Три основных источника лифта в атмосфере, в порядке убывания их распространенности: термический лифт, орографический лифт, волновой лифт. (Виноват, что приходится использовать кальки с англоязычных терминов, но русских я не знаю.) Рассказываю по порядку.
* * *
Термический лифт -- это попросту восходящие потоки теплого, нагретого у земли воздуха. Самая распространенная, буквально вездесущая форма лифта. И самая понятная. Хотя и есть в ней свои загадки, и строят умные головы по ее поводу математические модели из трехэтажных уравнений. Суть идеи простая: воздух не нагревается солнечными лучами непосредственно -- нагревается подстилающая поверхность, и только от нее нагревается очень тонкий слой воздуха. Тонкий, конечно, только в масштабах атмосферы, но тем не менее ведет он себя как тонкий слой. Например, он "прилипает" к подстилающей поверхности. Именно поэтому солнечная радиация сама по себе еще не в состоянии вызвать термическую активность. В отсутствие триггеров, таких как рельеф, ветер или сильно неоднородные участки поверхности, горячий приземный слой воздуха остается совершенно стабильным, равномерно распределенным по поверхности. Другое дело, если есть нечто, способное вызвать начальное движение в этом слое. Порывистый ветер, например, делает это с легкостью -- но, к сожалению, с такой же легкостью и разрушает вертикальные потоки. Про такое явление говорят -- рваный лифт. Замечательно и без таких побочных эффектов работает рельеф поверхности. Моя любимая аналогия: представьте себе мокрый потолок в ванной комнате. Тонкая пленка воды может оставаться на ровном потолке довольно долго, но если на поверхности есть неровности, вода стекает в самые низкие точки и образует капли, которые по мере роста преодолевают силы поверхностного натяжения и отрываются от поверхности. Точно то же самое происходит с воздухом над рельефом: там где есть хоть незначительный уклон, теплый воздух "стекает" вверх, к более высоким участкам рельефа. Там, наверху, куда горячий воздух буквально стекается по склонам, происходит накопление "капли" и в какой-то момент она отрывается и уходит вверх термиком. В зависимости от объема скопившегося горячего воздуха и интенсивности прогрева и поступления нового термик может быть либо пузырем, либо "сосиской", либо колонной. Обычно время жизни одного термика бывает от нескольких минут до нескольких десятков минут. Также обычно термики рождаются на одном и том же месте периодически, особенно если это какая-то характерная особенность рельефа. Но иногда условия настолько хороши, что в жаркий солнечный день один поток может жить на одном месте почти непрерывно. Именно поэтому так хороша термическая активность в горах (рельеф) или в пустыне (раскаленная поверхность с неограниченным притоком горячего воздуха в установившийся поток). Нужно ли говорить, что происходит там, где горы, холмы или скалы расположены в пустыне? Добро пожаловать в Неваду!
Иногда термики проявляют себя только внезапным резким, порывистым и быстро стихающим ветром у земли, в пустыне -- часто вокруг быстро перемещающегося пыльного смерчика. При этом на небе может не быть ни облачка -- такие дни называются голубыми. В голубые дни трудно летать, потому что ориентироваться приходится исключительно на ощупь. (Ну разве не парадокс? Ни облачка, видимость сто километров, и вдруг -- на ощупь.)
Часто, при определенном соотношении устойчивости атмосферы и уровня конденсации, результат деятельности термиков можно наглядно видеть -- это так называемые облака хорошей погоды, белые и пушистые кучевые облака в ясном небе. По таким облакам можно следить, как возникают, живут и иссякают под ними питающие их термики. Обычно высота подошвы таких облаков варьируется от одного до трех километров на равнине и может достигать 6-7 километров в горах. Вертикальное развитие таких облаков невелико, так как достигнув уровня конденсации термики быстро утрачивают движущую силу.
Если атмосфера неустойчива, то сценарий меняется. Если тепло, выделяющееся на уровне конденсации достаточно, чтобы придать новую энергию движению потока, термики не останавливаются на уровне конденсации, а продолжают подниматься вверх. Возникают облака с интенсивным вертикальным развитием, быстро растущие и живущие очень интенсивной жизнью внутри. В какой-то момент бурная деятельность внутри такого облака прорывается наружу -- громом, молниями, обрушивающимися с большой скоростью воздушными потоками, часто несущими большие массы воды в виде ливня или града. Вертикальное развитие грозовых облаков весьма значительно, их вершины часто вторгаются глубоко в стратосферу, достигая высот порядка 13-15 километров, а иногда и выше.
Грозовое развитие -- это крайний случай, когда мощная энергетика этого явления достаточно наглядна для земного наблюдателя. Но даже и в мирный теплый тихий солнечный летний день термическая конвекция обладает колоссальной энергией, хоть заподозрить это с земли и почти невозможно. Зато это очень, поверьте, очень наглядно видно из планера.
К этому зрелищу почти невозможно привыкнуть. Первый раз просто поражает воображение. Выглядит это так. Вы летите в планере, и впереди вас, метрах в двухстах, другой планер. Оба тянутся в сторону во-о-он того аппетитного, такого пухленького и беленького кучевого облака с плоской темной подошвой, обещающего хороший лифт. Он впереди, вы позади, облако надвигается на вас спереди и сверху. Отвлекитесь на секунду -- и вы пропустите тот самый момент когда планер, только что бывший впереди, внезапно выстреливает вверх.
Скорость его подъема выглядит нереальной для наблюдателя вблизи. Впечатление такое, будто кто-то наверху дернул его, как игрушечный бумажный шарик за резинку. Вот он ложится на крыло и начинает навивать тугую спираль внутри невидимого несущегося вверх столба.
Через несколько секунд вы уже под ним, и вот оно! Вы чувствуете долгожданный "бум" снизу, на секунду все тяжелеет и одно крыло подбрасывает выше другого. Ловите это крыло, обопритесь на него, положите глайдер на него -- ибо оно идет вверх. Потянитесь этим крылом, потянитесь в самую середину потока, протяните его туда, где стихия несется вверх быстрее всего -- и вот он, самый желанный звук, нарастающее потрескивание вариометра! Увы вам, увы! Ибо этот звук и все, что его сопровождает -- один из самых сильных наркотиков в мире.
Вы слушаете этот звук, и он становится вашей мелодией. Вы играете ее на большом волшебном крылатом инструменте, вы выводите ее собственной рукой на ручке, как смычком, и она меняется, то стихая, то нарастая вновь, меняя темп и тон, подвластная вашей воле и силе потока.
Несколько коротких, стремительных минут фехтовального поединка с яростным потоком -- ну почему всегда таких коротких минут? -- и вы под подошвой облака. Замрите! Посмотрите вверх. Смотрите, такого не увидеть нигде. Над вами рождается облако. Как пар над носиком гигантского чайника, поток, поднявший вас сюда, становится видимым у вас на глазах. Сначала в нем появляются тонкие нити, они растут и утолщаются, они превращаются в жгутики летящего вверх тумана. Туман сгущается и уплотняется, жгутики превращаются в струи, они растут, расширяются, приобретают почти осязаемую структуру, становятся вихрями, заполняя собой все пространство. Текущий вверх поток обретает плоть, питая собой облако. Колоссальная энергия этого превращения и происходящего вокруг вас движения ошеломляет и захватывает.
Сбросьте благоговейное оцепенение. Облако уже не тот пухленький беленький комочек в небе. Это облако растет и взрослеет, оно набирает силу и вы физически ощущаете эту силу, она давит, опускаясь, надвигаясь на вас вместе с облаком. Облако всасывает в себя воздух и, кажется, поглощает само пространство. Воздух вокруг сгущается и темнеет, он холодный и влажный на ощупь. Край облака опускается, заполняя горизонт, потом размывается и исчезает -- у облака больше нет края, все вокруг становится облаком. Белый свет меркнет, земля внизу, только что сиявшая ослепительно под ярким солнцем, подергивается сначала легкой пеленой, потом все более сгущающейся завесой мглы. Не время расслабляться -- зазевайтесь на минуту и вы окажетесь в темном холодном чреве облака, где нет ни верха, ни низа, ни земли, ни неба. И придется тогда штопорить из этого мрачного места вниз, обратно к белому свету. Штопорить -- это, как ни странно, единственный безопасный и надежный способ вырваться подобру-поздорову из облака, ибо как иначе лететь вниз, не зная где низ? К терапевту -- нет сегодня настроения, да и закон не велит. Ходу отсюда, бежать, уносить ноги!
Нос вниз, в уже было мутнеющую землю -- и вот контуры ландшафта проступают снова и все быстрее, указатель скорости бодро тянется к желтому сектору. Так и не получивший своего, вспоротый белым пластиком воздух отчаянно воет вокруг. Под этот вой и все еще под победный треск вариометра вы вырываетесь на волю, навстречу белому дню и солнечному свету. Как хорошо и тепло под солнцем!
Облако остается позади. Издалека оно опять притворяется белым и пушистым, но теперь-то вы знаете про него кое-что. Впрочем, оно стареет, его участь уже предрешена. Через несколько минут восходящий поток под ним ослабеет и разрушится. Лишенное источника энергии облако потеряет резкие очертания, его нижняя граница размоется и теперь оно будет расплываться вширь и таять. Время двигаться дальше. Видите вон тот маленький клочок ваты в небе впереди? До него три-четыре километра. Через несколько минут поток под ним наберет полную силу, и клочок пара станет таким же облаком, каким было вот это несколько минут назад. Вам надо быть там. Замолчи, вариометр, замолчи! Прекрати этот унылый стон. Я знаю, мы летим вниз. Терпи, осталось всего два километра...
Для тех технократически устроенных, кто более склонен к описаниям явлений при помощи цифр нежели эмоций, следующая грубая прикидка. Весьма посредственный термик высотой 3 км и диаметром 300 м обладает внушительной массой -- более двухсот тысяч тонн (~2e8 кг). Приняв 5м/с за среднюю скорость потока, получим величину кинетической энергии более пяти миллиардов джоулей (~5e9 Дж). Примерно такой же энергией обладает железнодорожный состав из двухсот 75-тонных груженых вагонов, движущийся со скоростью 70 км/ч. В этой прикидке учтена только кинетическая энергия поступательного движения -- если учесть вращательное, то, возможно, цифры увеличатся в разы.
Недостатки, ловушки и хитрости. Термики непостоянны и непредсказуемы. Можно надеяться, что некие элементы земной поверхности при определенных условиях будут генерировать лифт -- но никогда нельзя на это рассчитывать. Опять же, можно пройти в ста метрах от мощнейшего термика и никогда не заподозрить о его существовании, особенно в голубой день. Или можно влететь в сильный поток лишь для того, чтобы через две минуты обнаружить, что он выдохся и больше не работает.
Термическая активность не начинается с восходом солнца. Обычно необходимо несколько часов, чтобы прогреть остывшую за ночь поверхность и разрушить утреннюю инверсию в нижней атмосфере, когда воздух у земли холоднее, чем на высоте и поэтому устойчив. В горах день не начинается по-настоящему до 11-12 дня, в пустыне -- и того позже, 1-2 пополудни. Но зато термики могут существовать даже после заката солнца, хотя, конечно, слабые и ненадежные. Вообще, на протяжении дня характер термической активности меняется непрерывно и значительно -- от никакого до (иногда) грозового развития и обратно до никакого, так что очень важно согласовывать тактику полета, агрессивность в продвижении по маршруту с поведением атмосферы. В хороший день можно рассчитывать на 6-7 часов пригодной к употреблению термической активности, иногда даже до 9. Это основное ограничение на возможную дистанцию, поэтому за среднюю скорость на маршруте приходиться бороться всеми правдами и неправдами.
Облака, часто результат термической деятельности в атмосфере, порой ее же и разрушают, чрезмерно препятствуя поступлению солнечной радиации к земной поверхности. Хороший день может обернуться плохим очень быстро, если верхний слой тропосферы неустойчив или наоборот, имеется инверсия -- устойчивый слой. В первом случае вероятно грозовое развитие, во втором -- образование плотного слоя облаков и прекращение термической конвекции. Вывод? Представлять атмосферу и держать глаз на том растущем кучевом облаке на горизонте.
Высота полезного термического лифта, очевидно, ограничена нижней кромкой облаков, которая, в свою очередь, обусловлена температурой и количеством влаги в атмосфере (уровень конденсации) и наличием температурных инверсий на высоте (которые как крышкой закупоривают дальнейшее вертикальное движение потоков). Впрочем, в хороший день в горах термики достигают "запрещенных" высот -- более 18000 футов над уровнем моря -- где начинается воздушное пространство класса "А" и где положено летать только спросивши разрешения у взрослых. (Однажды я спохватился только когда в уверенных 10 узлах лифта я счастливо поднялся на 18.6 Кфутов над горой Патерсон... Причем на заднем сидении у меня тикал и регистрировал высоту барограф... Упс. Не говорите никому, ладно?)
Ну и самый большой "недостаток" -- то, что идет вверх, должно идти и вниз. Рядом с мощными термиками неизбежны столь же мощные нисходящие потоки -- синки (от "to sink" -- тонуть). 5 м/с синк мгновенно превращает эффективное аэродинамическое качество из, скажем, 35 в 7 или 8. Бороться с этим невозможно, от этого можно только удирать -- увеличивать скорость и вырываться из синка как можно быстрее.
Орографический лифт (или, в обиходе, ridge lift) возникает, когда приземный ветер обтекает возвышающиеся элементы рельефа. В зависимости от скорости ветра, его порывистости, угла к склону, крутизны, высоты и характеристик поверхности склона образующийся восходящий поток может быть достаточен для поддержания полета. Очевидно, что умеренно сильный ровный ветер, дующий поперек крутого, но гладкого высокого склона создает наилучшие условия. Беда в том, что сильный ветер редко бывает ровным у земли, а крутые и высокие склоны редко бывают гладкими. Не менее существенно, что там, где есть такие склоны, часто нет подходящей посадочной площадки, а с неожиданным изменением ветра понадобиться она может очень быстро!
Так или иначе, все трудности преодолимы, и народ летает порой очень длинные маршруты, сотни километров, используя почти исключительно орографический лифт. Для этого выбирается система хребтов, обычно примерно параллельных друг другу. Если день удачный и подходящий ветер дует поперек общего направления хребтов, то можно летать вдоль склонов, иногда перескакивая с одного хребта на другой и покрывая значительные расстояния.
Хорошего об орографическом лифте можно сказать мало :) . (1) Сравнительно предсказуем -- где есть "правильный" ветер и склон, будет лифт. Это так удобно -- рассчитывать хоть на что-то в этом таком ненадежном спорте... Ага, сейчас. Заметили, я сказал: "сравнительно"? (2) Присутствует независимо от термальной активности, например, утром, до прогрева земной поверхности, или вечером, после заката. Или под облаками. (На самом деле, в отсутствие термиков орографический лифт даже лучше -- потому что ветер ровнее, мягче.) Опять же это удобно, т.к. выглядит более надежным, чем термальный лифт. Ну, хотя бы на первый взгляд. (3) Иногда склон (или, чаще, одна его характерная часть, такая как "ковш" в склоне) довольно предсказуемо "запускает" термики. Склон и лифт на нем позволяют продержаться в воздухе до схода термического пузыря. Обнаружив пузырь, можно попытаться зацепиться за него, перейдя в режим обработки термика. Одна беда, пузырь будет дрейфовать по ветру, через хребет и на его подветренный склон -- неудачное место, если вдруг потерять термик.
Неприятностей больше. Первое и очевидное, высота области восходящего течения на склоне лишь немногим больше, чем высота самого склона. Поэтому большую часть времени в этом лифте приходится проводить под склоном, что отнюдь не добавляет душевного спокойствия. Иногда приходится подолгу искать "высокую" точку в лифте, чтобы комфортно перепрыгнуть через вершину этого на следующий склон. Второе, область лифта сравнительно узкая, поэтому чтобы ею пользоваться, приходится держаться близко с склону.
Вот на этом давайте остановимся чуть-чуть подробнее. Беда в том, что, как оказывается на поверку, царь зверей -- Человек (а вы что подумали?) -- умудрился сохранить органы чувств первобытного сухопутного пресмыкающегося. В данном случае нас подводит зрение. Оно просто-напросто не позволяет нам сколько-нибудь точно определять расстояния, большие нескольких метров. Кто не имел возможности убедиться лично, поверьте мне на слово: определить расстояние до склона без специальных навыков просто невозможно.
Дело в том, что мы вообще не в состоянии отличить крупный элемент рельефа, находящийся далеко от мелкого, находящегося близко. С высотой над равниной обычно немножко проще -- мы можем определить размеры предметов на земле, таких как деревья, дома, дороги. Это задает масштаб, и от этого масштаба можно плясать при определении расстояний. Со скалами все гораздо хуже. Если на камнях нет крупной растительности -- деревьев, кустов (трава здесь не помощник) -- то нет никакой возможности определить размер. Совершенно невозможно отличить небольшой камень от крупного утеса и от целой огромной скалы. Первый раз с непривычки это удивительно до испуга, но это чистая правда. Как только из поля зрения исчезает последний знакомый предмет, ощущение глубины -- расстояния до рельефа -- исчезает напрочь. Со временем навык появляется. Как всегда, тут важно, чтобы появлялся навык, а не опыт :) .
Сейчас кто-нибудь грамотный мне возразит, что, на самом деле, все очень просто, и я просто не знаю, на что нужно смотреть, чтобы легко и точно определить расстояние. Параллакс, скажет мне кто-нибудь умный, -- вот что тебе поможет. Мол, если ты летишь близко от склона, то склон несется мимо тебя быстро, а если ты от склона далеко, до картинка плывет медленно и плавно. Ага, щас. Позвольте мне напомнить этому сообразительному, что наше зрение недалеко ушло от зрения сухопутных пресмыкающихся. Наш глаз, как и глаз ящерицы сотни миллионов лет назад, способен определить только относительное движение. Поэтому понятий "быстро" или "медленно" для нас просто не существует. Есть "быстрее" и "медленнее". Но по сравнению с чем? Вот ведь беда. Сухопутное пресмыкающееся всегда имеет что-нибудь в поле зрения для сравнения. Оно не приспособлено летать в нескольких десятках метров над скалистыми склонами -- и я так думаю, оно бы чувствовало себя очень некомфортно, если бы ему пришлось.
Еще подробнее. Представьте себе, что вы едете в машине и пытаетесь определить вашу скорость на глаз. Осознаете вы это или нет, но вы проделываете следующее. Вы смотрите в какую-нибудь удаленную точку, в сторону или прямо по ходу -- это не важно. Угловая скорость перемещения изображения этой удаленной точки для наблюдателя мала, и вы принимаете ее за неподвижную. Потом вы смотрите на что-нибудь ближе к вам -- скажем, на обочину или дорожную разметку. Она перемещается быстро. Бинго! Вот вам и есть что с чем сравнивать. На самом деле, мы просто всегда держим в поле зрения одновременно более удаленные (горизонт) и менее удаленные (обочина) точки, и по их взаимному движению можем определить скорость. Если не верите, попробуйте определить скорость, глядя на несущийся асфальт или ближнюю обочину сквозь кулак, чтобы ограничить поле зрения. Или наоборот, глядя на плывущие над головой облака. В первом случае все сливается в одну размытую полосу, во втором -- остается неподвижным, но ни так ни этак ничего о скорости не говорит. (Не надо это пробовать, когда вы за рулем.)
Итого: трюк, позволяющий нам (и сухопутным пресмыкающимся) определять скорость и расстояние -- это возможность одновременно держать в поле зрения "неподвижные" удаленные ориентиры, такие как горизонт; и ближайшие к нам предметы -- и все в промежутке -- и оценивать из относительное перемещение. Теперь нечто новое в этой картинке, вернее, нечто отсутствующее. Поблизости от летящего вдоль склона планера нет ничего видимого, что, как та обочина, давало бы нам представление о полной скорости нашего движения. Нет ничего видимого -- значит, нет ощущения (т.е. возможности оценить) скорость. Нет ощущения скорости -- нет и ощущения глубины, расстояния до рельефа.
Еще одна иллюстрация к тому же явлению. Те, кто обращал на это внимание, наверняка помнят, как ошеломляет внезапно "увиденная" скорость, когда вы сидите перед иллюминатором самолета, медленно летящего над плавно плывущими внизу облаками, и вдруг ваш самолет проносится сквозь или совсем рядом с облаком. То же самое -- пока нет "ближней" точки отсчета, скорость не оценить.
Да, так мы о ridge lift... Еще одна неприятная особенность орографического лифта связана с трением воздуха о поверхность склона. Вблизи поверхности ветер слабее -- и этот градиент сохраняется даже в нескольких десятках метров от склона. Теперь представьте себе планер, летящий вдоль склона: одно крыло дальше от поверхности, другое ближе. Эффект особенно заметен, если планер поворачивает в сторону склона, т.к. при этом крылья не горизонтальны, а наклонены к горизонту. Хуже всего, если крылья оказываются наклонены перпендикулярно склону -- при этом разность скорости восходящего потока на двух крыльях максимальна. Возникающий момент стремится опрокинуть планер в сторону склона, увеличить крен. В сочетании с малой воздушной скоростью и, следовательно, пониженной эффективностью элеронов эффект может быть опасным. Вывод -- держать скорость чуть повыше вблизи рельефа (как насчет оценки расстояния?) и, главное, никогда не поворачивать в сторону склона. Развороты вдоль склона -- только от хребта. Если нужно подойти ближе к рельефу, достаточно просто позволить ветру снести тебя -- но не поворачивать креном.
Как и с термальным лифтом, все, что идет вверх должно где-то идти вниз. В случае орографического лифта вниз идет все на противоположном склоне. Вдоль подветренного склона ветер течет вниз, причем течение возмущенное, часто с развитыми роторами и всегда непредсказуемое. Дать сдуть себя за вершину хребта -- значит садиться очень скоро, в болтанке, вероятнее всего прямо на склон... Плохой вариант.
Волновой лифт. (См. подробное описание одного полета в волне.) По-английски это явление называется Mountain Lee Wave, а связанный с ним лифт -- Mountain Wave Lift соответственно. Как по-русски -- не знаю, поэтому буду пользоваться кальками "горная волна" и "волновой лифт". Суть в том, что стабильная воздушная масса течет над горной грядой, примерно перпендикулярно направлению главных хребтов. Каждое поперечное сечение потока, проходя над грядой, отклоняется вверх, затем "проваливается" вниз, и снова отпружинивает вверх и так далее. Возмущенный грядой поток продолжает колебаться в вертикальной плоскости вниз по "течению" от хребта. При этом в течении образуется стоячая волна: области, где поток поднимается и опускается остаются неподвижными относительно ориентиров на земле.
Простая аналогия. Представьте себе речной поток, текущий над сравнительно гладким дном. Поверхность потока остается ровной. Но вот поток натыкается на бревно, лежащее на дне поперек реки. Непосредственно над бревном на поверхности образуется "бугорок", за ним по течению -- впадина, дальше еще один бугорок и так далее. Это и есть стоячая волна -- она неподвижна относительно берегов. Причем, если вы обращали внимание, второй бугорок будет даже выше, чем первый. Второй или даже третий гребень волны будет самым высоким, и дальше вниз по течению волна будет постепенно гаснуть. То же самое происходит в атмосфере.
Горная волна, как и волна над бревном, охватывает практически всю толщину потока: в случае воды -- до поверхности, в атмосфере -- до верхней границы потока. Как полуметровое препятствие на дне вызывает волну на поверхности даже со значительной глубины, так и горная волна распространяется во много раз выше, чем высота вызвавшего ее хребта. Обычно волна распространяется на всю высоту тропосферы и ограничивается тропопаузой. Иногда, когда над нижним слоем существует другой поток, текущий в другом направлении, это ограничивает распространение волны вверх. Но иногда волна проникает глубоко в стратосферу. Обычно горы высотой "всего" 6-7 тысяч футов (2км) над поверхностью при правильных условиях вызывают волну высотой до 20-30 тысяч футов (до 10км) и даже выше. Абсолютный рекорд высоты для планеров на сегодня -- 49 тысяч футов над уровнем моря (кстати, установлен над Сьерра Невада в Калифорнии). Типичная длина волны -- порядка 20-25 километров, но тоже сильно варьируется в зависимости от многих факторов.
Замечательное явление связанное с горной волной -- линзовидные облака. Если воздушная масса содержит достаточно влаги для данной температуры, то поднимающийся в восходящей части волны поток может достичь уровня конденсации, и тогда весь слой воздуха выше уровня конденсации становится облаком. Это облако, помимо замечательно плавных и слегка выпуклых очертаний имеет еще одну особенность -- оно остается на одном месте, надежно обозначая вершину волны. Пласт воздуха при этом течет буквально сквозь такое облако. Или, вернее, облако течет вперед сквозь движущийся пласт, непрерывно нарастая на передней кромке и растворяясь на задней. Иногда несколько слоев линзовидных облаков собираются друг над другом, и тогда эта картина больше всего напоминает стопку блюдец с острыми тонкими кромками -- но очень больших блюдец. Это типично горное явление не встречается в равнинной местности и потому незнакомо тем из нас, кто не проводил много времени в горах. Величественная красота и грандиозный масштаб этого зрелища неизменно поражает воображение.
Важнейшая разница между волновым лифтом и орографическим (кроме масштаба) заключается в том, что орографический лифт присутствует только на наветренных склонах, тогда как волновой -- вниз по течению от хребта. Это потому, что орографический лифт включает гораздо меньшие массы воздуха только вблизи поверхности, и, как следствие, при этом не устанавливается колебательное движение всего потока.
Что же необходимо для образования горной волны? Нужна устойчивая атмосфера (в противоположность неустойчивой, как при термической или грозовой активности). Нужно воздушное течение с существенной скоростью. Примерно 15 метров в секунду на высоте -- минимум для образования волны. Нужен хребет, расположенный примерно под прямым углом к течению. Некоторые дополнительные факторы помогают развитию мощной горной волны. Например, если скорость ветра существенно увеличивается с высотой при неизменном направлении, то получается, что верхние слои образуют как бы еще одну волну над нижними, более медленными слоями. Суммарный эффект -- значительно более высокая волна, и с большей амплитудой на высоте, чем у земли. Или второй горный хребет, расположенный вниз по течению от первого и параллельный ему -- такая система может вызвать резонансное усиление волны за вторым хребтом. Есть еще много факторов -- характеристик атмосферы и рельефа -- влияющих на формирование и распространение горных волн. В целом это интереснейшее явление, в наш просвещенный век все еще хранящее много тайн.
(В порядке хвастовства не могу не отметить, что горная система Сьерра Невада на границе штатов Калифорния и Невада, с многочисленными хребтами, протянувшимися в общем направлении с севера на юг и обдуваемыми преобладающими западными ветрами -- устойчивыми, особенно зимой, воздушными массами Тихого океана -- является уникальным местом в смысле условий для образования горных волн. Не многие места в мире могут с ним сравниться. Одно из похожих -- Новая Зеландия.)
Волновой лифт -- удивительно гладкий. Про него говорят: гладкий, как стекло. Понятно почему: стабильное воздушное течение -- основное условие его образования. В стабильном течении, да еще и далеко от рельефа и связанной с ним приземной турбулентности царит такой покой, что движение не ощущается вовсе -- планер не шелохнется, как будто впаян в стекло. Если планер хорошо сбалансирован, можно бросить ручку и педали -- он останется неподвижен. Можно облокотиться на край фонаря кабины и смотреть вниз -- из-за чуть сместившегося веса планер будет очень медленно разворачиваться туда, куда вы смотрите. Набор высоты определяется только по застывшей стрелке в верхней части шкалы вариометра, да еще угадывается по медленно раскрывающемуся наружу и едва заметно как бы проваливающемуся вниз горизонту.
Зато чего приходится натерпеться пока найдешь волну и поднимешься в нее из термального слоя! Ротор -- другое явление, неразрывно связанное с горной волной. Ротор -- это вращательное движение огромной массы воздуха, зажатой между землей снизу и волновым течением сверху. Ротор -- это те колеса, на которых катится пласт верхнего ветра. Массивный слой воздушного течения скребет нижней частью за поверхность земли, цепляет за возвышенности рельефа. В результате самый нижний, приземный слой течения оказывается буквально разодран в клочья. Эти непрерывно отделяющиеся клочья скручиваются в тугие жгуты, вытягиваются поперек направления ветра и катятся по ветру вдоль поверхности земли. Стиснутые атмосферным давлением, они сжимаются и буквально перемалываются о земную поверхность, непрерывно разрушаясь и замещаясь новыми.
Там, где волна поднимается и отходит дальше от поверхности, образуются как бы пазухи, где часто формируются более стабильные, мощные, долгоживущие стационарные роторные системы. Их часто легко увидеть и опознать по характерному облаку -- рваные очертания, быстро меняющаяся комковатая клочкастая форма, многочисленные струйные движения по поверхности и сквозь облако. По характеру движения все это сильно напоминает стиральную машину барабанного типа (с фронтальной загрузкой).
Увеличить
(оно того стоит!)Эта замечательная фотография была сделана в конце 1940-х над Owens Valley в районе Бишопа, Калифорния. Турбулентное облако ротора (на фото слева) образуется на подветренной стороне главного хребта Сьерра Невада. Стекающий по подветренному склону ветер поднимает пыль со дна долины. Пыльные шлейфы позволяют проследить как воздух резко поднимается в роторе и всасывается в роторное облако. Над самими горами (справа сверху) видна другая облачная система -- Фён (Fohn wall cloud). Для масштаба: ширина видимой части долины от 6 до 10 км, высота хребта справа более 14К футов (4300м) над уровнем моря и 10К футов (3000м) над дном долины. Фотография сделана Робертом Симонсом (Robert F. Symons) с борта тяжелого двухмоторного истребителя P-38 "Lightning". В конце сороковых им была организована уникальная программа исследования феномена горной волны. Много раз, достигнув волны, Боб выключал двигатели своего P-38 и продолжал подниматься со скоростью до 20 м/с до высот значительно превосходящих 10 км. (Photo courtesy of Morton G. Wurtele.)
Вот эти стационарные роторы и используются планеристами, чтобы добраться до более устойчивого слоя горной волны. Дело в том, что значительное перемешивание воздуха в приземном слое обычно затрудняет использование термического лифта или даже разрушает его полностью. Остаются роторы. Передний, обращенный к ветру фронт стационарного ротора работает... ну, как лифт он и работает. Только не новый, какой-нибудь там OTIS, а старый заезженный грузовой, когда встаешь на открытую площадку, и она с лязганьем и дерганьем ползет вверх по ржавому рельсу. Или, скорее, это должно быть похоже на поездку в ковше гигантского роторного экскаватора, грызущего уголь: так же несется вверх лихорадочно содрогающийся, мотающийся из стороны в сторону поток, так же врезается и обдирает он слои воздуха снаружи ротора, так же летят, сталкиваясь, перемешиваясь и перемалываясь, обломки воздуха, и так же безжалостно этот же поток может швырнуть вас вниз, едва перевалив через вершину, если вовремя не избавиться от его сомнительного гостеприимства.
Легко себе представить, каково приходится глайдерам и их обитателям в роторе. Болтанка капитальная, как и должно быть в стиральной машине. По кабине летает все, что было непредусмотрительно оставлено незакрепленным. Сдвиги потоков такие, что указатель скорости пляшет от желтого до белого, а эффективности элеронов не хватает, чтобы удержать длинные крылья хотя бы примерно горизонтально. Иногда планер может помимо вашей воли перевернуться на спину. Обстановка, хотя по сути и не опасная, довольно неприятна, и нет-нет, да и заставит кое-кого "по-новому" взглянуть на сегодняшний завтрак. "I was about to die five times!" -- пошутил как-то один собрат по несчастью, которому досталось особенно крепко. Хм... Будь готов.
Разумеется, из соображений безопасности пользоваться ротором можно только если он на достаточной высоте над рельефом -- это позволяет даже в худшем раскладе вывалиться из него задолго до земли. Болтанка, если не считать неприятных и порой пугающих впечатлений для пилотов, планерами переносится легко -- они на это специально рассчитаны (если не превышать определенную скорость, то срыв потока на несущих поверхностях происходит прежде, чем перегрузка достигнет значительных (не говоря уже о разрушающих) величин). На самом деле единственная реальная опасность в роторе -- это опасность столкновения с другим планером или даже с собственным буксировщиком. Удерживать нормальную позицию на буксире в такой свистопляске решительно невозможно. Лечится просто: если на буксире воткнулся в ротор -- немедленно отцепляйся, и разбегайтесь с буксировщиком в разные стороны. Ну и разумеется, не подходить близко ни к кому, всегда оставлять себе значительно больше места, чем в более смирных термиках.
Ну а как вломился в ротор, тут только держись. В прямом и переносном смысле. Стисни зубы, затяни ремни и держись за что-нибудь двумя руками. Если одна рука свободна, лучше на нее сесть (не будем уточнять, за что там держаться :) ), потому что иначе она болтается по кабине. Еще лучше взяться ею за рычаг спойлеров -- на всякий случай. Важно удержаться в "переднем" потоке ротора: не дать себя выбросить из ротора наружу или затянуть в середину -- туда, где стиральная машина и нет подъема. Если повезет, наградой будет быстрый подъем вдоль переднего края роторного облака. Великолепный вид, если у вас останется время и силы взглянуть. Эти несколько долгих минут вы думаете, что вот сейчас-то из вас точно вытряхнет душу. Но постепенно подъем ослабевает, и ротор уже не столько несет нас вверх, сколько сносит по ветру пытаясь затащить на ту сторону или внутрь роторного облака. Самое время рвать отсюда. Цельтесь против ветра, нос вниз, выжимайте скорость до желтой черты. С ростом скорости болтанка становится пуще прежнего... Но только на минуту, пока вы прорываетесь из ротора наружу. Вот уже воздух становится спокойнее, предметы в кабине падают и больше не подлетают, и буквально через несколько секунд вы уже висите неподвижно, впаянные в стекло горной волны. Оглушительная тишина все еще отдается эхом сотрясений, но внезапный покой и глицериновая гладкость окружающего воздуха убеждает вас, что неприятное позади. Поздравляю, вы только что заарканили вашу самую первую в жизни волну.
Время расслабиться и оглядеться, вдохнуть, выдохнуть, глотнуть водички, сбалансировать планер триммером и заняться исследованием вашего нового приобретения. Из теории вы уже знаете, где и что искать. Значит, встаем строго против ветра и пытаемся продвинуться вперед. В зависимости от скорости ветра на высоте это может быть не просто. Тем не менее продвигаемся, периодически сверяясь с вариометром -- теперь это ваш орган осязания, и вы пытаетесь нащупать самую "выпуклую" точку в профиле вертикальной скорости. Вот движение стрелки вверх замедлилось, а потом и вовсе остановилось. Дальше вперед не пойдем -- там подъем будет медленнее. Вместо этого повернем на тридцать градусов влево и станем медленно дрейфовать вдоль гребня волны, внимательно следя за вариометром. Если влево лифт хуже, развернемся вправо и посмотрим что там. Скоро вы обнаружите, что как раз напротив во-о-н того выступающего из горного хребта пика лифт наилучший. Можно попытаться остановиться и остаться прямо в этой точке, уравняв свою воздушную скорость со скоростью ветра. "Смотрите, я висю!"
Взгляните на высотомер -- 14К! Без малейших усилий, совершенно незаметно вы уже набрали четыре тысячи над так неделикатно доставившим вас сюда ротором -- вон он клубится своим переливающимся на солнце облаком далеко внизу. С таким запасом высоты вы можете себе кое-что позволить. Например, перескочить через одну вершину волны вперед и исследовать следующую гряду. Думаете, она первая? Легко проверить. Любопытно, с каким шагом идут волны? Почему бы не выяснить на будущее? Интересно, как далеко волна распространяется вдоль горной цепи? Вперед и вверх, пошли выясним. Только чур, в Канаду и Мексику не залетать и к обеду быть дома.
Замечательные свойства волнового лифта. Из уже отмечавшегося: очень плавный (если не считать ротор). Распространяется часто даже выше, чем вы хотели бы быть -- рекорд на сегодня 49К футов, а последние исследования атмосферы (в основном, специалистами NASA) подтвердили наличие волн на высотах более 100К футов -- это более 30 километров, так высоко в атмосфере (вернее, в тех ее жалких остатках, которые еще присутствуют на такой высоте) не летал на планерах еще никто. Волновой лифт достаточно надежный: уж если есть, то в одночасье не пропадет, а будет присутствовать, плавно изменяясь, пока не смениться вытесненная другой метеорологическая воздушная масса. День ли, ночь ли, солнце или пасмурно -- волна присутствует всегда, пока дует стабильный ветер. Чуть сложнее с предсказуемостью, но за последнее время образование горной волны научились прогнозировать если и не надежно, то, скажем, лучше чем никак.
Проблемы. Ага. Как будто одного только ротора не достаточно. Нет, есть и другие. Холодно! Особенно если солнце скрыто высокими облаками. Особенно, если действительно высоко. Полеты в волне на 30К футов -- не редкость, а ведь это высота крейсерского полета авиалайнеров! Кто не слышал: "наш полет проходит на высоте 10 тысяч метров, температура за бортом минус 50 градусов..." Это минус пятьдесят по Цельсию! А у нас в глайдерах не топят... Явно погода не для футболки с шортами. Даже на скромных, почти повседневных 18К футов, даже в жаркий летний день температура опускается ниже нуля. Вывод? Будь готов. Серьезные полеты требуют серьезной экипировки. Если на глайдерпорте увидите человека, идущего (по пустынной полуденной жаре!) в ватнике и валенках -- не удивляйтесь. А если он на ходу еще и завязывает шапку-ушанку и натягивает ватные рукавицы -- знайте, день намечается действительно славный. Может быть, и Вам пора бежать за ватником?
Кислород! Считается, что выше 15К человек не в состоянии сохранять ту же быстроту и точность действий и, главное, мысли -- наступают первые признаки кислородного голодания. Всем пассажирам должен быть предоставлен дыхательный кислород на высотах более 15К футов. Пилоты обязаны пользоваться кислородом выше 14К постоянно, или выше 12.5К если полет на этой высоте длится более получаса. Военные считают, что начинать надо уже с 10К -- видимо, в попытке быть умнее, чем на самом деле. Тем не менее, итог простой: нечего и думать о полетах в волне без кислорода. Собственно, это проблема не только волнового лифта и полетов в нем. Практически любой полет в "высокой пустыне" (high desert, так здесь называют обширные территории вдоль границ Калифорнии и вглубь Невады), и тем более в горах требует использования кислорода. Честно говоря, я на пробу обходился без кислорода до 17К -- мы летали тогда вдвоем с инструктором, так что страховка была, и надежная. Но летали долго: около трех часов, и никаких симптомов я не заметил. Но во-первых, раз на раз не приходится, потребление кислорода организмом зависит от многих обстоятельств. Во-вторых, не очевидно, как поведет себя организм и мозг "случись чего" -- в условиях стресса, когда ресурсы нужнее всего.
В-третьих, кислородное голодание тем и опасно, что наступление симптомов легко не заметить -- так что просто стремно. В-четвертых, кислород дешев. Наконец, в-пятых, закон требует. До 18К можно использовать канюлю -- две тонкие трубочки, вставляемые в ноздри. Это довольно удобно: можно свободно говорить, пить, есть. Курить не рекомендуется :) . Выше 18К нужна кислородная маска. Выше 25К -- маска с наддувом, как у военных. Дышать под наддувом совсем необычно и физически тяжело, так что даже тренированный человек выдерживает всего несколько десятков минут. Кислород должен быть специальный. Самое главное, чтобы был сухой. Даже медицинский кислород не годится, потому что он специально увлажнен для комфортного дыхания. Замерзание влаги в кислородной аппаратуре на 30К (при -50С, помните?) комфортному дыханию не способствует. И дыханию вообще. Так что должен быть сухой. В принципе, сухой кислород действительно слегка раздражает слизистые -- если проводить на нем по много часов в день. Но ничего страшного, выживаемо. Нужно только не забывать почаще пить воду -- увлажнять носоглотку. Запасной кислород для действительно высоких полетов -- нужен помимо основной системы на случай ее отказа, чтобы успеть спуститься.
Давление. Это не проблема на каждый день, но когда ставили рекорд абсолютной высоты (49К), то пилот использовал высотный компенсационный костюм. Давление на такой высоте -- уже всего 0.12 от нормального атмосферного, а глайдеры гермокабиной с наддувом не оборудуются. При таком давлении вода кипит всего при 50 градусах. То есть еще немного выше, и недолго закипеть при температуре тела. Точнее, на 64Кфутах (~20км) -- здесь вода кипит уже при 36.6 по Цельсию. Вот, оказывается, про кого говорят -- "кровь кипит!"
Воздушное пространство класса А. Начинается с 18К футов. В нем запрещены любые полеты кроме как по ППП (IFR) с разрешения и в контакте с диспетчерами... или глайдеров. Но даже для глайдеров чтобы летать в классе А нужно получить предварительное разрешение от диспетчеров УВД. Обычно заранее согласовываются размеры "окна" (wave window), и потом, ближе к делу, УВД "открывает" это оговоренное окно для планеристов. При этом все остальные воздушные суда направляются в обход этого окна. Так что и с этим все не просто так.
Наконец, совсем отдаленная, но тоже интересная проблема. Уже упомянутые исследования NASA показали наличие горных волн (ну или похожего явления) на высотах более 100К футов. Естественно, что в NASA немедленно появился проект организации полета на планере на такую высоту. Но в принципе не нужно даже забираться на 100К, чтобы столкнуться с такими явлениями, значительный рост минимальной истинной скорости управляемого полета, приближение минимальной скорости (сваливания) к максимальной (из соображений флаттера) и проч. Словом, взрослым дядям и здесь есть с чем поиграться.
* * *
Так. Ну вот, с тремя источниками лифта примерно разобрались. На самом деле, этим все не ограничивается. Разумеется (и мы еще со школы об этом догадывались), что жизнь куда более многогранна. Давайте посмотрим на некоторые более экзотические виды лифта.
