изобрел…

Почему нам так интересен Леонардо-изобретатель? Да потому, что все его инженерные изобретения в принципе несложно понять (если, конечно, у вас есть хороший качественный рисунок с реконструкцией). К примеру, как работает система блоков, знает каждый школьник. С одной стороны, мы поражаемся сложности устройств, с другой – конструкторские решения Леонардо базируются на знаниях современной средней школы. Мы знаем, что Леонардо гений, но легко разгадываем тайны его машин (после небольших подсказок, но что с того?). Та к что получается, мы беседуем с гением на равных, на одном языке.

Леонардо да Винчи. Страница из рукописи Леонардо с изображением различных машин

Кое-что о механизмах, которые использовал Мастер

В зарисовках Леонардо часто встречаются зубчатые передачи – но большинство из них не похожи на современные. Обычно это колесо с торчащими по окружности колками (пальцами), оно соединяется с колесом в виде двух дисков, между которыми закреплены по окружности цилиндрические стержни. Эти стержни называются цевками, а такая передача – цевочной. Эти передачи передают небольшие усилия. Применяются они и сейчас. Такое колесо с цевками похоже на круглую решетчатую клетку. Цевочная передача может передавать движение как между параллельными валами, так и между расположенными перпендикулярно. В машинах Леонардо цевочная передача зачастую заменяла современную коническую. Сохранился рисунок Леонардо, где он изобразил зацепление зубьев двух зубчатых колес. В чем сложность создания зубчатого колеса? В работе должна быть всегда только одна пара зубьев, при входе и выходе колес из зацепления их не должно клинить, необходимо точно выдерживать шаг между зубьями. Первые зубчатые передачи делались треугольными со скругленными краями. Зубья на передаче нарезались вручную по шаблонам, каждый мастер эмпирическим методом находил оптимальную форму зубьев колеса (как это делал Леонардо на своем рисунке). И только Леонард Эйлер в XVIII веке разработал эвольвентный профиль передач[47].

Леонардо использовал также червячную передачу – например, для изменения угла поворота бомбарды. Опять же его колесо в червячной передаче деревянное с колками-пальцами.

Леонардо да Винчи. Рисунок зубчатой передачи. Обратите внимание на форму зубьев в зацеплении. По форме они отличаются от современных

Леонардо да Винчи. Установка для проведения испытаний махового крыла

Лист рукописи Леонардо. Рисунки машин и механизмов

Цепная передача. Manuscript-de-madrid

Современный вид червячной передачи

Валы червячной передачи перекрещиваются. Червяк – винт со специальной резьбой. У червячной передачи большое передаточное число, и к тому же передача обладает свойством самоторможения (то есть не работает в обратную сторону от колеса к червяку).

Леонардо использует ручной привод, поэтому в его механизмах нужны большие передаточные числа для получения большого усилия. Однако, выигрывая в силе, такие механизмы тут же проигрывают в расстоянии, а значит, и в скорости перемещения.

Также да Винчи использовал винтовую передачу для перемещения каретки (в машине по насечке напильников, например), анкерный механизм – также в машине по насечке напильников и в других машинах. В его рисунках встречается чертеж цепной передачи (не применявшейся прежде).

Одной из проблем для механиков эпохи Ренессанса было осуществление передачи движения с одного уровня на другой. Сейчас для этого разработаны стандартные схемы при конструировании машин. А тогда подобная проблема могла озадачить инженера. Однако Леонардо легко справлялся с этим. В его конструкциях зачастую движение передается валами, на которых сидят зубчатые колеса или колеса цевочных передач, по нескольку раз.

Летательные аппараты. Грезы о полете. Орнитоптеры и самолет

Идея создать машину, которая поможет человеку подняться в воздух, буквально преследовала Леонардо всю жизнь. Много часов он наблюдал за полетом птиц, изучал их анатомию. Как механик Мастер пытался придумать механизм, которым человек должен был управлять с помощью рук и ног, приводя в движения машущие крылья. Большинство летательных механизмов Мастера – орнитоптеры, то есть машины, которые помог ли бы человеку уподобиться птице. Предполагалось, что человек поднимется в воздух, взмахивая крыльями, как большой орел.

Леонардо да Винчи. Рисунок вертикального орнитоптера. Перо, чернила. Здесь человек сидит в машине и приводит в движение педали. Механизм помещался внутри кожуха в форме шара. Это скорее фантазии на тему полета, нежели реальный чертеж машины

Леонардо построил испытательный стенд с крылом, пытаясь выяснить, как же поднять человека в воздух. Воссозданные по чертежам Леонардо модели орнитоптеров не могут летать – но они в малейших деталях воспроизводят движения птичьих крыльев.

Механизмы, в которых человек приводит крылья движениями рук и ног, можно встретить в записях Леонардо в различных вариантах. Иногда это одна пара крыльев, иногда две. Один из проектов – рисунок летательного аппарата, в котором человек должен был лежать, продев ноги в устройства, напоминающие стремена, – одна нога поднимает крыло, другая опускает. Проще сказать: человек лежа крутит педали, а привод с помощью тросов и рычагов заставляет двигаться крылья. Это похоже на воздушный корабль, сев на который, человек станет грести по воздуху, как по воде.

У да Винчи есть еще один вариант орнитоптера – когда две пары крыльев приводятся в движение как руками, так и ногами. При этом человек поднимает крылья руками с помощью барабана, а опускает ногами. Человек опять же находится в аппарате лежа. Но Леонардо довольно скоро понял, что человеку попросту не хватит силы мышц, чтобы привести в движение крылья со скоростью, достаточной, чтобы поднять его в воздух. В самом деле, парадокс заключается в том, что довольно простые расчеты показывают: размахивать такими крыльями может только тяжеловес, но при этом его усилий хватит лишь на то, чтобы поднять в воздух щуплого парнишку. То есть, если бы один человек мог махать за другого, то человек давно бы летал, как птица. Но физику не обманешь, в отличие от учителя физики, когда ученик выдает списанное решение за свое.

Придя к столь неутешительным выводам (имеется в виду – нехватка мускульной силы), Мастер стал искать механизмы, способные помочь в этом человеку. На одном из рисунков появился механизм, в котором используются пружины. Сама схема, придуманная Леонардо, с точки зрения механики, была оригинальной, но опять же не имела практического воплощения.

В конце концов Леонардо отказался от идеи машущего крыла и стал думать о крыле планирующем. На одной странице с его записями изображен планирующий лист и рядом – изображение неподвижного крыла. Так в его фантазиях явился механизм, напоминающий современный дельтаплан. Для того чтобы управлять планером, использовался механизм балансировки и подвижное крыло. Сохранился рисунок, на котором человек расположен в подвеске, чем-то напоминающей нынешнюю подвеску дельтаплана. Правда, пилот изображен вертикально. Мастер исследовал равновесие планера – тот должен быть построен из бамбука и с оттяжками из сырого шелка или из кожи. Человек располагался намного ниже этой плоскости, что позволяло уравновесить конструкцию.

Реконструкция орнитоптера Леонардо, получившего наименование «Большая птица». Википедия. В данной конструкции Леонардо тщательно сымитировал движения птичьих крыльев

Уже в наше время в Великобритании из материалов времен Леонардо построили «дельтаплан» по его чертежам, и аппарат с успехом прошел испытания на меловых утесах Англии.

Без сомнения, Леонардо ставил перед собой задачу, которую невозможно было решить, имея в распоряжении технологии XV века. Разрабатывая конструкции своих летательных аппаратов, да Винчи рассчитывал только на силу человека, пытаясь максимально использовать мышцы пилота, заставляя его работать руками, ногами, и даже – головой. Не в смысле соображать, а в прямом – использовать голову как часть привода. Но, как бы ни старался Леонардо, в его время полет был невозможен – в распоряжении великого Мастера не было двигателя и необходимых легких материалов, чтобы создать летательный аппарат. Свои модели Леонардо предполагал строить из дерева и ткани. Хотя планер, пожалуй, создать было возможно.

Первые полеты человек совершил на воздушных шарах спустя три века после Леонардо. В 1783 году поднялся в воздух сначала воздушный шар братьев Монгольфье, наполненный нагретым воздухом, а затем, в том же году, – наполненный водородом аэростат Жака Александра Сезара Шарля. И хотя можно было кое-как управлять воздушным шаром (например, использовать мешки с балластом и якорь), все равно это был полет по воле воздушных течений – шар летел туда, куда гнал его ветер, а не туда, куда планировал направить его человек. Скорее, это могло стать развлечением, упоением полетом как таковым, нежели имело практическое значение.

Только в 1852 году был создан аппарат, которым можно было управлять, – так появился дирижабль, летательный аппарат сигарообразной формы, с винтом, который приводила в движение паровая машина.

В 80-х годах XIX века начинается «битва за небо». Ученые, соревнуясь друг с другом, сооружают летательные аппараты один чуднее другого. Параллельно начинается разработка теории. Именно в это время появляются пригодные для полетов планеры[48].

Как вы понимаете, сам по себе планер отправиться в полет не может – его надо разогнать с помощью лебедки или столкнуть с наветренной стороны горы. Первый планер современного типа, поднявший человека в воздух, сконструировал английский ученый и изобретатель Джордж Кейли в 1853 году.

В 1882 году Александр Можайский создал и испытал моноплан с двумя паровыми машинами. Смогла ли эта конструкция оторваться от земли, так точно и неизвестно. Испытания в итоге закончились катастрофой. А для продолжения исследований денег, к сожалению, не нашлось.

Первые авиационные моторы – это громоздкие и тяжелые паровые машины. Проект первого аэроплана с мотором такого типа принадлежит немцу Фридриху Маттису. В центре ромбовидного крыла самолета Маттис предполагал разместить тяжелый двигатель. Его конструкция так и осталась на бумаге и вскоре была забыта. Более продуманно подошел к своему делу ученый из Великобритании Уильям Хенсон. Этот аппарат имел паровой двигатель мощностью около 30 лошадиных сил, двигатель приводил в действие воздушные винты диаметром чуть более трех метров. Для того чтобы уменьшить вес машины, англичанин предложил заменить обычный котел системой сосудов конической формы и использовать воздушный конденсатор. В 1844–1847 годах Хенсон произвел несколько испытаний своих аэропланов. Но и они все закончились неудачно. Слава создателя первого самолета, оторвавшегося от земли, принадлежит британцу Джону Стрингфеллоу. Однако такая машина по-прежнему не могла реально покорить небо. На исходе XIX века созданием аэропланов с паровыми двигателями увлекся «пушечный король» Хайрем Максим. Он решил не тратить время на опыты и сразу же приступил к строительству самолета. Его аппарат был снабжен паровой машиной мощностью уже в 360 лошадиных сил, а размерами его «чудище» походило на двухэтажный дом. Самолет весил три с половинной тонны! В итоге эта громадина, на мгновение оторвавшись от земли, тут же рухнула и превратилась в обломки. Таких охотников взлететь, не тратя время на инженерные изыскания, нашлось немало. Французский инженер Клеман Адер решил взять количеством и построил сразу несколько аэропланов, которые в итоге не мог ли летать. Когда лучший из его выводка, «Авион-три», разбился в присутствии государственной комиссии, горе-инженер сжег все свои чертежи аэропланов и переключился на автомобили. В итоге к концу XIX столетия изобретатели и конструкторы поняли, что из-за своих размеров и массы паровые двигатели невозможно применить в самолетостроении. Хотя об этом догадывались и раньше, пытаясь приспособить на аэроплан электрический мотор.

Первыми летательными аппаратами, которые стали выполнять регулярные рейсы, были дирижабли.

Однако в начале XX века у дирижаблей появился новый конкурент. После того как создали легкий и надежный двигатель внутреннего сгорания, многие конструкторы вновь занялись проектированием аппаратов тяжелее воздуха. Результат не заставил себя долго ждать: 17 декабря 1903 года поднялся в небо самолет братьев Райт. Он был снабжен бензиновым двигателем с двумя цилиндрами, расположенными горизонтально.

Для того чтобы самолет не только оторвался от земли, но и полетел, необходимо было решить две важнейшие проблемы – создать двигатель, способный поднять в воздух конструкцию тяжелее воздуха, и найти способ управлять аппаратом в воздухе. Братья Райт создали необходимый двигатель и решили вопрос управления с помощью «перекоса крыла». Этот принцип использовался недолго, вскоре были изобретены элероны. Но самолеты не сразу безраздельно покорили небо. Еще долго продолжалось соревнование, кто же будет царить в небе – дирижабль или самолет.

Дирижабль – летательный аппарат легче воздуха, он «плавает» в атмосфере за счет выталкивающей силы, так что газ в оболочке должен быть легким, по плотности меньше плотности атмосферы. Обычно оболочка дирижабля наполняется водородом или гелием. Однако водород легко воспламеняется. Гелий – инертный газ и потому безопасен, но это редкий и дорогой газ, в начале XX века его запасами располагали, в основном, Соединенные Штаты Америки, так что Европе приходилось довольствоваться водородом. Приходилось очень тщательно соблюдать технику пожарной безопасности: при посадке на дирижабль пассажиры сдавали спички и зажигалки.

Путешествие в дирижабле в начале XX века по комфортабельности значительно превосходило даже нынешние самолеты, не говоря о первых конструкциях в стиле братьев Райт. На пассажирском дирижабле имелись ресторан с кухней и салон для отдыха. Знаменитый цеппелин[49] «Гинденбург» был оборудован небольшим, специально изготовленным для дирижабля облегченным роялем.

И хотя дирижабли долгое время успешно конкурировали с самолетами, поскольку в то время могли переносить куда большие грузы, нежели самолеты, все равно аппараты тяжелее воздуха выиграли битву за воздух.

Считается, что эпоха дирижаблей закончилась, когда при посадке в Лейкхерсте (США) сгорел немецкий пассажирский дирижабль «Гинденбург». Вечером 3 мая 1937 года «Гинденбург» вылетел из Германии и взял курс на запад. Он пересек Атлантический океан, и уже 6 мая его пассажиры увидели Манхэттен. Желая угодить пассажирам, а заодно похвастаться цеппелином перед американцами, капитан сделал круг над городом. После этого дирижабль направился в сторону базы Лейкхерст. Посадку осложнило приближение грозового фронта. Во время посадки произошло возгорание, за 15 секунд огонь распространился по дирижаблю, и произошел взрыв, еще через 15 секунд «Гинденбург» рухнул на землю рядом со швартовочной мачтой. При крушении погибли 36 человек. Независимо от того, что послужило причиной возгорания, катастрофа «Гинденбурга» привела к прекращению строительства пассажирских дирижаблей. Отныне небо всецело принадлежало самолетам. Дирижабли на гелии использовались только для разведки во время войны.

За время между Мировыми войнами в технологии самолетостроения произошел огромный прогресс. Первые самолеты строились из древесины и ткани, но теперь конструкторы перешли к почти полностью алюминиевому фюзеляжу. Все знают, что алюминий – очень мягкий материал, алюминиевую ложку или вилку можно согнуть руками без особых усилий, и для корпуса самолета чистый алюминий не подходит. Но немецкие инженеры придумали сплав алюминия с медью и марганцем, такой сплав после термической обработки приобретает свойства, необходимые для авиастроения. Это – дюралюминий (дюраль в просторечии), по названию города Дюрен, где было налажено его производство. Из этого сплава в 1917 году немецкая фирма «Юнкерс» построила цельнометаллический моноплан.

Развитие двигателей для самолетов также шло быстрыми темпами. Движущей силой в развитии самолетостроения не последнюю роль играли многочисленные призы за рекорды скорости и дальности.

Итак, мы видим, что для решения тех проблем, над которыми бился Леонардо, понадобились годы непрерывного труда ученых и инженеров, создание новых теорий, новых конструкций, новых двигателей и новых материалов. Ничего этого не было в распоряжении Мастера в XV веке. Промышленная революция дала все это, а также – преемственность знаний, когда один исследователь или конструктор может продолжить работу там, где ее закончил другой.

Однако Леонардо оставил нам то, что, быть может, не менее важно, чем достижение всех промышленных революций, – веру в безграничные возможности человека.

А может ли летать мускулолет?

Итак, в веке двадцатом самолеты покорили небо. Но люди по-прежнему задавались вопросом: а способен ли человек взлететь только при помощи силы мускулов? Может ли в принципе полететь мускулолет?

Оказывается, да, может. И уже существует, и летает. На вид – это очень легкий самолет с большими крыльями и изящной кабиной. Движитель – педальный механизм, как и предлагал Леонардо. То есть можно сказать, что перед нами некое сочетание велосипеда и планера. Однако человек сам по себе существо слабое. Максимальная мощность, которую могут развить самые тренированные и сильные люди – и то очень ненадолго, – 1 лошадиная сила, или 735,5 Вт. А в течение продолжительного времени мощность, которую может выдать человек, в среднем будет около 0,3 лошадиной силы. В этом отношении человеку с двигателем внутреннего сгорания не тягаться.

Мускулолет создали сравнительно недавно – просто потому, что не было достаточно легких и одновременно прочных материалов, чтобы поднять в воздух конструкцию, которую смог бы приводить в действие человек. Лишь когда появились такие материалы, как карбон, кевлар и углеволоконные трубки, полеты на мускулолетах стали возможны. Обычно сам аппарат весит не более 30 килограммов. Однако конструкция обладает одним серьезным недостатком – она слишком хрупка, легко ломается – особенно при взлете и посадке. Сами посудите: аппарат имеет размах крыльев 35 метров, площадь крыла около 40 квадратный метров, машина снабжена винтом в два метра диаметром, на земле она неуклюжа, и требуется завидное мастерство, чтобы поднять ее в воздух или посадить. При взлете, чтобы крылья не повредились и не касались земли, их приходится поддерживать с двух сторон. Зато, если мускулолет поднялся в воздух, человек ощущает себя настоящей птицей, потому что летит в этом аппарате сам, за счет своей силы, вращая педали. Через цепную передачу вращательное усилие передается на винт. При попутном ветре такой мускулолет может мчаться со скоростью 90 километров час. В июне 1979 года мускулолет «Паутиновый альбатрос» (вся конструкция для придания жесткости была окутана прочным тросом) совершил перелет через пролив Ла-Манш, дальностью 37 километров. В 1987 году американец Глен Треммл на аппарате «Сияющий орел» пролетел по замкнутому кругу 58 километров 660 метров. Год спустя был установлен новый рекорд дальности полета на аппарате под названием «Дедал-88». Этот мускулолет создали в Массачусетском технологическом институте, а пилотом стал грек Канеллос Канеллопулос. Протяженность перелета по маршруту Дедала с острова Крит на материк оказалась немногим более 115 километров. Полет длился почти четыре часа.

Современный вид мускулолета. Мускулолет «Дедал»

Сейчас полеты на мускулолетах – экзотический вид спорта. Поднять в воздух и пролететь небольшое расстояние может практически любой человек, находящийся в хорошей физической форме, но машина дорога и непрактична. По сравнению с легким и удобным дельтапланом мускулолет явно проигрывает. Однако создатели этой конструкции все же доказали: человек может подняться в воздух только за счет своих собственных сил.

Жаль, что Леонардо не довелось увидеть, как подобная большая птица начинает свой полет.

Что касается орнитоптеров, то есть машин, машущих крыльями, то попытки их построить продолжаются до сих пор. Наибольшую известность получили два проекта. Американский конструктор Пол Маккриди, известный тем, что сконструировал мускулолет, перелетевший в 1979 году Ла-Манш, построил в 1986-м модель птерозавра (то есть крылатого ящера). Запускалась она с помощью катапульты, затем планировала, включались машущие крылья, но так, чтобы их медленные движения не мешали планировать. Это была лишь внешняя имитация машущего полета. Второй проект разрабатывался американо-канадской группой, возглавляемой профессором Торонтского университета Джеймсом Делоуриером. В сентябре 1991 года они продемонстрировали полет радиоуправляемой модели весом 3,36 кг. Затем в 2010 году их орнитоптер сумел пролететь 145 метров. Но опять же его подняли в воздух, разгоняя с помощью автомобиля.

Так что у орнитоптеров все еще впереди.

Вертолет Леонардо да Винчи и создание современного вертолета

Среди архивов Леонардо особой популярностью пользуются записи касательно вертолета, или так называемого воздушного винта.

Механизм Леонардо – дальний предок современного вертолета, в воздух он должен был подняться за счет вращательного движения. Радиус винта – около 4,8 метра. Несущая поверхность винта сделана из полотна с металлической окантовкой. Предполагалось, что в нижней части механизма находятся люди, они движутся по кругу и толкают рычаги, как это делалось когда-то на древних мельницах. Можно было запустить винт также и с помощью троса под осью.

Вообще, во времена Леонардо – и, судя по всему, задолго до него – существовала детская игрушка: палочка с пропеллером: покрутил в руках, она – раз – и полетела вверх. К то ее придумал, неизвестно; есть сведения, что такие игрушки использовались аж в 400 году в Китае.

А вот во Флоренции в XV веке «вертолетики» были популярны – сохранились их изображения. Так что Леонардо просто решил увеличить забавную вещицу до размеров солидного механизма.

Леонардо да Винчи. Воздушный винт

«Я думаю, что если этот механизм добротно сделан, – писал Леонардо, – то есть сделан из накрахмаленного полотна… и быстро раскручен, то он найдет себе поддержку в воздухе и взлетит высоко вверх».

Вертолет Леонардо может летать… но только без людей. Если в качестве «двигателя» использовать мощную пружину, тогда «вертолет» может подняться в воздух, пускай и на короткое время. При этом люди, раскручивающие винт, останутся на земле и просто будут любоваться полетом, который, увы, закончится аварией – такая конструкция не сможет плавно опуститься на землю, не сломавшись.

Конструкция Леонардо не имела пропеллера – в его схеме используется винт Архимеда. С современным вертолетом машину Леонардо роднит только вертикальный взлет.

А что было дальше, спросите вы…

Как всегда – множество изобретателей пытались решить проблему, к которой Леонардо лишь прикоснулся.

Михаил Ломоносов в 1745 году пришел к идее использовать летательный аппарат тяжелее воздуха для доставки регистрирующих приборов в верхние слои атмосферы. С этой целью он построил и испытал первую действующую модель вертолета – «аэродромическую машину». Модель Ломоносова содержала основные элементы современного вертолета – прежде всего, два винта, чтобы компенсировать реактивный момент. Однако его машинка так и осталась моделью.

Машина Ломоносова, 1754 год

Реальные работы по созданию вертолета начались только в XIX веке. «Карманную» модель геликоптера создали французы – естествоиспытатель Бенуа Лонуа и физик-механик Жерар Бьенвеню, которые, естественно, ничего не знали о наследии инженера да Винчи. Детище французских изобретателей, которое оснащалось четырехлопастным винтом, легко поднималось в небо за счет раскручивания пружины, изготовленной из китового уса. Затем прадедушек современных вертолетов стали приводить в движение паровыми двигателями и электромоторами.

Вообще, в XIX веке многие работали над конструкцией вертолета. Русский ученый Н. Е. Жуковский разрабатывает теорию и публикует одну за другой работы по теории полетов, в том числе и вертолетов (геликоптеров). Одновременно появилось большое число различных проектов.

Да, многие работали над созданием вертолетов, но получить работающую модель не смог ли. Несмотря на все старания конструкторов, вертолеты не желали летать. Только в 1907 году французские конструкторы Луи Шарль Бреге (вместе со своим братом Жаком) под руководством профессора Шарля Роше подняли в воздух четырехвинтовой вертолет. Поднять-то подняли, а вот заставить летать не могли. С другими конструкциями происходило то же самое – они взлетали вверх, порой на большую высоту, но двигаться вперед не желали, а в итоге разбивались.

В начале XX века Игорь Сикорский в России занялся строительством вертолетов и даже сумел поднять свою конструкцию в воздух, но не смог поднять на ней пилота. В итоге построенные им вертолеты опять же разбились.

В 1912 году на выставке в Москве Борис Николаевич Юрьев, студент, ученик профессора Н. Е. Жуковского, продемонстрировал вертолет, за который получил золотую медаль. Им был придуман и применен автомат перекоса лопастей винта, который используется в современных вертолетах.

Во время Первой мировой войны профессор аэродинамики Теодор фон Карман и лейтенант Штефан Петроши (иногда пишут Петроцци) в Австро-Венгрии сделали вертолет, который поднимался на 50 метров и держался в воздухе в течение часа.

В 1922 году Георгий Александрович Ботезат (или Джордж де Ботезат), американский конструктор русского происхождения, построил свой четырехвинтовой вертолет в авиационном центре в Дейтоне, в США. Тяжелый аппарат мощностью 170 лошадиных сил, способный нести трех пассажиров, успешно поднялся в воздух на высоту в несколько метров и устойчиво управлялся, совершив в 1922 и 1923 годах более ста полетов. Это был первый вертолет американских ВВС и первый успешно совершивший управляемый полет. Однако американские военные предпочли воздержаться от дальнейшего финансирования исследовательских работ по вертолетам, считая их серийное производство преждевременным.

Во время испытаний, проведенных в 1932 году, вертолет, созданный советскими конструкторами, поднялся на высоту 600 метров.

Но опять же в серию он так и не пошел. Надо всегда помнить, что от создания опытного образца, пусть самого замечательного и перспективного, до появления серийной машины, которую можно использовать в военных или хозяйственных целях, – порой «дистанция огромного размера».

В чем же особенность конструкции вертолетов, почему возникали такие трудности, почему не сразу удалось «заставить» винтокрылые машины лететь по заданному маршруту?

В вертолете вращение к несущему винту передается от одного или двух двигателей через трансмиссию и приводной вал. При этом возникает реактивный момент, который стремится закрутить вертолет в сторону, противоположную вращению несущего винта. Для противодействия реактивному моменту, а также для задания направления используется либо рулевое устройство, либо пара синхронизированных винтов, вращающихся в разных направлениях. В качестве рулевого устройства обычно используется небольшой вертикальный рулевой винт на конце хвостовой балки. Вы наверняка видели, как в боевике какой-нибудь ловкий снайпер сносит метким выстрелом этот маленький винт на хвосте. Что происходит после этого? Вертолет становится неуправляемым и начинает вращаться под действием реактивной силы. Вот этот-то маленький винт на хвосте и заставил винтокрылую машину двигаться вперед!

В сентябре 1939 года Игорь Сикорский создал свой новый вертолет. Да, тот самый Игорь Сикорский, когда-то разбивший первые неудачные модели в России. Теперь, перебравшись в Америку, он наконец-то построил летающий геликоптер! В январе 1942 года поднялась в воздух машина Сикорского, ставшая первым в мире серийным вертолетом. Модель была доведена до ума и начала применяться в военных целях.

На вертолетах Сикорского впервые человек пересек Атлантический и Тихий океаны.

У вертолета есть неоспоримые достоинства перед самолетом – он взлетает и садится вертикально. Ему не нужен аэродром – необходима всего лишь площадка, где машина не врежется в препятствия лопастями (она должна быть примерно в полтора диаметра винта). Именно поэтому вертолет удобно сажать где-нибудь на крыше здания – например больницы, когда надо срочно доставить тяжелобольного или раненого пациента. Вертолет может зависать в воздухе, он способен даже «пятиться». Может нести внешний груз и поэтому незаменим при монтажных работах. Недостаток вертолета – по сравнению с самолетом он куда менее экономичен в смысле расхода топлива и обладает меньшей скоростью.

Как видим, «воздушный винт» можно лишь с очень большой натяжкой назвать вертолетом. И если в случае с орнитоптером, продолжай Мастер заниматься развитием своей конструкции (на базе того маленького рисунка планирующего крыла), Леонардо в принципе мог соорудить из подручных материалов планер, а изготовленный из современного материала планер (мускулолет) с помощью педального привода может подняться в воздух, то «воздушный винт» был и остается просто игрушкой, способной летать.

Изобретения, связанные с воздухоплаванием

Парашют Леонардо и создание современного парашюта

«Если у человека есть тент из плотной ткани, каждая из сторон которого составляет двенадцать длин руки, и высота – двенадцать, то он может прыгнуть, не разбившись, с любой значительной высоты», – писал Леонардо. То есть пятьсот лет назад да Винчи изобрел такую необходимую и замечательную вещь, как парашют. Сразу возникает вопрос – защитит ли парашют Леонардо человека при падении с большой высоты и не позволит разбиться или нет? Ответ, как всегда при разрешении научного спора, был один: проверить все на опыте. То есть построить парашют по размерам, указанным Мастером из материалов, которыми мог располагать человек в XV веке.

Нашелся спонсор, который оплатил изготовление парашюта по чертежам Леонардо. Его сделали точно так, как предлагал Мастер, – только льняное полотно было заменено хлопчатобумажным. Арматуру парашюта изготовили из сосновых брусьев. В итоге готовый парашют весил 100 килограммов (!!!). Неужели столь странная конструкция может сработать? Английский парашютист прыгнул с этим парашютом Леонардо и вполне благополучно спланировал с высоты. Однако ему пришлось воспользоваться при приземлении современным парашютом – конструкция Леонардо просто раздавила бы его своей массой. Так что мы с уверенностью теперь можем сказать: Леонардо не просто нарисовал схему-идею, а точно указал параметры устройства. Его модель, будь она построена, была действующей.

Парашют. Вместе с рисунком Мастер приводит размеры своего парашюта, способного безопасно опустить человека на землю

А когда же появился современный парашют?

В 1595 году в Италии Фауст Верачио опубликовал работу «Новые машины». В книге был помещен рисунок такого устройства: кусок квадратного холста, прикрепленного к раме, к углам которой привязывались веревки. Они, в свою очередь, крепились к подвесной системе, которую надевал человек. Однако неизвестно, прыгал ли кто-то с этим парашютом или это была только схема, как у Леонардо.

Первым человеком, о котором точно известно, что он спустился на парашюте, был уроженец города Савойи француз Лавен. В 20-х годах XVI века Лавена заключили в крепость Мольянс. Решив бежать, он тайно изготовил себе парашют из сшитых вместе простыней, сделав из китового уса каркас, который не позволил бы куполу свернуться. Спуск прошел удачно, но стража заметила беглеца и задержала. В 1777 году парижский профессор де Фонтанж изобрел «летающий плащ». Он заявлял, что с помощью плаща можно безопасно спуститься с любой высоты. Однако испытать свое детище сам не решился. Он обратился к судебным властям с просьбой предоставить ему «на опыты» приговоренного к смертной казни преступника. Власти не отказали экспериментатору и смертника выдали. Испытывать плащ должен был узник Бастилии, грабитель и убийца по имени Жан Думье. Он спрыгнул с крыши парижского оружейного склада в плаще-парашюте и остался жив, только повредил в момент приземления колено. После опасного прыжка смертную казнь преступнику заменили пожизненной каторгой.

Дальнейшая судьба изобретения тесно связана с развитием воздухоплавания. В 1783 году французский физик Себастиан Ленорман изготовил и лично испытал парашют, прыгнув с обсерватории. Ленорман первым назвал свое изобретение так, как оно именуется теперь – парашют. В 1791 году французский же изобретатель Жан-Пьер Бланшар сбросил с парашюта собаку. Через два года он сам отважился сделать прыжок, став первым, кто спасся на парашюте после аварии воздушного шара. Правда, попытка оказалась не совсем удачной – аэронавт сломал ногу.

Первый удачный прыжок с парашютом из корзины аэростата был совершен в Париже в 1797 году Андре Жаком Гарнереном с высоты 680 метров. Его парашют (круглый, мягкий, без каркаса, с полюсным отверстием) очень близок к зонтичному типу современных. Интересно, что его племянница – Элиза Гарнерен – 22 октября 1799 года прыгнула с парашютом с высоты 1000 метров, осуществив второй в истории женский прыжок с парашютом спустя десять дней после того, как это исполнила француженка Жанна-Женевьева Лябросс[50]. Интересное семейство, не правда ли?

Своеобразной вехой в нашей истории стал прыжок, совершенный американским капитаном Эрвином Болдуином с аэростата в 1880 году. Дело в том, что во время прыжка парашют Болдуина открывался автоматически. К верхнему узлу строп была привязана стропа-шнур, ее второй конец закреплялся на корзине или оболочке воздушного шара. Когда парашютист отделялся от аэростата, стропа-шнур под его тяжестью обрывалась, матерчатый купол от скорости падения сначала вытягивался во всю длину, а затем наполнялся воздухом и раскрывался. Этот принцип действия автоматического раскрытия парашюта сохранился до наших дней.

В течение XIX века парашют совершенствовался, но существенных изменений в технологии не было. В начале XX века русский изобретатель Котельников создал первый ранцевый спасательный парашют, крепившийся к спине пилота.

Так что Леонардо безо всяких «но» вполне можно считать изобретателем парашюта. Ведь он предложил рабочую модель изобретения с размерами, а не просто что-то нарисовал в уголке тетради.

Военно-транспортные машины и механизмы. Танк Леонардо да Винчи и современные танки

Леонардо по праву считается изобретателем танка. Осадные башни были известны еще с Античности. Кроме того, в те же времена существовала римская тяжелая деревянная повозка, закрытая со всех сторон деревянными щитами, внутри которой располагался таран. Под прикрытием деревянных стенок, которые обычно покрывали смоченными в воде шкурами, легионеры мог ли подобраться к воротам осажденного города вплотную, чтобы разбить их.

Но Леонардо изобрел не новую осадную башню или повозку, которую толкали снаружи, а покрытую броней машину, которая могла бы действовать на полях сражений автономно, без внешнего привода. Так что он создал нечто принципиально новое. Эта машина должна была сеять панику в рядах противника, тогда как сами воины оставались защищенными от вражеских пуль. По замыслу Мастера, его бронированная повозка была рассчитана на восемь человек. Экипаж должен был приводить «танк» в движение с помощью рычагов и двух приводов. По периметру круглой конструкции располагались небольшие пушечки, всего тридцать шесть штук. Так что угол обстрела у танка Леонардо – 360 градусов. Сверху людей защищал шатер из деревянных планок, был предусмотрен и еще один нижний ряд планок – непосредственно вокруг платформы с приводом. Наверху располагалась башенка, из которой можно было вести наблюдение за тем, что происходит вокруг. Конструкция была довольно высокой – чтобы подняться в башенку, необходима лестница.

Леонардо да Винчи. Рисунок с изображением серпоносных колесниц и танка. Перо. Чернила

Современная реконструкция танка. Отдельно показана тележка. Обратите внимание на ее привод и сравните с рисунком Леонардо – намеренная «ошибка» конструктора исправлена. От промышленного шпионажа приходилось защищаться и пять веков назад

На рисунке Мастера все принципиальные решения для создания танка – привод внутри машины, орудия, броня, даже башня. К сожалению, идея Леонардо вряд ли могла бы найти практическое применение – перемещать такую тяжелую повозку с помощью мускульной силы сидящих внутри людей практически невозможно. Если она и могла катиться, то лишь по идеально ровной дороге. Вряд ли поле боя в то время (да и сейчас) отвечало этим требованиям. Технологии XV века просто не позволяли воплотить эту конструкторскую идею. И прежде всего, в распоряжении Леонардо не было двигателя, способного катить такую повозку. Впрячь в нее лошадей – лишить придуманную технику главного преимущества – неуязвимости. Разместить лошадей и мулов внутри?.. Эта мысль приходила в голову Мастеру, но он от нее отказался – животные могли бы начать буйствовать от страха…

Кстати, внимательно посмотрите на рисунок Леонардо, где изображена тележка танка без верхнего шатра. Может ли такая тележка катиться в принципе? Для сравнения посмотрите на второй рисунок. Подумайте, как именно происходит движение, и обозначьте его стрелками. Не сомневаюсь, многие из вас поймут, в чем дело.

Правильно, задуманный Леонардо привод заставит передние и задние колеса вращаться в разные стороны. Вот видите, даже такой гений, как да Винчи, мог ошибаться в довольно-таки простых вещах. Вы согласны с этим утверждением?

Нет, не спешите торжествовать! Мастер, подобный Леонардо, умевший докопаться до сути любого механизма, не мог совершить подобной «детской» ошибки. Это пример ошибки намеренной, такие нередко встречаются в его записях: Леонардо опасался, что его изобретением смогут воспользоваться другие, и специально «зашифровал» чертеж – ведь это была военная машина!

Что касается воплощения задумки о машине, неуязвимой на полях войны, то боеспособные танки были созданы только в начале XX века с появлением двигателя внутреннего сгорания. Но даже с новым мощным двигателем это получилось не сразу. Первые попытки создать бронированную машину выявили недостаток колесного транспорта – броневики на колесах не могли передвигаться по территориям, перепаханным взрывами, иссеченным линиями окопов. А на полях Первой мировой войны, чтобы переломить ход сражений, требовались именно боевые машины-вездеходы. Нужен был какой-то иной способ перемещения. Прежде всего, броневая машина должна была уметь преодолевать окопы, а не застревать в них.

Реальным лидером создания бронированной машины на гусеничном ходу оказалась Великобритания. Английский полковник Эрнст Суинтон, находившийся с начала войны во Франции, в октябре 1914 года обратился в военное министерство с предложением построить бронированную машину на гусеницах, использовав для этого американский трактор «Холт». В своей докладной записке он наметил основные конструктивные принципы машины и обозначил задачи, ради которых она создается. Военное министерство встретило предложение настороженно (они вообще ко всему новому относятся с подозрением), в следующем году стали испытывать тракторные гусеницы на предмет преодоления рвов. Первые испытания военных не впечатлили: гусеницы «Холта» благополучно застряли в первом же окопе.

Однако изобретатели не оставляли попыток создания «наземного корабля». В сентябре 1915 года появился прототип, получивший название «Маленький Вилли», а затем, в следующем году, инженеры Триттон и Вильсон создали новую машину – «Большого Вилли», и в этот раз ходовые испытания прошли успешно. После чего британская промышленность получила заказ на производство первых ста бронированных машин. Из соображений секретности в документации они значились как резервуары для воды (по-английски tank), в итоге это название закрепилось за новым изобретением.

Так появился первый английский танк – 28-тонная гусеничная машина с бронированием толщиной от 5 до 12 мм, с вооружением либо пулеметным, либо пушечным.

Параллельно разработкой и производством танков занялась Франция. 15 сентября 1916 года, когда английские танки уже сражались на Сомме, французские только еще проходили испытания на полигоне, в бою их применили лишь через семь месяцев, в апреле 1917 года.

Что же касается России, то в августе 1914 года инженер-конструктор Александр Пороховщиков, работавший мастером на машиностроительном заводе «Руссо-Балт» в Риге, предложил проект боевой гусеничной машины. Так что нередко Пороховщикова называют изобретателем современного танка. В июне 1915 года Пороховщиков испытал свою машину. Во время испытаний ее скорость достигала 25 км/час. Такой скоростью не обладали ни английские, ни французские первые танки. Позже Пороховщиков усовершенствовал свою машину, сделав ее колесно-гусеничной: по дорогам она двигалась на колесах, а по пересеченной местности – на гусеницах. Это опережало танкостроение того времени на несколько лет. Пороховщиков сделал корпус своего детища водонепроницаемым, чтобы тот мог преодолевать водные преграды. Одним словом, у него были замечательная машина на бумаге и опытный образец в металле. Однако его проект так и не стал никогда боевой машиной, и о его танке (точнее, танкетке) вскоре забыли.

С того времени постоянно менялись и совершенствовались конструкции танков, а также – тактика их применения. Уже с середины XX века танки применялись почти во всех вооруженных конфликтах. В наше время бронетанковые войска являются основной ударной силой сухопутных войск.

Так спустя четыреста лет военные наконец получили машину, устрашающую врага и защищающую воинов от вражеского оружия.

Вот только Леонардо искал оружие, которое не столько помогало бы кому-то победить, а прекратило бы войны навсегда.

Войну он называл «самым зверским сумасшествием».

Другие военные изобретения Леонардо