Часть первая - вступительная
Задумав написать роман-бытоописание об одном из великих физиков-атомщиков ХХ века Нильсе Боре, замечательный советский писатель Даниил Семёнович Данин принял весьма удачное решение. Предварительно, в качестве «пробы пера», перед изданием книги в цикле «Жизнь замечательных людей» (ЖЗЛ), он решил по частям опубликовать материал этого солидного труда, объёмом более 400 страниц. Небольшими отрывками по 10—15 страниц, в виде отдельных глав, текст печатали в любимом журнале советской интеллигенции, в «Науке и Жизни». Цикл этих статей в журнале растянулся почти на два десятка номеров и с большим интересом зачитывался и молодёжью и более солидными специалистами. Недаром Советский Союз считался самой читающей страной в мире, тем более, что журнальные номера «НиЖ» читались и дома, на досуге, и во время перерыва на работе, и в транспорте….и везде. А автор, Д.С. Данин, как бы предчувствуя какую огромную роль в этой трудной работе сыграет позиция, фантазия и мастерство импровизации автора, сделал очень многозначное и оригинальное предпослание.(«НиЖ» 70г. №12 стр.46). (Пусть как «необязательное признание», пусть «вместо вступления», но пространное напоминание о неизбежном и существенном влиянии «рук рыбака», «отлавливающего улов»,-- убедительно показано как неизбежность, которую вряд ли и стоит избегать.). Вот как это выглядит в статье о книге у самого Д.С. Данина:
А вот что произошло дальше :
Часть вторая — содержательная.
И вот к чему привело автора это «авторское «я», это искушение «вольнописания», которое предвидел Д.С. Данин в своём «добровольном признании».
Прочитав в 12 номере 70 года любимого популярного журнала «Наука и жизнь» отрывок из книги о великом Нильсе Боре, анонсированной Д.С. Даниным, я очень усомнился в достоверности такого эпизода:
«А в Манчестере был день, когда он захватил воображение Резерфорда неожиданным рассказом о маленьком опыте копенгагенского профессора Притца: свеча в фонаре — фонарь на нитке — перерезается нитка — падает фонарь — гаснет свеча… Отчего она гаснет? Такая пылкая увлеченность была в его рассказе, что Резерфорд, бросив все дела, пустился проверять наблюдение Притца…». Это на столько простой вопрос, и ответ на него столь очевиден, что ни для «пылкой увлечённости Бора» ни, тем более, чтобы Резерфорд «бросив все дела, пустился проверять наблюдение Притца» -- нет ни каких оснований. (Да и как бы Резерфорд практически мог «проверять наблюдение Притца»??? ….Фантазия, вымысел…).
Поэтому, я обратился в редакцию журнала с письмом-просьбой.
(Письмо в редакцию журн. НиЖ лит.сотруднику Котовой, копия Д.С.Данину).
« Уважаемая тов. Котова, 26 сентября прошлого года я обратился к Д.С. Данину…..»
«Глубокоуважаемый Д.С…….в сентябрьском 9 номере журнала меня особенно заинтересовал эпизод с опытами проф. Притца…. И их объяснение, данное Н. Бором, а главное—реакция на это Э . Резерфорда. Дело в том, что несколько лет назад мне пришлось заниматься вопросами горения в невесомости….. К сожалению, об экспериментах проф. Притца и отношении к ним Бора и Резерфорда мне ничего в литературе по горению найти не удалось. Буду Вам очень признателен, если Вы сообщите мне источник этих сведений… .).
Видимо, не получив ответа от Д.С. Данина до конца января 72 г., я вторично обратился за ответом в редакцию. Т.к. 07. Февраля 1972г. от Котовой мне пришло 2-ое «утешительное» письмо редакции.
Почти через пол-года после обращения к автору я, наконец, получил ответ от Д.С. Данина, датированный 19. 02. 1972 г., с сообщением, что: « К сожалению,……всё, что рассказано у меня об опытах проф. Притца, об истолковании их Бором и о реакции Резерфорда, содержится в неопубликованных интервью Нильса Бора историкам физики, которое он давал перед самой своей смертью осенью 1962 года. С этими интервью /машинописный текст/ я познакомился в копенгагенском Архиве Бора. Ничего, сверх того, что рассказано у меня , на интересующую Вас тему, там не содержится. Поэтому я не могу отослать Вас ни к какому более обширному источнику. Но вот что меня интересует: так как Вы занимаетесь специально проблемами горения в невесомости, Вы очевидно достаточно компетентны для того, чтобы сказать—справедливо ли истолкование Бора и существует ли другие истолкования явления, замеченного Притцем? С приветом Ваш Данин.».
Поскольку сомнения по поводу «истолкования явления, замеченного Притцем» Бором и оценки Резерфорда, я Д. С. Данину высказал, и усомнился в достоверности таких оценок опытов Притца Бором и Резерфордом, я убедительно просил его уточнить адрес копенгагенского Архива Бора и номер папки хранения, чтобы я мог запросить копии этих документов. (К сожалению, копии этого моего ответа Д С Данину не сохранилось.). Но после длительного молчания …. и моих неоднократных обращений в редакцию журнала НиЖ, мне пришёл второй ответ с извинениями Д.С. Данина, в которых он, якобы «вспомнил», что эпизод с опытами проф. Притца он взял не из предсмертного интервью Бора историкам физики …. и не в копенгагенском архиве,….. а из рукописных воспоминаний самого Бора, хранящихся в личном, домашнем, архиве супруги великого Нильса Бора.
После этого я ещё неоднократно обращался к Данину через редакцию журнала, с просьбой указать адрес хранения этого личного архива,….но никаких уточнений и ответов не получил. (к сожалению, текста последнего ответа Данина и копий этих моих запросов –тоже не сохранилось).
В изданной через 5-6 лет после этой переписки книге, я так и не обнаружил хоть каких-либо объяснений этого сомнительного эпизода с опытами проф. Притца и совершенно неадекватным восприятием столь тривиальных результатов Бором и Резерфордом:
«Такая пылкая увлеченность была в его рассказе, что Резерфорд, бросив все дела, пустился проверять наблюдение Притца…».
Долгое время я затруднялся внятно ответь на вопрос о том, чем именно мне кажется невероятным, если не сказать просто вымышленным, этот эпизод. Дело в том, что я не мог тогда, и сейчас, почти 50 лет спустя, не могу наглядно, хоть более или менее убедительно показать разницу в уровне сложности проблем того, что является предметом этой замечательной книги о великом физике ХХ века-- Боре …..и уровнем физики для «неполной средней школы» Российской деревенской глубинки начала прошлого века, на котором находится исчерпывающее «истолкование явления, обнаруженного Притцем». Нагляднее всего эту разницу уровней показать, разве что анекдотом времён действия общества «Знания», членами которого состояли почти все Учёные страны, обязанные периодически читать лекции по своей специальности в трудовых коллективах страны. Так настала очередь Л. Д. Ландау прочесть лекцию по Проблемам современной ядерной физики в передовом чаеводческом колхозе Грузии. После блестящей 2-х часовой лекции в обстановке абсолютного почтения и знаменитого Кавказского гостеприимства, председатель спросил есть ли вопросы к академику? Один седовласый старик сказал: « Спасибо, всё понятно! Но есть адын вапрос: как в камфет подушечка – повидло кладут?». Трудно сказать лучше.
И дело даже не в том, что за 150 лет до этого эпизода в Англии Майклом Фарадеем уже была написана одна из лучших книг по горению «История свечи»,--безусловно известная и Бору и Резерфорду, и исчерпывающе объясняющая роль тепловой конвекции в механизме горения и замечательной форме пламени свечи. И не в том, что к тому времени широко были известны роль и значение конвективной диффузии газов в механизме горения диффузионного пламени, и что уже тогда в замечательной серии книг типа «Занимательной Физики» отличного популяризатора физики для молодёжи, Якова Перельмана были блестяще описаны воображаемые опыты по горению в условиях невесомости и чудеса поведения жидкости в сосуде, помещённом в условия невесомости, наступающем и при свободном падении…. . Дело в несопоставимости уровней научного содержания всей книги …..и этого «курьёзного» опыта Притца, с совершенно естественным погасанием свечи в свободно падающем фонаре….. . Нежелание Д.С. Данина признать обоснованными мои сомнения по поводу достоверности такого эпизода в жизни Бора и Резерфорда тем более непонятны, что примерно за два года до нашей с ним переписки, в журнале «Физика горения и взрыва» №2 за 1969 стр.184 -188, уже была опубликована моя статья о горении и механизме потухания в невесомости диффузионного пламени бутилового спирта. Статья с наглядными иллюстрациями процесса потухания пламени и подробным объяснением этого явления. Причём, по степени «сложности» статья написана на уровне подготовки по курсу физики в объёме средней школы. Поэтому предполагать, что Д.С. Данин, так свободно описавший сложнейшие проблемы ядерной физики начала ХХ века, не понял тривиальности опытов Притца нет никаких оснований. Скорее всего он поддался искушению авторской свободы «жизнеописания», когда «….провокатором всех бед….бывала избыточность авторского «я»….которое вводит в соблазн «вольнописания». И если такие известные евангелисты как Матфей и Лука, Марк и Иоанн впадали в этот грех, «…то, что же сказать о простых смертных --авторах современных биографических сочинений». Этой индульгенцией, так предусмотрительно упомянутой в его «необязательном признании» (вместо вступления) скорее всего можно объяснить нежелание Данина подтвердить или хоть как то обосновать правдоподобие этого сомнительного эпизода в жизни двух великих физиков--Бора и Резерфорда.
Часть третья--практическая
А теперь по существу проблемы: если всё так очевидно и так просто, то зачем было нам изучать особенности диффузионного горения в невесомости ещё спустя почти 50 лет после описываемых событии? Причина в том, что среди множества новых проблем, вставших перед создателями обитаемых космических кораблей, с самого начала возникла тривиальная проблема борьбы за минимизацию стартового веса корабля. Обитаемый корабль должен содержать газовую среду, привычную ( или пригодную) для дыхания человека. В обычных земных условиях это воздух, содержащий в основном, 21% кислорода, необходимого для дыхания, и, примерно, 79 % азота, находящиеся под давлением 761 мм. рт. ст., или примерно, при одной атмосфере (1 атм.= 1 кг/см2). Вес металлической оболочки кабины корабля приблизительно Gо.к.=Vо.к.*рм.о., гдеVо.м.к.-объём материала кабины корабля, Vо.к.=Sо.к.*bо.к., где Sо.к. площадь сферической кабины корабля поверхности кабины, а bо.к.—толщина металла оболочки, т. е. стеки кабины. По законам сопромата, требуемая толщина сферической оболочки bо.к.=kз.*P*Dо.к./4u., где kз-коэффициент запаса прочности, с учётом значимости объекта и его автономности и недоступности, при возможной аварии принят равным 3. Р- номинальное значение давления воздуха в кабине космического корабля-1атм. или (1 кг/см2). Dо.к. –диаметр оболочки кабины, условно принятый равным 2,5 м., u—предельно допустимая нагрузка (сигма текучести). Для Ст.-3 равная 35 кг/мм2., условно принятая нами 15 кг/мм2., и наконец, плотность материала оболочки кабины.Ст.-3. равна 7,8 г/см3. Тогда вес оболочки кабины космического корабля оказывается функцией только одной переменной-давления воздуха в кабине корабля Р=1кг/см2 После подстановки численных значений всех величин, эта функция выглядит так: Gо.к.=191Р. И поскольку в нашем расчёте Р принято равным единице -- (1 атм.=1кг/см2), то вес оболочки условной кабины равен порядка 190--200 кг. По результатам исследований допустимого снижения давления газовой среды обитания человека, для обеспечения максимально безопасного выхода человека в открытый космос (Алексея Архиповича Леонова) были установлены два предельно низких давления, Р= 0,4 атм. для продолжительной работы и 0,27 атм.—кратковременно, на 5—10 минут—только на время прохождения шлюзовой камеры при выходе в открытый космос и при возвращении на борт корабля. Правда, при этих значениях давления состав атмосферы должен быть изменён: чем ниже давление, тем выше процентное содержание кислорода в смеси газов. Но это существенно не влияет на стартовый вес конструкции ракеты. И второе,-- предельные значения допустимого снижения давления в этом случае изучалось не ради снижения веса, а ради уменьшения Бурдоновских сил в надувных конструкциях скафандра космонавта и шлюза. Но это не принципиально в нашем случае. Если снизить рабочее давление только в кабине корабля с 1 ати., до 0,5 ати., вес силовой оболочки кабины снизится примерно в два раза, до 100 кг. Разброс стоимости выведения каждого килограмма на орбиту полёта корабля зависит от типа конструкции ракеты-носителя, типа двигателей, высоты орбиты полёта и даже от географического положения стартового комплекса. Поэтому эта стоимость колеблется тоже в очень широких пределах от 20—40 тысяч долларов за килограмм, до 85-90 тысяч долларов за килограмм. А так как речь идёт о возможности снижения стартового веса конструкции корабля примерно на сто килограммов, то речь идёт о суммах порядка до нескольких миллионов долларов на каждом запуске того или иного варианта корабля. Но при таком изменении состава и давления газовой среды кабины космического корабля изменяется и степень её пожарной опасности: снижается температура (и энергия) поджигания горючих материалов, меняется скорость распространения процесса горения, температура пламени и другие опасные параметры пожара. Именно изменение этих показателей пожарной опасности объекта отчасти послужило причиной гибели 3 х американских космонавтов, экипажа корабля Апполон -7: Грисома, Чаффи и Уайта. И это тем более досадно, что эта беда случилась не в полёте, а при проверке исправности систем кабины корабля в наземных условиях. Совокупность и взаимозависимость этих опасных факторов пожара и требовали новых исследований процессов диффузионного горения при совместном влиянии факторов невесомости и изменённого состава газовой среды в кабине космического корабля. Как подтвердили экспериментально наши исследования механизма диффузионного горения при пожаре в условиях невесомости оно вообще не возможно…. . Но пожарная безопасность в кабине космического корабля при этом не становится выше. Проблема лежит совсем в другой плоскости. В условиях невесомости, т.е. при отсутствии тепловой (температурной) конвекции газовой среды в кабине космического корабля, для обеспечения нормального функционирования органов дыхания человека, конвекция в условиях гравитации должна быть в условиях невесомости заменена обязательной принудительной циркуляцией газовой среды с определённой интенсивностью. Т. к. в условиях полностью неподвижной газовой среды в зоне обитания человека в условиях невесомости, он уже на втором или третьем вдохе задохнётся от низкой концентрации кислорода и высокой концентрации углекислого газа в продуктах его предыдущих выдохов, которые будут неизбежно скапливаться вокруг его органов дыхания (носа и рта), если газовые потоки в окружающей среде отсутствуют. В кабине с неподвижной газовой средой, человек вынужден был бы постоянно перемещаться, как морская акула, у которой в неподвижном состоянии нет протока свежей воды через жаберные щели и её дыхание становится невозможным. Поэтому, принудительная циркуляция газовой среды в обитаемых отсеках космического корабля совершенно обязательна, а именно её интенсивность в самой значительной степени будет определять механизм и интенсивность диффузионного горения при пожаре. Это было важно «вчера», важно «сегодня»,-- но особенно будет важно «завтра» при проектировании и строительстве больших международных космических станций и космических кораблей с бОльшим временем пребывания на бОльшем удалении от Земли… .Вот почему продолжение изучения особенностей диффузионного горения в условиях невесомости так необходимо и сегодня и в будущем.
И. М. 25.04.21. Корректор Павлова П.А.