На крыльях мухи

     Начнем с самого начала. С давних времен люди наблюдали за полетами в природе и, подобно другим живым существам, стремились лететь. Сперва, они пытались скопировать планирующий полет крупных птиц и семян деревьев. Китайцы, например, придумали воздушного змея, чтобы подниматься на нем в небо. Многие просто прыгали с высоких башен и откосов, держа в руках планирующие предметы, рискуя своей жизнью. В 16 веке холоп Ивашка прыгнул с монастыря с самодельными крыльями, сумел пролететь и благополучно приземлиться, но был казнен по приказу Ивана Грозного, для примера, чтобы неповадно было человеку летать. Леонардо да Винчи создал такие замечательные чертежи летательных аппаратов, что в 70-ых годах 20-го века по ним был изготовлен дельтаплан, который показал прекрасные летные качества. Вообщем, народ трудился, не покладая рук, в стремлении поскорее освоить воздушное пространство, используя только планирующий полет, для взмахов крыльев не хватало мускульных усилий.
     В 19 веке талантливый польский скульптор, изобретатель-самоучка,"Икар с Дунайца", как его называет, Ян Вненк, сконструировал планер, крылья которого могли совершать машущие движения при помощи силы ног. Ян Вненк спускался на своем планере с колокольни. Самый длинный его полет составил 1350 метров. Испытания машущих крыльев продолжались и в наше время. Так, французский летчик-испытатель Валентейн в 50-х годах 20-го века испытывал "стрекозиные крылья", выпрыгивая с летящего самолета. Был создан целый ряд небольших моделей, но все-таки машущий полет успеха не имел.
     Сейчас в воздухе находятся различные аппараты, летающие по принципу неподвижного (немахающего) крыла. Даже вращающиеся лопасти вертолетов совершают только горизонтальные перемещения в потоках воздуха, в то время, как при машущем полете, крыло движется во всех направлениях. Отвлечемся на минутку от искусственных летательных аппаратов и взглянем на живые "модели". Кто и каким образом бороздит в наши дни воздушные просторы? Оказывается, очень разнообразные группы животных. Среди млекопитающих наиболее известны рукокрылые (летучие мыши). Планирующим полетом пользуются некоторые ящерицы, змеи и даже лягушки. Летающие рыбы также выпрыгивают из воды и, при помощи видоизмененных плавников, пролетают значительные расстояния, залетая даже на палубы судов.
     Но хозяевами воздуха, безусловно, являются насекомые и птицы. Причем, считается, что птицы - это всего лишь динозавры, отправившиеся в небо в погоне за летающими насекомыми. Полет птиц можно разделить на планирующий и машущий. При планировании птица движется в воздухе продолжительное время, не делая взмахов крыльями и пользуясь восходящими воздушными потоками, которые образуются вследствие неравномерного нагрева солнцем поверхности земли. Скорость движения этих потоков определяет высоту полета птицы. Используя различия в скорости двух потоков, неравномерное действие ветра, парящая птица может часами держаться в воздухе, подниматься и опускаться, не тратя особых усилий. Птица, обычно, пользуется не одним типом полета, а комбинирует их в зависимости от обстоятельств. За взмахом крыльев следует планирование. Им пользуются птицы крупных и средних размеров. Мелкие птицы все время энергично работают крыльями. В полете птиц большое значение имеют маховые и хвостовые перья. Они поворачиваются в полете под различными углами, играя роль элеронов и других органов управления современных самолетов.
     Но птицы, это еще не самое главное в нашем разговоре о полетах. Потому что настоящими первооткрывателями неба среди животных и самыми виртуозными "летчиками" являются насекомые, поднявшиеся в воздух аж в каменноугольном периоде! Представляете, сколько у них было времени, чтобы совершенствовать свои крылья и другие летательные приборы? В отличие от птиц, крыло насекомого - это цельная пластинка. Наиболее совершенным, с точки зрения аэродинамики, является полет крупных насекомых: стрекоз, больших бабочек и мух. Например, мухи-журчалки могут неподвижно висеть в воздухе и стремительно летать в любом направлении: вверх, вниз, вправо, влево, вперед, назад.( Обратите внимание, это как раз то, чего хотелось бы каждому из нас, не правда ли ?)
     Большинство летающих насекомых имеют две пары крыльев, но, как правило, в полете передние и задние пары крыльев действуют совместно, совершая общие движения. Для этого у многих видов имеются приспособления сцепляющие переднее и заднее крыло. Методы скоростной киносъемки показали, что крылья насекомых в полете совершают очень сложные фигуры. Например, при стоячем полете у мух-журчалок или зависших над цветками шмелей концы крыльев описывают фигуры похожие на восьмерку. При полете бабочек, широкая пластина их крыльев совершает волнообразные движения. Многие группы насекомых, являясь четырехкрылыми, в полете используют только одну пару крыльев. Это, например, всем известный майский жук, у которого передняя пара крыльев служит отдаленным подобием плоскостей самолета, а задняя заменяет мотор. По типу полета таких насекомых называют "заднемоторными", к ним, кроме жуков, относятся еще и клопы.
     У комаров и мух плоскостями и моторами одновременно служат передние крылья ("переднемоторные"). Задняя же пара крыльев превратилась у них в жужжальца, булавовидные образования, выполняющие разные функции. Всем известно, что мухи взлетают стремительнее, чем жуки. В этом важную роль играют жужжальца. При взлете майского жука мы слышим сначала жужжание, а только потом видим, как он отрывается от поверхности. Чтобы крылья достигли определенной частоты взмахов, жуку нужно время. Мухи сперва приводят в движение жужжальца, которые практически мгновенно набирают необходимую частоту взмахов, затем срабатывает сцепление" с основными крыльями, и муха взмывает ввысь. В полете жужжальца вибрируют в одной плоскости, выполняя роль гироскопа самолета, т.е. указывают ориентацию тела насекомого в пространстве. На крыльях и туловище насекомых установлено множество датчиков (сенсилл), указывающих параметры полета, аналогичных, например, П.В.Д.(приемнику воздушного давления) крыла, кока и другим.
     Мелкие насекомые часто используют крылья для пассивного переноса воздухом, подобно семенам растений. Так, крошечные трипсы ( до 3 мм длиной), среди которых много вредителей сельского хозяйства, имеют 2 пары мельчайших крыльев, края которых усажены бахромой из длинных волосков, за что эту группу насекомых называют Бахромчатокрылыми. Длинные волоски помогают трипсам парить на большие расстояния и попадать в фрамуги теплиц и другие места, где их совершенно не ждут.
     Всем известны дальние перелеты птиц. Такие же дальние перелеты могут совершать и насекомые. Стаи саранчи из Северной Африки периодически залетают в Европейские страны, в том числе и в Россию. Крупная бабочка, бражник мертвая голова постоянно долетает из Средиземноморья и Северной Америки до самого севера Европы. Через моря и океаны перелетают стаи стрекоз. Значительные сезонные перелеты совершают бабочки монархи. Даже стаи божьих коровок неоднократно встречались кораблям в открытом море. Известный среднеазиатский вредитель культур полеводства - горный клоп, назван так, потому, что на зимовку улетает высоко в горы, добираясь до ледников!
     Подведем итоги всему выше сказанному. Нам очень бы хотелось иметь такой аппарат, который не нуждается в специальной взлетной площадке, двигается во всех направлениях, преодолевает различные расстояния с высокой скоростью, что-то типа мухи-журчалки. Но расчетам, если бы удалось полностью скопировать летательный аппарат, например, стрекозы, то сконструировав его из современных материалов человек вполне мог бы летать, используя только свою мускульную силу. Правда, в последнее время выяснилось, что мышцы насекомых все же мощнее мышц позвоночных, в том числе и человека. В частности, у них более богатый энергетический внутриклеточный потенциал ( больше митохондрий). Тем не менее, мы не теряем надежды, что со временем удастся изучить и скопировать принципы полета насекомых и каждый из нас будет иметь возможность летать на "стрекозиных крыльях", не завися больше от наземного транспорта.