По образу и подобию

Ящик под зонтом

У этого правдивого рассказа три героя: ученый, изобретатель, студент, который еще не успел стать ни первым, ни вторым.

Все они равны в одном отношении — без любого из трех эта история не была бы написана, так как событий, легших в ее основу, просто-напросто не произошло бы.

Разрешите представить: академик Пелагея Яковлевна Кочина; автор более двухсот изобретений и технических разработок Александр Григорьевич Пресняков; студент Новосибирского государственного университета Саша Демчук.

Пелагея Яковлевна Кочина работает сейчас в Институте гидродинамики Новосибирского отделения Академии наук. Она занимается научными проблемами, связанными с движением жидкостей. Но это далеко не та чуждая земных дел наука, которую называют «чистой». Кроме всего прочего, в научном ведении Пелагеи Яковлевны вся Кулундинская степь. Это 130 тысяч квадратных километров плодородной земли. Кулунда словно создана для богатейших в мире урожаев, но ей не хватает воды.

Дать степи воду — последние годы этим вопросом деятельно занимались ученые. Они изучали степь, накопили огромный запас наблюдений. Многое удалось сделать практически. Однако было ясно — здесь необходимы и какие-то новые идеи орошения, пригодные для осуществления на огромной площади.

Ведь можно — до этого долго додумываться не надо — покрыть всю степь колодцами, установить насосы и качать воду. Но сколько десятков тысяч таких колодцев понадобится, во сколько миллионов это обойдется?

Можно создать на поверхности большие водоемы и распространять воду арыками. Но горячее солнце Кулунды заставит огромную долю этой воды испариться без пользы.

И вот Пелагея Яковлевна Кочина решила привлечь к решению проблемы изобретателей. Ведь это их дело — прокладывать кратчайший путь между теорией и практикой.

И тут появился Александр Григорьевич Пресняков.

Дано: Кулундинская степь. Вода на большом протяжении находится под водоупорным слоем на глубине от 2 до 5 метров, причем ее не слишком много.

Требуется: найти простой, удобный и дешевый способ снабжения растений водой.

Изобретатель предложил: не надо качать воду вверх, из земли. Надо… наоборот: сверху вниз, в землю качать воздух. Да, да, ввести в землю на определенную глубину трубы и нагнетать через них воздух, который заставит воду подняться снизу в почву, подойти к корням растений.

У Пелагеи Яковлевны за плечами десятилетия наполненной творчеством жизни. Но и она пришла в изумление, услышав об этом предложении. Еще бы: все привычное в орошении становилось с ног на голову!..

Осторожность ученого предостерегала. Ну, а все-таки, почему не попробовать?..

Мне не посчастливилось присутствовать при той их беседе, и немудрено. Журналист приходит к ученому и изобретателю уже после того, как гипотеза выдвинута, изобретение предложено. Но я представляю себе эту встречу.

Вижу, как авторучка изобретателя торопливо набрасывает схему нового метода орошения. Академик Кочина тоже берет лист бумаги. Но из-под ее карандаша появляются не линии, а формулы и цифры.

Пятнадцать минут общих подсчетов… Возможно!..

С академиком Кочиной я беседовал в Новосибирске. С Пресняковым — в Москве. Разделенные после коротких деловых встреч тысячами километров, они были благодарны друг другу за ту первую беседу, в которой появилась на свет и была одобрена научно-техническая идея.

Небольшое совещание в Москве, в Институте механики Академии наук СССР, тоже высказалось за проверку этой идеи. Новосибирский институт гидродинамики организовывал ее проверку. Где же именно? В Кулунде? Нет. До Кулунды очередь дошла позже; и это уже было не только проверкой способа, но и разработкой конкретной методики его проведения, выяснением деталей движения воды и воздуха, уточнением степени экономической выгоды способа Преснякова, а первая проверка была, разумеется, модельной.

В Новосибирске насыпали в ящик песок, покрыли этот песок тонким слоем почвы, посадили в почву растения, подвели снизу одну трубу, сверху другую. Через нижнюю пустили немного воды, через верхнюю стали подавать воздух. Но только чуть-чуть поднялся уровень воды. А дальше ни с места! И как это ни грустно, в полном соответствии с теоретическими выкладками нескольких новосибирских гидродинамиков, заинтересовавшихся этой проблемой.

Казалось бы, на идее можно поставить крест.

Да, тогда, после первого эксперимента, Пелагея Яковлевна была вправе с чистой совестью отметить в своем научном дневнике небольшую частную неудачу и забыть о ней.

Но, наверное, каким-то особым чутьем она понимала, что крест ставить рано.

Как раз в это время академику сообщили, что студент механико-математического факультета Новосибирского университета Саша Демчук, работающий летом в Институте гидродинамики, вернулся из Кулунды, где был в командировке.

— Саша, повторите, пожалуйста, опыт по этой схеме, — сказала Пелагея Яковлевна третьему герою этой истории. И передала ему письмо Преснякова.

Саша долго ходил вокруг ящика, оставшегося от первого, неудачного опыта. Потом попросил помочь ему вынести это сооружение из подвала во двор. Чтобы природа дождевым орошением не путала карты ученым, установили над ящиком обыкновенный, слегка потрепанный черный зонт.

Так появился ящик под зонтом.

Высота ящика полтора метра, сечение — примерно полметра на полметра. Три боковые стенки — металлические, четвертая — из органического стекла. Это своего рода витрина. Рядом с ящиком соединенное с ним водомерное стекло. Внутри, снизу, — песок, над ним слой чернозема. Сверху, пронизывая и чернозем и песок, почти до дна идет труба с заклепанным концом. Самая нижняя ее часть перфорирована — покрыта мелкими дырочками. Сбоку, через металлическую стенку, у самого дна в ящик входит другая такая же труба, горизонтальная. Через вертикальную трубу подают воздух, через горизонтальную — воду.

Вот, кажется, и все. Но именно про этот ящик под зонтом говорили в институте: «Наша Кулунда». И спорь не спорь, были правы. Потому что это действительно была маленькая модель Кулундинской степи. В ящике под зонтом существовали характерные для Кулунды взаимосвязи между песком, черноземом, влагой и воздухом.

Надо подчеркнуть вот что: Саша постарался в точности воспроизвести знакомые ему условия иссушенной степи.

Демчук занялся не просто повторением уже законченного опыта. Старая модель, по его мнению, передавала далеко не все свойства степи, которые в данном случае могли играть решающую роль. Там, в ящике со стеклянной стенкой, под слоем чернозема лежал лучший кварцевый песок, обычно используемый в литейном деле. А таков ли на самом деле грунт Кулунды? Нет. Значит, долой первосортный песок! Демчук взял самый обыкновенный песок, просушил его, утрамбовал, уплотнил, чтобы придать твердость естественного грунта. А чтобы сквозь перфорированные концы труб не проникал песок, обмотал их марлей. Словом, все было предусмотрено. Да и переход из погреба во двор был приближением к естественным условиям, усилением подобия модели и ее прототипа.

Через горизонтальную трубу подали немного воды, затем включили насос, и тот послал вниз воздух.

Вода стала подниматься вверх, поднялась на 9 сантиметров… А выше? Нет, выше она не двигалась. Как ни старались Саша и насос, толку не было. Кто-то, похлопывая студента по плечу, объяснял ему, что иначе и быть не могло, что все правильно — подтвержден прежний результат.

— Ничего! Свой хлеб ты не зря ешь, — утешали Сашу друзья, — второй раз проверить все-таки стоило.

А Демчук сидел на табуретке около ящика и словно чего-то ждал. И дождался. К концу дня он понял «секрет» — его выдало водомерное стекло.

Вода, поднявшись, была захвачена и удержана капиллярами. Слой же воды в нижней части ящика в результате опустился ниже уровня отверстий на вертикальной трубе, и воздух просто перестал доходить до воды. Выходило, что насос качает воздух вхолостую!

На следующий день Саша подал в ящик воду так, чтобы ее слой был на 100 миллиметров выше уровня перфорации. Теперь, как только начинал подаваться воздух, вода поднималась. За 20 минут — на 5 сантиметров. Еще 20 минут работы насоса — еще 5 сантиметров. Ничтожная скорость? Нет, даже если бы это количество воды шло не вверх, под давлением воздуха, а вниз, под силой собственной тяжести, оно двигалось бы медленней.

Словом, в конце концов вода поднялась до чернозема и вошла в почву. А почему?

Этот вопрос сначала надо задать по поводу первого неудачного опыта. Почему он был неудачен?

Потому, что опыт проводился не на воздухе, а в сыром помещении: состояние и движение воздуха не могло не оказывать воздействия на подъем воды. Виноват и кварцевый песок. У него во многом иные свойства, чем у песка Кулунды, он иначе смачивается водой, состоит из мелких кристалликов, а тот — из маленьких неровных шариков.

Нашлись и другие «потому». Отверстия трубок не были защищены, как в опыте Саши, марлей и засорялись.

Но за вопросом: «Почему сначала не удалось?» надо ответить и на другой вопрос: «Почему удалось теперь?»

А с водой происходили очень интересные вещи. Прежде всего — уже чисто механическое давление воздуха заставляло воду подниматься. Но роль играло не только это. Воздух, попав под землю и под воду, стремился выбраться «на волю». В утрамбованном песке для него оставались только дороги по выводным капиллярам — канальцам в массе грунта. Пузырьки воздуха сломя голову кидались в эти ведущие вверх тоннели. И второпях прихватывали с собой капельки воды. Говоря точнее, нижние части этих самых капилляров были уже заняты водой. Пузырек — воздушный шарик — поднимаясь сам, толкал перед собой и эту воду — каналы были слишком узки, чтобы вода и воздух могли в них разойтись.

Газ служит для жидкости лифтом. Давным-давно этот эффект «эрлифта» (от английского «Эйр» — воздух) предложил использовать в нефтедобыче изобретатель В. Г. Шухов.

И опять же, это еще не вся правда.

До сих пор мы говорили об орошении подземными водами с помощью воздуха. А как насчет самого воздуха?

Еще со школьной скамьи мы знаем, что горячий воздух способен нести в себе гораздо больше влаги, чем холодный. Когда горячий воздух загоняется в землю, он охлаждается и отдает грунту избыток влаги, который не в силах удержать. Кроме того, по-видимому, должны иметь место еще какие-то сложные процессы обмена влагой между воздухом и почвой. Об этом говорят, кстати, опыты профессора Н. Холина из Всесоюзного научно-исследовательского института сельскохозяйственного машиностроения. Он вводил в грунт воду непосредственно к корням растений. И пришел к выводу, что каждые 4–5 литров воды, введенных таким образом, «обращаются» в 10–11 литров, взятых почвой у воздуха.

Словом, вполне научно успех опыта был объяснен.

Ящик под зонтом отжил свой век. Задачу, поставленную перед ним, он выполнил. Но идее, во имя которой он родился, уже не дадут умереть.

В 1962 году началась полевая проверка ее на просторах самой Кулунды. Конечно, этот способ орошения будет здесь далеко не единственным.

Если рассказывать так подробно историю создания и проверок каждой модели, мне вряд ли удастся кончить эту книгу. В следующих двух историях о моделях постараюсь избежать биографических подробностей, касающихся их героев.

Итак, история вторая.