Происходящее внутри смерча можно в некоторой мере смоделировать, помешивая чай в стакане. Сначала вы увидите, как центробежная сила лишь слегка отбрасывает жидкость к стенкам. Ускорив вращение, легко создать разрыв в центре чайного вихря. Нечто подобное происходит и в смерче. Центробежная сила уплотняет воздух возле стенок, а середина вихря остается сильно разреженной. Роль стенок играет здесь атмосферное давление. Но, как выяснил известный физик профессор В.А.Ацюковский, этим она не заканчивается.
Когда вихрь еще только формируется, сила атмосферного давления превышает внутренние силы, и тело вихря начинает сжиматься. Это хорошо видно на вихрях, возникающих перед авиационным двигателем. Несколько слов об истории их появления.
Бывали случаи, когда оставленные на бетонном поле аэродрома плоскогубцы или другие инструменты непонятно как оказывались внутри двигателя самолета и ломали лопатки компрессора. Стоимость их ремонта сравнима по цене с новым «Мерседесом», и, конечно, специалисты решили выяснить причину.
Поставили опыт. На поле аэродрома сделали ямку, зажгли дымовую шашку и накрыли ее стальной плитой с отверстиями. Когда к этому месту подкатили самолет и включили двигатель, то увидели, как образуется вихрь. При площади воздухозаборника двигателя порядка 1 м>2 площадь возникающего перед ним вихря в конечном итоге составляет всего 40–60 см>2. Концентрация энергии в нем оказалась довольно высока. Когда в вихрь сунули стальную трубу, то удержать ее в руках оказалось почти невозможно. Стало ясно, как инструменты попадают в двигатель. Но на этом опыты, увы, прекратили.
Как полагает В.А.Ацюковский, при сжатии тела вихря внешняя среда — атмосфера — совершает работу. Это означает, что чем меньше радиус вихря, тем больше окружная скорость его вращения и его энергия.
Процесс самопроизвольного сжатия тела вихря продолжается до тех пор, пока газ в стенках не уплотнится до некоторой критической величины. К этому моменту вихрь успевает набрать устойчивость и силу: ведь если его радиус уменьшился в 10 раз, то и скорость движения стенки возросла в 10, а энергия — в 100 раз! Плотность стенки возрастает при этом тоже примерно в 100 раз.
Проще говоря, это значит, что на неподвижное тело, попавшее в стенку вихря, будет действовать сила в 10 тысяч раз больше той, что действовала бы на него в момент зарождения вихря. На площади в 1 м>2 действует сила в 100 т. Немудрено, что никакие конструкции не могут перед ней устоять.
Из сказанного следует, что атмосферные вихри — циклоны и смерчи — это природные машины по переработке потенциальной энергии атмосферы в кинетическую. При этом над созданием каждого атмосферного вихря трудится вся атмосфера планеты. В результате происходит самопроизвольная концентрация рассеянной энергии в локальную, так называемая энергоинверсия.
Точно предсказывать время и место появления смерча специалисты пока не могут: в создании смерча участвует едва ли не вся атмосфера планеты, ни на секунду не остающаяся в покое, и нужно в масштабе реального времени получать и обрабатывать огромное количество различных данных. Но подвижки есть. В настоящее время, например, на орбиту Земли выводят новые спутники, которые будут передавать данные метеорологам в несколько раз оперативнее, чем те, с помощью которых ученые до сих пор исследовали атмосферные процессы. Есть планы использовать для изучения смерчей беспилотные летающие аппараты. Так что со временем нам удастся узнать о смерчах и их возникновении достаточно много. И тогда останется сделать следующий шаг: научиться создавать их искусственно. Зачем?
Мощность даже небольшого смерча диаметром 50 м и высотой в 1 км составляет не менее 100 миллионов киловатт. Это мощность всех электростанций бывшего СССР! Сумей человек создавать смерчи в заданном месте, чтобы они вращали ветротурбины, несметные потоки экологически чистой энергии оказались бы в его руках! И это не просто фантазия.
Уже давно существуют метеотроны. В простейшем случае это небольшие площадки (100 м>2), на которых расположено множество горелок. Если за 5 — 10 минут сжечь в метеотроне 10–15 т нефти, то над площадкой появляется смерч длиною в несколько сотен метров. Он быстро вызывает дождь и исчезает с его окончанием. Таким образом, необходимо лишь научиться делать искусственный смерч более устойчивым и доводить его до таких размеров, когда в нем начнется процесс собирания энергии.
Представьте, в пустынном месте установлен статор вихреустановки. Это расположенные по кругу направляющие лопатки, напоминающие поставленные вертикально крылья гигантских самолетов. Пойманный ими ветер в центре круга может достичь такой интенсивности, что начнется концентрация атмосферной энергии. Диаметр вихря с высотой начнет сужаться, а скорость движения воздуха в стенках расти до скорости звука. Получится смерч, перевернутый в небо. Самая опасная его часть — кончик хобота — окажется там, где никому не сможет принести вреда. Там, в высоте, и будет установлена ветротурбина.
Исходя из того, что нам известно, эта высота вряд ли будет меньше, чем несколько километров. Строить огромную башню и размещать на ней ветротурбину, наверное, сложно. Лучше построить летательный аппарат с дискообразным крылом, который будет поддерживать в воздухе энергия самого вихря. На нем и должна быть установлена турбина с электрогенератором (см. рис.).
