БИБЛИОТЕКА

Просмотров

Website Hit Counters

УЛЬТРАЗВУК В ВОЕННОМ ДЕЛЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ИНФРАЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ

Книга УЛЬТРАЗВУК В ВОЕННОМ ДЕЛЕУченые стали искать причины явлений, породивших неожиданное исчезновение и гибель людей. Возникли различные предположения. Одно из них — воздействие инфразвуковых волн. Характерно, что многие из описанных случаев произошли в ясную погоду, однако шторм, который мог вызвать инфразвуковые колебания, возможно, находился за сотни километров от места происшествия.

 

Инфразвуковые волны, обгоняя распространение самого шторма, дошли до места трагедии по воздуху со скоростью около 1200 км/ч, а в воде — свыше 5000 км/ч. Затухание инфразвуковых волн на таких расстояниях незначительно. При большой амплитуде инфра-звуковой волны смерть всего экипажа может наступить почти мгновенно. Предполагается, что она наступает либо в результате остановки сердца, либо в результате разрыва кровеносных сосудов.

Если интенсивность инфразвуковых волн меньше, людей охватывает беспричинный страх и ужас. Это состояние значительно усиливается, если резонансная частота мачты или корпуса корабля совпадает с частотой приходящих инфразвуковых волн. В этом случае корабль становится как бы вторичным источником инфразвука, под воздействием которого обезумевшие члены экипажа бросаются за борт. Замечено, что в таких случаях на судах оказываются сломанными мачты, хотя сильных ветров в этих районах не было.

 

По данным статистики, каждый год в океане исчезает несколько судов, даже не передав сигналов бедствия. Специалисты считают, что причиной их гибели, возможно, является воздействие инфразвука (если, конечно, при дальнейших поисках и расследовании не удалось обнаружить какую-либо еще причину катастрофы).

Изучением инфразвуковых волн, возникающих в океанах и морях, долгое время занимался известный советский ученый В. В. Шулейкин. Он назвал их «голосом моря». В 30-х годах ученые В. В. Шулейкин и В. А. Березкин проводили над морем эксперименты с метеорологическими шарами-пилотами, заполненными водородом. Они обнаружили, что если к шару-пилоту прислонить ухо, возникает болезненное ощущение, вызываемое резонансными колебаниями оболочки шара на частотах 8—13 Гц. На берегу, вдали от моря, шар-пилот не резонировал.

В. В. Шулейкин предположил, что над морем шар-пилот резонирует под действием колебаний воздуха, вызванных движением ветра над гребнями и впадинами морских волн. В 1935 году ученый докладывал в Академии наук СССР о возможности нового метода предсказания штормов на море по инфразвуковым волнам.

 

Советский ученый Н. А. Андреев доказал, что инфразвук зарождается над поверхностью воды в результате вихреобразования за гребнями волн. Если это так, то инфразвуковые волны распространяются не только по воздуху, но и в воде. Так как скорость распространения звука в воде значительно больше, предупреждение о шторме можно получить еще раньше.

Большую научную работу по изучению природы возникновения инфразвуковых волн в океанских просторах провел академик Л. М. Бреховских. Он установил, что в штормовых областях могут существовать системы океанских волн. Сталкиваясь друг с другом, они вызывают инфразвуковые волны, переходящие в атмосферу и в воду. В атмосфере волны распространяются на большие расстояния, причем весьма своеобразно: сначала излучение идет вверх, на высотах около 50 км изменяет свое направление, а потом на расстоянии 200 — 300 км от источника возвращается к поверхности земли, отражается от нее и вновь уходит вверх. Есть предположение, что именно подобное явление явилось причиной того, что мощный артиллерийский салют, произведенный в Лондоне при коронации королевы Виктории в 1837 году, был услышан на материке за 200—300 км от Лондона, а на расстоянии 50—100 км его не было слышно.

В настоящее время для регистрации инфразвуковых волн применяются совершенные приемники, которые устанавливаются не только на береговых станциях, но и на кораблях. Если далеко в океане или море возникает шторм, инфразвуковые волны, намного раньше предупреждающие о его приближении, принимаются береговыми постами или кораблями. Это позволяет своевременно оповещать моряков и жителей прибрежных районов.

Инфразвуковые приемники предупреждают и о более грозной опасности — цунами (в переводе с японского — «грозная, большая волна»). Цунами возникают обычно при подводных землетрясениях, в результате которых волны высотой 10—15 м и более обрушиваются на берег, разрушая все вокруг и вызывая большое число жертв.

Для предупреждения подобных грозных явлений существует «служба цунами». В 1964 году, когда на юге Аляски происходило сильное землетрясение, сахалинская «служба цунами» дважды объявляла для Курильских островов состояние тревоги. Первое предупреждение о возможном появлении гигантских морских волн было передано на острова через 10 мин после того, как Южно-Сахалинская сейсмическая станция зарегистрировала сильные подземные толчки и установила, что эпицентр землетрясения находится в районе Аляски.

В прошлом также известны сильные подводные землетрясения, которые явились причиной цунами. В 1868 году волна высотой 20 м, зародившаяся в водах Перу, накатилась на город Сан-Педро в Калифорнии. Западное побережье Мексики опустошалось цунами и в 1787, 1907, 1932 годах.

Япония, где и возник термин «цунами», чаще всего подвергается «набегам» гигантских волн. Особенно разрушительными были цунами в 1896 году, обрушившиеся на побережье Санрику (севернее Токио). Погибло 30 000 человек. В некоторых населенных пунктах число жертв составляло 4/6 всех жителей. Менее чем 40 лет спустя возникшее в результате подводного землетрясения цунами снова опустошило Санрику, погубив 3000 человек.

В ноябре 1970 года ураган огромнейшей силы пронесся над побережьем восточного Пакистана. Волны высотой 8—10 м разрушили промышленные и жилые строения. Сотни тысяч человек погибли и пропали без вести, более миллиона остались без крова.

О приближении шторма, урагана или цунами можно судить по поведению некоторых морских животных и рыб. Медузы, например, перед штормом устремляются дальше от берега в глубину, ракообразные уходят на берег и прячутся в песок, глубоководные рыбы всплывают на поверхность моря. В Японии разводят рыбок, которые за несколько часов до землетрясения начинают беспокойно метаться в аквариуме. Как же морские животные и рыбы узнают о приближении шторма или землетрясения? Их предупреждают об этом инфразвуки.

Инфразвуковые колебания могут распространяться на огромные расстояния и в земной коре. На этом свойстве инфразвуков основана сейсмология — наука, занимающаяся изучением землетрясений, а также исследованием внутреннего строения Земли. Сейсмологи настойчиво ищут способы и методы надежного прогнозирования землетрясений. По их данным разрабатываются рекомендации для сейсмостойкого строительства.

Ультразвуки — это звуки с частотой выше 20 000 Гц. Они играют большую роль в жизни животных. С давних пор людей удивляло необыкновенное чутье животных, птиц, рыб, насекомых, их умение находить дорогу к гнездам, видеть невидимое, слышать неслышимое, безошибочно ориентироваться в окружающей обстановке. Эта тайна природы была разгадана лишь в последние десятилетия. Многие животные и насекомые воспринимают ультразвуковые колебания. Но, оказывается, есть и такие животные, которые сами излучают ультразвук. Он заменяет им зрение.

Возьмем, к примеру, летучую мышь. Она совершенно свободно ориентируется в полной темноте, не натыкаясь на препятствия. Имея плохое зрение, летучая мышь на лету обнаруживает и ловит насекомых. Впервые этой способностью летучей мыши заинтересовался в 1793 г. итальянский ученый Л. Спалланцани. Он лишал нескольких мышей зрения, а на следующий день проверял содержимое их желудка. В желудке оказывалось столько же насекомых, сколько и у мышей, не лишенных зрения. Спалланцани поочередно лишал летучих мышей обоняния, осязания, вкуса, однако они продолжали хорошо ориентироваться в темноте. И только когда он лишил их слуха, они потеряли ориентировку и стали натыкаться на препятствия. Объяснить это явление Спалланцани тогда не сумел, и его открытие надолго забыли.

И только около 30 лет назад, когда появились совершенные электронные приборы, ученым удалось зафиксировать звуки, которые издает летучая мышь и которые никто не слышит. Было установлено, что летучая мышь посылает направленные ультразвуковые сигналы, которые, отражаясь от предметов, принимаются ею как эхо.

Число сигналов изменяется в зависимости от расстояния между летучей мышью и предметом. С уменьшением расстояния до предмета число сигналов повышается. Если расстояние до предмета 20 м, летучая мышь издает 5—8 сигналов в секунду; если 1 м — примерно 60 сигналов. Частота излучаемых импульсов находится в пределах 20—100 000 Гц.

Механизм эхо-локации летучих мышей тесно взаимодействует с их зрительными и мышечными органами. Если у летучей мыши удалить глаза, их функции возьмут на себя другие органы. При этом резко повышается эффективность эхо-локации: летучая мышь не только обнаруживает предмет, но и определяет его размеры и форму.

Летучая мышь в полной темноте обнаруживает даже самых маленьких насекомых. Но оказалось, что это не предел возможностей ее природного ультразвукового локатора. Последние исследования показали, что летучие мыши распознают и куда более мелкие предметы. Был поставлен такой опыт. По определенному звуку, сигнализирующему о начале кормления, мышей приучили влетать в затемненную комнату, перегороженную нейлоновой сеткой с тонкими нитями —до 0,08 мм. И что же? Пролетая сквозь ячейки этой сетки, ни одна из мышей ни разу не задела нить. Так было установлено, что способность эхо-локации у летучих мышей в 25 раз выше, чем предполагалось раньше.

Долгое время считали, что летучие мыши охотятся без промаха, так как их жертвы лишены слуха, и поэтому им трудно спасаться. На опыте это не подтвердилось. Некоторые виды ночных бабочек — излюбленное лакомство летучих мышей — чрезвычайно чутко реагировали на ультразвуковые сигналы, которыми их «ощупывали» ночные хищники, и скрывались от нападения. Бабочки улавливают ультразвуки с помощью так называемых тимпональных органов, назначение которых первоначально было неизвестно. Теперь их роль выяснилась. Бабочек облучили ультразвуком, и в их тимпональном нерве обнаружили импульсы. Значит, бабочки реагируют и на ультразвуковые сигналы летучих мышей. Более того, установлено, что у ночной бабочки тимпоиальный нерв «работает» как своеобразная высокочувствительная и быстродействующая установка, обнаруживающая летящие цели.

При дальнейших наблюдениях за бабочками выяснилось, что они воспринимают колебания в пределах 3— 150 000 Гц. Следовательно, диапазон ультразвуковых сигналов, излучаемых летучей мышью, совпадает с диапазоном восприятия ультразвуков ночной бабочкой.

Чувствительность бабочек очень высока. На расстоянии около 30 м от источника ультразвуковых колебаний бабочка спокойно меняет направление своего полета. Но стоит приблизить источник ультразвука, как она начинает метаться из стороны в сторону, падает, сложив крылья. Реакция моментальная — от 0,2 до 1 с.

Среди подводных обитателей поразительной способностью издавать ультразвуки обладают дельфины. У них чрезвычайно хорошо развиты голосовой и слуховой аппараты, что позволяет им издавать и воспринимать звуки в широком диапазоне частот — от нескольких сот до нескольких десятков тысяч герц. Именно поэтому так разнообразны звуки, издаваемые дельфинами: они напоминают то визг и свист, то лай и щелканье, а иногда и скрип.

Море — малопрозрачная среда: свет в ней быстро поглощается и уже на глубине 500 м наступает практически полная темнота. Такие условия не способствуют развитию зрения у подводных обитателей. Когда же внешняя среда не позволяет использовать зрение, усиливается слух или повышается чувствительность другого компенсирующего органа чувств. Дельфины, в частности, видят в воде на расстоянии не более 30 м, зато слух у них развит настолько, что является одним из элементов сложной системы эхо-локации.

Дельфины обладают недостижимой пока еще для приборов, созданных человеком, эффективностью эхолокации. Они имеют такой совершенный природный гидролокатор, о котором мы можем только мечтать. Дельфин безошибочно подплывает к дробинке, брошенной в воду на расстоянии 15—20 м от животного, предварительно «ощупав» ее ультразвуковым пучком. Ставились и такие опыты. Дельфину надежно закрывали глаза и помещали в построенный в воде лабиринт. Животное выходило из него, не коснувшись препятствий ни одним участком тела. Дельфин никогда не ударится в стеклянную перегородку, поставленную на его пути. Как правило, он легко отыскивает в сетях «щели», через которые и проходит.

Дельфины прекрасно ориентируются в самых различных водоемах, чувствуют дно, берега, растительность и отличают живые организмы от камней, растений. Во время одного из экспериментов в бассейне с темной водой подвесили 36 полых металлических стержней, которые разместили в шесть рядов по шесть в каждом на расстоянии 2,5 м друг от друга. Не касаясь стержней, дельфин плавал в бассейне между ними даже быстрее, чем в свободном водоеме.

Известно, что у дельфинов нет голосовых связок. Так чем же они издают звуки? Оказалось, что звуки рождаются в специальных полостях, заполненных воздухом. При сжатии полостей происходит вибрация перепонок и возникают ультразвуковые и звуковые колебания. Роль же фокусирующего элемента, как предполагают ученые, выполняет жировая линза. Отразившись от костей черепа, ультразвуковые лучи проходят через жировую линзу и в ней фокусируются. В зависимости от расстояния до пеленгуемого объекта дельфин сжимает или разжимает линзу, и фокусировка становится большей или меньшей.

Отличный слух дельфина позволяет ему улавливать малейшие звуки в ультразвуковом, звуковом и даже инфразвуковом диапазонах. Из бесчисленного множества звуков дельфины легко выделяют, скажем, голоса своих сородичей или звуки, исходящие от организмов, служащих им пищей. С поразительной точностью животное определяет направление на источник звука. Секрет такой способности состоит в том, что его органы слуха надежно изолированы от костей черепа. Изоляция достигается за счет того, что среднее и внутреннее ухо окружено со всех сторон воздушными полостями и камерами, заполненными пеной из жировой эмульсии. Пена поглощает звуковые колебания, поэтому внутреннее ухо ограждено от посторонних раздражений. Звуковые волны проходят только через наружный слуховой проход. Благодаря такому направленному восприятию звука дельфин точно определяет положение его источника.

Многолетние наблюдения и бесчисленные эксперименты позволили американскому исследователю Дж. Лилли прийти к выводу, что дельфины не только пользуются звуколокацией, но и с помощью ультразвуковых сигналов «переговариваются» между собой. Более того, Лилли установил, что дельфины издают ряд звуковых импульсов, соответствующих по частоте колебаний импульсам человеческого голоса. По его мнению, существует возможность установить связь между человеком и дельфином с помощью приемопередающих устройств с одинаковой гаммой частот. Он заявил также, что дельфины имитируют «окраску» гласных и частотный контур интонаций человеческой речи.

Существует мнение, что дельфины, эти высокоорганизованные обитатели моря, могут статг первыми морскими «домашними» животными. «Одомашнивание» дельфинов — кропотливая и трудоемкая работа, несмотря на то что они легко приобретают навыки при обучении, быстро вырабатывают условные рефлексы и стойко их сохраняют. Видимо, только при содружестве разных специалистов — эхологов, физиологов, акустиков, зоологов, дрессировщиков может быть достигнут успех. Не исключено, что за 60—70 лет специалистам удастся создать в Черном море большую группу «домашних» дельфинов, которые будут пастись около берегов и по особым сигналам подплывать к человеку для выполнения различных поручений. Уже сейчас известно, что дельфина можно натренировать в выполнении функций связиста при подводных работах. Эти животные станут помощниками океанологов — носителями датчиков для сбора информации о солености, радиоактивности, температуре воды, течениях на различных глубинах. Они будут разведчиками морского дна (до 300 м глубины), спасателями утопающих, защитниками человека от акул, буксировщиками пловцов, переносчиками грузов, искателями и загонщиками рыбных косяков и т. д.

В одном из американских журналов сообщалось, что дрессированный дельфин по кличке Таффи вместе со своим дрессировщиком получил постоянную работу на одном из ракетных полигонов США на побережье Тихого океана, где при запуске ракет в море падали сложные и дорогостоящие телемеханические устройства. Мутная вода и ил очень затрудняли их поиск. Теперь к каждому такому устройству перед стартом ракеты прикрепляют миниатюрный излучатель ультразвука. После падения в воду излучатель начинает передавать ультразвуковые сигналы. Дельфин, услышав их, устремляется в глубь моря и легко находит прибор. Следом за дельфином ныряет аквалангист с тросом.

Советские ученые высказывают сожаление по поводу того, что за рубежом все чаще проявляются стремления использовать этих животных в далеко не мирных целях. Специалисты военно-морского флота США, например, пытаются поставить дельфинов на службу армии. С этой целью бурых дельфинов тренируют в действиях по уничтожению подводных лодок, обучают ставить мины.

Советские ученые заявили протест против бессмысленного истребления дельфинов, решительно выступают в защиту этих морских обитателей и предлагают использовать их только в мирных целях. Запрет промысла дельфинов, введенный в Советском Союзе в 1966 г.,— первый шаг на пути сохранения мелких китообразных.

Раскрывая «секреты» летучих мышей, дельфинов и других животных, ученые и специалисты все больше убеждаются в том, что у великого изобретателя — природы — есть чему поучиться. И не просто поучиться, а позаимствовать и использовать на практике многие из ее «патентов».