Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас - Гэвин Претор-Пинней

Как только корабль удалось вывести на новый курс, пришлось отключить навигационную систему, аппаратуру наведения, сократить обогрев корабля — чтобы сберечь убывающую энергию. У космонавтов осталась только связь с Землей, да еще работала система вентилирования воздуха. Без должного обогрева температура в модуле постепенно упала до +4° С.

Очередное серьезное затруднение возникло из-за патронов поглотителя углекислого газа СO2, выдыхаемого космонавтами. Те патроны, что находились в лунном модуле, были рассчитаны на несколько часов работы — их с лихвой хватило бы при высадке на Луну, однако для обратного полета к Земле не хватало. Уровень углекислого газа близился к критической отметке. В Центре управления полетами нашлись светлые головы — было решено использовать патроны из командного модуля. При этом космонавты воспользовались подручными материалами: липкой лентой, пластиковыми трубками, картоном. Но судьба продолжала испытывать их на прочность: из Центра управления полетами экипажу сообщили, что угол приближения к Земле слишком мал. Они «промахнутся» и выйдут на слишком большую орбиту, где им уже не выжить. Поступила команда включить двигатель лунного модуля для коррекции траектории вручную, ориентируясь по видимой в иллюминатор Земле.

Но и после коррекции траектории напряжение не ослабевало. Космонавты должны были перейти из лунного модуля в командный — приготовить свою «спасательную шлюпку» к приземлению. Однако никто не знал, уцелел ли после взрыва теплозащитный экран, который должен был защищать входящий в атмосферу Земли модуль. Вот тут-то на сцену и выступает ударная волна.

Экипаж прекрасно понимал: командный модуль будет нестись к Земле на огромной — 40 000 км/ч — скорости в сопровождении мощной головной ударной волны. Давление повысится настолько, что воздух разогреется до +2 700° С. Понимали космонавты и то, что при такой температуре воздух из газообразного состояния перейдет в плазменное. То есть до такой степени раскалится, что от электронных оболочек значительной части атомов или молекул отделится, по крайней мере, один электрон.

Огненная головная ударная волна, мчащаяся впереди командного модуля, наглядно демонстрировала то, какими неистовыми ударные волны бывают, меняя среду, в которой распространяются, до неузнаваемости.

И космонавты, и специалисты из Центра управления полетами отдавали себе отчет в том, что свободные электроны в плазме станут отличными проводниками электрического тока и преградят путь электромагнитным волнам, посредством которых поддерживалась связь с модулем во время прохождения им слоев атмосферы уже на обратном пути. Проще говоря, это значило, что радиосвязь с модулем прервется минуты на три.

Не было никакой информации о том, в каком состоянии находится теплозащитный экран, от которого зависела жизнь космонавтов. Поврежден он или уцелел? Выдержит ли напор крайне высоких температур ударной волны?

Пассажиру рейса Фиджи — Новая Зеландия удалось сфотографировать «Аполлон-13» во время расстыковки рабочего отсека и лунного модуля, которые при входе в верхние слои атмосферы загорелись. Могла ли та же участь постичь и поврежденный командный модуль с тремя космонавтами на борту?

Командный модуль вошел в верхние слои атмосферы; воздух под давлением ударной волны стал переходить в преграждавшую распространение электромагнитных волн плазму. Связь между «Одиссеем» и Центром управления полетами оборвалась; ведущие новостных программ пояснили замершим у телеэкранов зрителям, что теперь уже ничего поделать нельзя, остается только ждать.

Спустя три минуты Центр управления полетами попытался связаться с модулем: «Одиссей», это Хьюстон. Как слышите? Прием». Ответа не последовало.

Три минуты, четыре… Радиосигнала от космонавтов по-прежнему не было.

Над ожидаемым местом приводнения — к юго-востоку от островов Американского Самоа в Тихом океане — кружили поисково-спасательные вертолеты. Все диспетчеры в пункте управления Космического центра имени Линдона Джонсона неотрывно следили за стрелками своих секундомеров. Спустя четыре с половиной минуты кое-кто в пункте управления уже потерял надежду.

В Центре управления полетами следят за идущим к Луне «Аполлоном-13». Весь драматизм ситуации, возникшей при возвращении модуля, лежит целиком и полностью на совести ударной волны

Вдруг раздался треск статического напряжения — по радиосвязи зазвучал голос пилота Джона Суайгерта. И весь мир с облегчением выдохнул.

Однако в фильме Рона Ховарда «Аполлон-13» эта пауза, которая на экране для большего драматического эффекта зачастую продлевается, была сокращена — время прерывания радиосвязи, вызванного ударными волнами, урезали. Не было никакой необходимости тянуть ее для нагнетания напряжения — действительность превзошла самые смелые фантазии Голливуда.

И все же без художественных преувеличений в сценарии не обошлось. «Привет, Хьюстон. Это «Одиссей», — говорит Суайгерт в фильме; оркестр в это время играет бодрую, оптимистичную музыку. — Рад снова вас слышать». Хотя на деле прозвучавшая фраза была куда как скромнее: «Все в порядке, Джо».

* * *

Похоже, я позаботился о дурной славе ударных волн. Однако то разрушительное воздействие, какое они оказывают на среду распространения, можно обернуть во благо. Особенно в том случае, если вы страдаете от камней в почках.

Дистанционная ударно-волновая литотрипсия — медицинский термин, обозначающий использование ударных волн для безоперационного дробления твердых конкрементов в почках. Пациента укладывают на особым образом устроенную кушетку, к которой подведен генератор ударных волн — он фокусирует высокоинтенсивные звуковые волны на почечном камне. В основе эффективности процедуры лежит тот факт, что большая часть энергии ударных волн поглощается телом в тех участках, где плотность сред резко меняется. Когда волны переходят из мягких тканей почки в твердый камень и выходят с его противоположной стороны, они вызывают в структурах камня напряжение. Это самое напряжение его и разрушает. Часовой процедуры, в ходе которой аппарат испускает до восьми тысяч ударных волн, достаточно для того, чтобы раздробить камень средних размеров — от 6 до 12 мм в поперечнике — на мелкие частицы, выводимые с мочой. Красота, да и только!

Чтобы избежать при литотрипсии неблагоприятного воздействия на костные и хрящевые ткани, ударные волны концентрируют на определенном участке. И тут уже используют волны менее агрессивной природы. Врач определяет точное местоположение почечного камня с помощью ультразвукового аппарата или работающего в режиме реального времени рентгеновского сканера — ни в одном из них ударные волны не применяются. Ультразвуковой сканер формирует картинку, испуская безвредные высокочастотные акустические волны и прислушиваясь к эху, которое отражается — очень похоже на принцип действия гидроакустического комплекса подводной лодки. (Представьте, будто почечный камень — подводная мина, которую вот-вот торпедируют ударные волны.) Рентгеновский сканер, называемый рентгеноскопом, испускает высокочастотные электромагнитные волны низкой интенсивности, которые проходят через пациента. Твердые объекты, такие как почечные камни, поглощают рентгеновские лучи в большем объеме, нежели мягкие ткани, поэтому обнаруживаются по акустической тени.