Изобретено в СССР

Но фантазия ограничивалась соображениями целесообразности. Поэтому, объективно говоря, единственным типом транспорта, для которого атомные установки имели смысл, были морские суда – хотя бы потому, что для работы паровой турбины нужен не только реактор (нагреватель), но и холодильник (в термодинамическом смысле этого слова), отводящий значительное количество тепла. А у кораблей и подводных лодок такой холодильник есть, причём бесплатный, – забортная вода.

США: подводная лодка

Корабли и подводные лодки нередко отправляются в многомесячные плавания без возможности захода в порт. В 1950-е годы много говорили о военных подлодках, способных пересекать океан и в течение месяцев работать в акватории противника. Поэтому в 1951 году Конгресс США санкционировал разработку и строительство подводной лодки с атомной силовой установкой. Руководителем проекта назначили адмирала Хаймана Джорджа Риковера, ныне известного как «отец атомного флота». Исследования в этом направлении велись ещё с 1948 года в Лаборатории Беттиса в пригороде Питтсбурга, но именно в 1951-м проект перешёл в активную фазу.

Для будущей лодки, которая уже получила своё название – «Наутилус», разработали первый в истории морской ядерный реактор – S1W (S – submarine, 1 – первое поколение, W – Westinghouse, название компании-разработчика). Это был водо-водяной ядерный реактор (где в качестве замедлителя нейтронов и в качестве теплоносителя использовалась обычная вода), аналогичный описанным в предыдущей главе: тепловыделяющие элементы (твэлы) нагревали находящуюся под давлением воду в первом контуре, от неё через теплообменник кипятилась вода во втором контуре, пар вращал турбину. В качестве топлива в S1W использовали уран-235. Реактор был запущен 30 марта 1953 года, начались испытания, в ходе которых имитировались условия длительного плавания.

Надо сказать, что подлодки времён Второй мировой войны в среднем могли находиться под водой не более нескольких часов – продолжительность погружения зависела от запаса кислорода и ёмкости аккумуляторных батарей, поскольку большинство подводных лодок тогда использовали дизельный двигатель для надводного плавания и электрический – для подводного. Их можно назвать ныряющими: 80 % времени подлодка находилась над водой и даже атаки нередко проводила из такого положения. А вот ядерный реактор в теории позволял находиться под водой до нескольких суток!

На «Наутилус» был установлен не S1W, а реактор второго поколения, S2W, построенный с учётом результатов испытаний, но в целом аналогичный по конструкции. 21 января 1954 года подлодка «Наутилус» (SSN-571) была спущена на воду, а 17 января 1955-го впервые вышла в море. Радисты передали на землю знаменитую радиограмму: «Под водой на ядерной энергии». Двигатель подлодки имел мощность 13 400 лошадиных сил, а реактор за месяц сжигал всего 450 граммов урана-235 – по сути, запас энергии был практически неограниченный. Длительность плавания зависела только от психологического состояния экипажа и запасов пищи. Самым знаменитым походом «Наутилуса» стало путешествие к Северному полюсу: подлодка вышла из Пёрл-Харбора 23 июля 1958 года, 1 августа погрузилась в районе мыса Барроу (Аляска) и 3 августа стала первым в истории судном, достигшим географического Северного полюса. Всплыла она через 96 часов после погружения у берегов Гренландии. Стоит заметить, что этот вояж, помимо исследовательских и соревновательных целей, преследовал и военные задачи, связанные с разрабатываемыми как раз в то время баллистическими ракетами для запуска с подводных лодок.

Сегодня «Наутилус» – это корабль-музей; лодка находится на вечной стоянке около Музея подводных вооружённых сил в городе Гротон (Коннектикут), где и была спущена на воду более 70 лет тому назад.

СССР: надводное судно

Естественно, американские разработки вызывали беспокойство в Советском Союзе. 12 сентября 1952 года, через год после указа Конгресса, появилось постановление «О проектировании и строительстве объекта 627», представляющее собой результат прямой конкурентной гонки, поскольку таинственный объект 627 был подводной лодкой с ядерной силовой установкой. Её проектировал уже знакомый нам по предыдущей главе Николай Антонович Доллежаль.

В итоге первая лодка проекта К-3, она же «Ленинский комсомол», была спущена на воду 12 сентября 1957 года и стала третьей в мире атомной субмариной (американцы к тому времени успели построить ещё одну, USS Skate). К-3 служила до 1991 года, затем была выведена из состава флота и долго ржавела в ангаре. В 2013 году по доброй русской традиции её собрались разрезать на металл, но неравнодушные моряки отвоевали артефакт, и Минобороны выделило средства на переоборудование подлодки под музей. На момент написания этой главы «Ленинский комсомол» находится на стапелях, ведутся работы по восстановлению.

Как я уже говорил, первая советская атомная подлодка оказалась третьей по счёту в мире. Но у СССР, помимо военных кораблей, было и ещё одно морское направление, для которого требовались суда, способные долго находиться вдали от цивилизации. Я говорю о северном судоходстве, и в частности о ледокольном флоте. В принципе, ледокольный флот как таковой нужен не очень большому количеству государств – только тем, что граничат с Северным Ледовитым океаном (Россия, Канада, Скандинавские страны), и ещё тем, которые имеют обширную арктическую программу (например, Франция). СССР был, конечно, ледокольной страной номер один (если вы читали первую книгу, то знаете, что ледокол как таковой изобрели в России). В первую очередь это связано с тем, что Северный морской путь, пролегающий через Северный Ледовитый океан, является кратчайшей дорогой между европейской частью СССР (или России) и Дальним Востоком и потому имеет важнейшее стратегическое и экономическое значение. А без ледоколов Севморпуть большую часть года непроходим.

Вот почему 20 ноября 1953 года, уже после смерти Сталина, было подписано постановление № 2840–1203 – о строительстве атомного надводного ледокольного судна. Разработчиком реактора стал будущий гигант советской атомной промышленности Игорь Иванович Африкантов, тогда ещё довольно молодой человек, 37 лет от роду. Он возглавлял Особое конструкторское бюро по опытным работам при Горьковском машиностроительном заводе. Главным конструктором всего корабля назначили Василия Ивановича Неганова, выдающегося специалиста по ледокольным и вообще транспортным судам. За разработку арктического ледокола «Сталин» он в 1940 году получил Сталинскую премию.

Строили быстро. Заложен «Ленин» был на Ленинградском судостроительном заводе № 194 (в прошлом – завод имени Андре Марти) 25 августа 1956 года, а спущен на воду 5 декабря 1957-го. Полтора года заняли достройка и доводка корабля, а также монтаж ядерного реактора. В декабре 1957-го предприятие, кстати, в очередной раз переименовали, так что принимал заказ завод № 194, а сдавал его уже Адмиралтейский завод. Сегодня это ГП «Адмиралтейские верфи».

Реактор, получивший наименование ОК-150, был разработан ещё до закладки корабля, весной 1955 года. Он относился к уже знакомому нам водо-водяному типу с двумя контурами и имел довольно скромные размеры: всего 186 сантиметров в диаметре, топливо было тоже проверенное: оксид урана с 5 %-ным обогащением по урану-235. Корабельная установка состояла из трёх таких реакторов с твэлами различной конструкции. Каждый реактор выдавал 90 МВт мощности, пар поступал на четыре турбогенератора, а от них уже питались электродвигатели, вращавшие винты. Всего на винты поступало около 44 000 лошадиных сил.

Конечно, как и в случае с Обнинской АЭС, над реактором трудился огромный коллектив сильных учёных. Самым опытным был академик Анатолий Петрович Александров, работавший ещё в лаборатории № 2 АН СССР с самого её основания в качестве заместителя Курчатова, а затем принявший руководство Институтом проблем физики после отстранения опального Петра Капицы.

6 августа 1959 года реактор был запущен, 12 сентября атомоход официально сдан в эксплуатацию, 5 декабря – передан Мурманскому морскому пароходству ММФ СССР. На тот момент это было первое в истории надводное судно с атомной энергоустановкой, первое в мире атомное судно гражданского назначения и, к слову, самый мощный в истории ледокол.

«Ленин» сразу стал незаменим, а опытная эксплуатация незаметно перетекла в регулярную. Первым капитаном судна был назначен Павел Пономарёв, ранее работавший капитаном на легендарных «Ермаке» и «Красине». «Ленин» провёл навигацию 1960/61 года, затем по состоянию здоровья Пономарёв ушёл в отставку, а капитаном стал молодой, подающий надежды Борис Соколов, ранее работавший дублёром капитана. За шесть сезонов навигации «Ленин» провёл через льды 457 судов, пройдя более 115 000 километров, а также многократно принимал участие в различных научных исследованиях. В частности, в октябре 1961 года он доставил на место дрейфующую станцию «Северный полюс-10», с его борта устанавливали метеостанции и брали пробы.

В 1967 году весь реакторный отсек судна был обновлён: три уже устаревших ОК-150 заменили двумя более совершенными и надёжными реакторами ОК-900 без изменения в основных показателях судна. Операция по замене была сама по себе подвигом науки и техники: ледокол отбуксировали в район захоронения (залив Цивольки неподалёку от Новой Земли), там дистанционно разрезали переборки с помощью кумулятивных зарядов и выгрузили отсек массой 3700 тонн! По сути, из корабля «выгрызли» кусок днища и бортов с реактором и затопили прямо на месте. Затем ледокол, лишённый центрального отсека, на малой скорости отбуксировали обратно в Мурманск, где начали монтаж нового реактора и восстановление корпуса. Аналогов этой операции на тот момент в мире не было.

Ледокол «Ленин» сегодня стоит в Мурманске – его вывели из эксплуатации в 1989 году; Борис Соколов оставался его капитаном до 2001 года. К 2005 году завершилась реставрация, и «Ленин» открыл двери для всех желающих в качестве корабля-музея.

А что же в мире?

«Ленин» был удачным для первого подобного опыта судном и потому дал начало целому флоту советских атомных ледоколов. За ним последовали «Арктика», «Сибирь», «Россия» и др. «Арктика» в 1977 году стала первым в истории надводным судном, достигшим Северного полюса, а в 1991 году Севморпуть был открыт для международной навигации, и ледоколы стали обслуживать не только российский флот, но и иностранные суда.

За рубежом атомных ледоколов никогда не строили. Это связано с отсутствием необходимости: больше ни у кого нет Севморпути как единственной водной дороги между двумя частями страны. В Канаде водные пути, доступные для больших судов, пролегают южнее, в крайнем случае приходится огибать материк через Панамский канал. Помимо 11 советских и российских атомных ледоколов (считая «Севморпуть», не ледокол, но судно ледового класса), было три попытки построить гражданские атомные суда: американская Savannah (1962), немецкий Otto Hahn (1968) и японский Mitsu (1970). Все они оказались экономически нецелесообразными.

Тем не менее атомный флот строится в разных странах, причём очень активно – я говорю о военных кораблях. Первым американским надводным кораблём с атомным реактором стал крейсер «Лонг-Бич», спущенный на воду 14 июля 1959 года, на полтора года позже «Ленина». Всего США построили 9 крейсеров, 12 авианосцев (последний, «Джеральд Р. Форд», приняли в состав флота в 2017 году) и 8 эскадренных миноносцев на атомной тяге. Один атомный корабль есть у Франции – авианосец «Шарль де Голль» (спущен на воду в 1994 году). Интересно, что по статистике в 1990 году в мире было больше корабельных ядерных реакторов, чем реакторов АЭС – в первую очередь этот казус произошёл из-за развития американского и советского подводного атомного флота.

Но подлодки подлодками, а мы-то за мирный атом, не так ли?

Глава 8. Раньше «Конкорда»

На деле «Конкорд» был разрекламирован так широко, что даже в доперестроечное время кое-где в нашей прессе встречалось словосочетание «Советский “Конкорд”» (так называли туполевскую машину). Сейчас такое сравнение встречается ещё чаще – один самолёт противопоставляется другому, как будто они были конкурентами или соревновались на время прохождения какой-то дистанции. Нет, конечно. Просто примерно в одно время появились две в равной мере схожие и различающиеся машины, и судьба обеих была незавидна, а других попыток сделать пассажирский сверхзвуковой самолёт никто не предпринимал. Естественно, напрашивается сравнение. Тем более что созданы эти два самолёта были идеологически противоборствующими государствами. Разработка велась практически одновременно, и Ту-144 обогнал француза по дате первого полёта всего лишь на четыре месяца. Но этого хватило, чтобы стать первым.

Небольшая предыстория

14 октября 1947 года испытатель Чарльз Элвуд Йегер на экспериментальном самолёте Bell X-1, который он в честь жены назвал «Гламурная Гленнис», разогнался до скорости 1100 километров в час, впервые в истории преодолев звуковой барьер. Так началась эра сверхзвуковой авиации.

Сразу после этого стартовала активная разработка серийных истребителей, способных летать на сверхзвуковых скоростях. Первым стал американский Douglas F4D Skyray (1951), затем шведский Saab 32 Lansen (1952), затем советский МиГ-19 и т. д. – в общем, очень скоро стало понятно, что роль истребителя может выполнять только самолёт, способный преодолеть звуковой барьер.

Естественно, появлялись машины и других типов. Опытные, разведчики, стратегические бомбардировщики (это уже позже, к концу пятидесятых). О том, что летать на сверхзвуковой скорости может гражданский самолёт, речи первое время не шло.

Но в 1953 году британский инженер Арнольд Холл, директор Королевского авиационного института (RAE), предложил своему коллеге Мориену Морану организовать специальную исследовательскую группу для изучения перспектив этого направления. В феврале 1954 года группа собралась впервые и ввела в обращение термин supersonic transport («сверхзвуковой транспорт», SST) для обозначения сверхзвуковых машин гражданского назначения. Основные дискуссии касались формы крыла. Гражданские машины были явно больше и тяжелее юрких истребителей, и на сверхзвуковых скоростях крылья той формы, что использовалась в военной авиации, попросту не работали. Осенью 1956 года исследования получили поддержку Министерства снабжения, группа превратилась в комитет и стала называться STAC (Supersonic Transport Advisory Committee), а разработка сверхзвукового гражданского лайнера стала правительственной задачей.

Узнав о британских исследованиях, взялись за работу и конкуренты. В США группа SST была организована при корпорации Boeing, а во Франции под такой проект сформировали новую правительственную компанию Sud Aviation.

Практически синхронно все три группы представили свои проекты сверхзвуковых гражданских авиалайнеров. У британцев это был Bristol Type 223, у французов – Sud Aviation Super-Caravelle, у американцев – Boeing 2707. Все три имели схожую форму крыла, поскольку она единственная подходила для сверхзвукового самолёта очень больших размеров. Эта форма нам хорошо знакома, поскольку мы видели её и у «Конкорда», и у Ту-144: треугольник с постепенно меняющимся углом стреловидности.

Тем временем 21 августа 1961 года обычный реактивный пассажирский самолёт Douglas DC-8 в контролируемом пике преодолел звуковой барьер и в течение 16 секунд летел на сверхзвуковой скорости – этот полёт проводился в испытательных целях. Трюк – проделанный, правда, единожды – доказал, что сверхзвуковой пассажирский полёт возможен.

А 29 ноября 1962 года произошло знаковое событие: британский министр авиации Джулиан Эмери и французский посол Жоффре де Курсель подписали соглашение о совместной разработке и строительстве сверхзвукового лайнера – усилиями STAC и Sud Aviation, используя наработки обеих групп. Именно это сотрудничество привело в итоге к появлению «Конкорда».

Обратите внимание, об аналогичном советском проекте пока не было сказано ни слова.

А что в СССР?

А в СССР до подписания договора между Францией и Великобританией речи о сверхзвуковой гражданской авиации не шло. У страны и без того хватало проблем. Тем более что Европа и США имели стимул для разработки подобной машины: они нуждались в быстром межконтинентальном сообщении, да к тому же это была возможность неплохо заработать. В СССР же плотность гражданских рейсов была несоизмеримо меньше, чем за рубежом, а огромные просторы страны граждане обычно пересекали на поезде.

По легенде, о соглашении между французами и англичанами доложили Никите Хрущёву, и он потребовал создать советский сверхзвуковой самолёт, причём раньше конкурентов. И чтобы летал быстрее. На самом деле сложно разобраться, кто стал инициатором советского проекта, но в том, что стимулом послужило англо-французское соглашение, сомнений нет. 16 июля 1963 года вышло постановление Совета Министров СССР о создании сверхзвукового лайнера, способного идти на крейсерской скорости до 2700 километров в час и иметь практическую дальность полёта до 4500 километров с 80 пассажирами на борту. Разработку поручили самому прогрессивному в стране конструкторскому бюро под руководством Алексея Андреевича Туполева.

Работа велась сумасшедшими темпами. У европейцев (и, к слову, у американцев) была фора в несколько лет, они располагали множеством уже произведённых расчётов. Советские инженеры имели основательный опыт военного реактивного самолётостроения, но с гражданскими сверхзвуковыми машинами столкнулись впервые.

В результате было применено довольно много нетиповых решений, которые однозначно исключают обвинения в плагиате (в литературе можно встретить утверждения, что Ту-144 срисован с «Конкорда»). На деле похожи у них только очертания – но не будем забывать, что точно такую же форму имели все без исключения проекты гражданских сверхзвуковых машин того времени. По сути, это была единственно возможная форма.

Например, в конструкции Ту-144 имелось переднее горизонтальное оперение, улучшавшее управляемость на малых скоростях (на крейсерской скорости оно убиралось). А топливо во время полёта перекачивалось из основных баков в специальный центрирующий бак для изменения балансировки самолёта при смещении центра давления. Короче говоря, отличий было много.

Очень круто по тем временам выглядела бортовая электроника. Большинство процедур были автоматизированы, в том числе заход на посадку: пилоты имели нечто вроде навигатора, который показывал местоположение самолёта относительно точки отправления, а при взлёте и посадке – ещё более точно – относительно полосы.

При этом Ту-144 был больше конкурента. Он мог перевозить до 150 пассажиров, а «Конкорд» – 128, имел максимальную скорость 2500 против 2330 километров в час (и крейсерскую 2300 против 2150), да и размахом крыла превосходил европейца. Но все эти «выше, больше, быстрее» впоследствии аукнулись. Ту-144 погубило то, что он разрабатывался не по необходимости, а потому, что партия сказала: «Надо».

Взлёт и падение

Ту-144 впервые поднялся в воздух 31 декабря 1968 года под управлением пилота-испытателя Эдуарда Еляна. Спустя полгода, 5 июня 1969 года, он стал первым в мире пассажирским авиалайнером, превысившим скорость звука. «Конкорд» же впервые оторвался от взлётной полосы 2 марта 1969 года.

Только вот за срочность нам пришлось заплатить. В конструкции Ту-144 было множество мелких недоработок. Например, крыло делалось из крупных листов металла, что увеличивало напряжения, а если бы вдруг на нём возникла трещина, то она распространилась бы гораздо дальше. Также у машины постоянно случались неполадки в электронике. Но это были мелочи по сравнению с основной проблемой – двигателями.

Их разрабатывали на Куйбышевском моторном заводе в такой же спешке, как и остальные системы самолёта. Двигатели НК-144 оказались чудовищно прожорливыми, они потребляли 38 тонн топлива в час против 20 тонн у англо-французских Rolls-Royce / Snecma Olympus 593. В результате с максимальной нагрузкой Ту-144 мог пролететь всего 3000 километров (изначально планировалось 6500) – в два с лишним раза меньше, чем конкурент. Рейс Москва – Хабаровск протяжённостью 6250 километров отменялся, не говоря уже о более дальних, таких как рассматривавшийся Париж – Новосибирск – Токио. Самым протяжённым маршрутом, на который оказался способен доработанный Ту-144, стал Москва – Алма-Ата (3250 километров), но и он выполнялся на пределе возможностей самолёта.

Кроме того, запустить Ту-144 в эксплуатацию мешали ещё две сложности. Первая заключалась в аэропортах: советские аэропорты технически не могли принимать такой самолёт. Если, например, Ту-144 почему-то не садился в Алма-Ате, тогда ему надо было лететь в Ташкент, а если и в Ташкенте были проблемы с посадкой, оставалось только падать. Поэтому каждый рейс был сплошным стрессом для пилотов.

Кроме того, ещё задолго до запуска машины в эксплуатацию, 3 июня 1973 года, произошла катастрофа, чуть не поставившая крест на всём проекте. Модифицированный Ту-144С, сделанный на Воронежском авиационном заводе, отправили на знаменитый авиасалон в Ле-Бурже под Парижем. На второй день салона во время показательного полёта самолёт разбился. Авария была не просто страшной, но ещё и позорной: Ту-144 показывал свои возможности сразу после «Конкорда», чьё выступление прошло успешно. Да и упал самолёт не в поле, а на городок Гуссенвиль в 6,5 километра от аэродрома, погибли восемь человек на земле и шестеро пилотов. После расследования причин катастрофы осталось множество вопросов. Официально вину возложили на экипаж, но есть ряд альтернативных мнений, в том числе предполагающих разрушение основного крыла из-за неверно рассчитанных нагрузок.

Из-за катастрофы пришлось отложить регулярные пассажирские перевозки. Поэтому 21 января 1976 года «Конкорд» отправился в свой первый коммерческий рейс, а Ту-144 всё ещё проходил лётные испытания, правда уже на рабочих дистанциях, в качестве почтового перевозчика между Москвой и Алма-Атой. Наконец 1 ноября 1977 года он отправился в первый пассажирский рейс.

И тут проявились факторы, помимо уже упомянутого отсутствия инфраструктуры, которые «добили» великую в каком-то смысле машину. Дело в том, что существование «Конкорда» было коммерчески оправданно. Билеты стоили дорого, но богатые европейцы и американцы охотно платили за то, чтобы побыстрее перелететь с одного континента на другой. Ту-144 вообще не имел клиентской базы – ни среди потенциальных покупателей машины, ни среди простых пассажиров. Билет стоил 68 рублей – больше половины средней зарплаты, богатых людей в СССР официально не было, и один рейс в неделю выполнялся при количестве пассажиров не более 80 человек.

Стоит упомянуть и ещё один фактор. Чтобы Ту-144 хоть как-то окупался, конструкторы спешно искали замену прожорливым двигателям НК-144. В качестве альтернативы рассматривались газотурбинные РД-36-51А, разработанные в ОКБ-36. Их впервые поставили на модификацию Ту-144Д («дальний») в 1974 году, а 23 мая 1978 года произошла вторая авария. В самолёте разрушился топливопровод, загорелось топливо в третьем двигателе, и Эдуард Елян сумел экстренно посадить горящий самолёт «на брюхо». Пятеро испытателей – два пилота и три инженера – успели выбраться из кабины, а ещё два бортинженера погибли, оказавшись зажатыми под креслами. 1 июня 1978 года пассажирские перевозки на Ту-144 были спешно приостановлены до выяснения причин аварии.

Ту-144С, работавшие на маршрутах, решили отправить в музеи или на слом, а в эксплуатацию запустить уже доработанные «дальнобои» Ту-144Д. Но 31 августа 1980 года произошла ещё одна авария: в самолёте отказал двигатель № 3 и одновременно заглох двигатель № 4. Пилоту удалось посадить машину в экстренном порядке, но уже стало понятно, что с РД-36-51А что-то не так.

В результате после долгих расследований, обсуждений и испытаний в 1983 году было решено не возвращать Ту-144 на воздушные трассы, а использовать в качестве летающих лабораторий. Суммарно за время эксплуатации самолёт совершил 102 перелёта, из них 55 – пассажирских.

Финал истории

Хотя Ту-144 и стал первым сверхзвуковым пассажирским лайнером, поднявшимся в воздух, тем не менее работал он на пассажирских линиях недолго, меньше года. «Конкорд» же продержался в эксплуатации почти 30 лет – последний полёт он совершил 24 октября 2003 года. За всё время с самолётами этого типа случились два авиапроисшествия (в 1989 и 1992 годах разрушились внешние элементы на сверхзвуковой скорости, в обоих случаях посадка прошла в штатном режиме), и ещё была знаменитая катастрофа 2000 года, которая унесла 113 жизней и привела в итоге к окончанию эксплуатации «Конкорда». Самолёту, двигатель которого загорелся на взлётной полосе в Париже, было 27 лет.

Последний рейс летающая лаборатория на базе Ту-144 совершила 26 июня 1999 года. Из 20 построенных самолётов сохранилось 8, в основном в довольно потрёпанном состоянии. Единственный качественно отреставрированный экземпляр – это борт № 77112, который экспонируется в Музее техники в немецком Зинсхайме. Два Ту-144 погибли в авиакатастрофах, остальные в разное время были разрезаны на металл. Для сравнения: из 20 построенных «Конкордов» (да, количество машин тоже совпадает) сохранилось 18 – все они сейчас находятся в различных музеях Франции, Великобритании и США, в основном отлично отреставрированы, их салоны открыты для посещения. Один «Конкорд», как уже говорилось, разбился, и один был разобран на запчасти в 1994-м.

Осталось рассказать две вещи. Во-первых, и об этом слышали многие, «Конкорд» тоже чаще всего работал в убыток. Самолётом, который сделал «Конкорд» коммерческой неудачей, стал Boeing 747, более медленный, но значительно менее дорогой и в производстве, и в эксплуатации. «Конкорд» остался уделом толстосумов и летал не так часто, чтобы себя окупать.

Во-вторых, остаётся вопрос: а что же американцы? В 1969 году, после долгих проволочек, они начали строить несколько Boeing 2707 и даже получили предварительные заказы от ряда авиалиний. Но в 1971 году финансирование проекта прекратили, поскольку началась эксплуатация уже упоминавшегося Boeing 747 и стало понятно, что сверхзвуковой пассажирский самолёт просто не нужен. Американцы умеют считать деньги. В то же время свернули свои проекты и другие американские компании, работавшие над SST, – в результате Convair Model 58–9, Lockheed L-2000 и Douglas 2229 так и не появились на свет.

В 1970-е годы КБ Туполева начало было предварительные работы над самолётом второго поколения Ту-244, но дальше макетов дело не пошло. В 2000-х мелькал проект самолёта бизнес-авиации Ту-444, но и он не был претворён в жизнь.

Жалко, конечно, что всё так закончилось, но давайте признаем: сверхзвуковой пассажирский лайнер миру попросту не нужен – при всём уважении к его создателям.

Часть II. Наука

В книге «Изобретено в России» я подробно объяснял, почему не стал касаться науки и ограничился именно изобретательским делом. А вот во второй книге без науки обойтись невозможно: в XX веке она настолько тесно сплелась с изобретательством, что разграничить их не проще, чем разделить сиамских близнецов.

Физические опыты XVIII века можно было делать в простой, по сегодняшним меркам, лаборатории с применением элементарных приборов, чаще всего изготовлявшихся самими учёными или ремесленниками по их заказу. Но уже в XIX веке материальная база науки стала сложнее, а XX век поднял планку ещё выше.

Сегодня научные открытия совершают не гении-одиночки, а группы исследователей, которые работают в больших лабораториях и пользуются дорогостоящим оборудованием. И делают они это не случайно, а в результате многолетней работы и расчётов – по сути, в XX и XXI веке учёный знает, какое открытие он хочет совершить, и медленно к нему движется.

Как раз здесь в науку тесно вплетается изобретательство. Современные приборы для научных изысканий не сделаешь своими руками. Это чаще всего сложнейшие устройства, которые требуют труда множества инженеров и технологов, а затем серийного или мелкосерийного производства или даже строительства.

Ускорители элементарных частиц, магнитные ловушки для плазмы, мазеры и лазеры, вычислительные машины – всё это изобретения, широко используемые в научных изысканиях. Многие из них (но не все) были разработаны специально для нужд науки. Именно о таких изобретениях я сейчас расскажу.

В принципе, тут всё прозрачно, кроме одной вещи. В первоначальном плане книги этот раздел включал в себя главу об ионизаторах воздуха и о работе Александра Чижевского. Подробнее изучив вопрос, я пришёл к выводу, что ионизация воздуха в гигиенических целях – процедура более чем сомнительной научности. Исследования показывают, что влияние ионизированного воздуха на здоровье человека или отсутствует вовсе, или сравнимо с эффектом плацебо. Так что люстру Чижевского я из книги всё-таки исключил.

Добро пожаловать в научное изобретательство!

Глава 9. История рафанобрассики

Гибриды, то есть организмы, полученные скрещиванием различных видов, известны давно – хотя бы потому, что межвидовые отношения широко распространены в дикой природе. Например, самые ранние останки «волкособов», то есть гибридов волков и одомашненных собак, найденные в Северной Америке, насчитывают до 10 000 лет. Мифология самых разных культур пестрит различными межвидовыми гибридами – это и кентавр, и Минотавр, и гиппокампус, и сфинкс.

Робкие попытки описать наследственность и классифицировать её признаки учёные и философы – греческие, арабские, индийские – делали и в Античности, и в Средневековье. Но серьёзные научные исследования в области гибридизации в животном и растительном мире начались в первой половине XVIII века. Опыты с гибридизацией растений проводили Карл Линней, Йозеф Готлиб Кёльрёйтер, Карл Фридрих фон Гертнер и др. Кёльрёйтер с 1759 года вплоть до смерти в 1806 году провёл более 500 экспериментов со 138 видами растений и опубликовал четыре крупнейшие работы XVIII века по гибридизации. Именно он в 1763 году описал главную проблему растительных гибридов – их стерильность. Ту самую проблему, которую в 1924 году решил Георгий Дмитриевич Карпеченко.

Краткое введение в мейоз и конъюгацию

Для того чтобы рассказать об открытии Карпеченко и показать значимость его работы, я должен сперва сделать очень краткий обзор генетических тонкостей половой жизни растений (и отчасти всех живых организмов).

В первую очередь я говорю об эукариотических организмах, то есть о тех, клетки которых содержат ядра. В ядре каждой клетки находятся хромосомы – компактно упакованные с помощью специальных белков комплексы нуклеиновых кислот, содержащие наследственную информацию. Основа каждой хромосомы – это, собственно, та самая длинная спиралевидная молекула ДНК, которую так любят изображать на псевдобиологических экранных заставках. Полный набор хромосом, содержащихся в одной клетке, называется кариотипом.

Например, нормальный кариотип мужчины Homo sapiens записывается как 46, XY, а женщины – 46, XX. Это означает, что у человека в соматических (не половых) клетках по 46 (23 пары) хромосом, и из них 44 – одинаковые (аутосомы). Оставшиеся две хромосомы – это как раз пары XY и XX, которыми отличаются разнополые представители одного вида. У женщин хромосомы этой пары одинаковы (X и X), а у мужчин две оставшиеся хромосомы – непарные (X и Y). Половые клетки (гаметы) имеют одинарный (гаплоидный) набор хромосом, то есть у человека это 22+X или 22+Y. У женщин, как нетрудно догадаться, может образоваться только гамета с 22+X, а вот у мужчин – и та и другая с равной степенью вероятности. Соответственно, при слиянии сперматозоида с 22+X и яйцеклетки получается набор 44+XX (девочка), а при слиянии сперматозоида с 22+Y и яйцеклетки – 44+XY (мальчик). Если кариотип каким-то образом нарушается, то это приводит к появлению генетических заболеваний: синдрома Дауна, синдрома кошачьего крика, синдрома Патау и т. д.

Количество пар хромосом у разных видов разное. У людей, как мы уже выяснили, 23 пары. У орангутанов – 24 пары, у кошек – 19 пар, у коз – 30 пар, у индеек – 40 пар, а у мух-дрозофил всего 4 пары. Очевидно, что от количества хромосом общий уровень организации животного не зависит. У растений ситуация похожая: например, кариотип риса – 12 пар, редиса – 9 пар и т. д.

От школьного курса можно сразу перейти к гибридам. Половое размножение живых существ начинается с мейоза, при котором из одной диплоидной (с двойным набором хромосом) зародышевой клетки образуются четыре гаплоидные (с одинарным набором хромосом). Именно в процессе мейоза из 44+XY получаются наборы 22+X и 22+Y. Мейоз имеет сложную многофазную структуру, и одной из первых его стадий является слияние свободно плавающих в ядре одинаковых хромосом в те самые пары (каковых у человека 23), называемое конъюгацией.

У многоклеточных организмов мейоз является частью более сложного процесса – гаметогенеза, в ходе которого формируются специализированные половые клетки (гаметы), содержащие в себе одинарные наборы хромосом. При оплодотворении мужские и женские гаметы сливаются, образуя клетку с двойным набором хромосом.

Если оба партнёра относятся к одному виду, то после оплодотворения начинает развиваться особь того же вида, с тем же количеством хромосом – в общем, цикл повторяется. Если же партнёры относятся к разным видам, гибрид получает свойства, отличные от свойств родителей. В частности, в ядрах его клеток содержатся хромосомы разных видов. И когда гибрид пытается размножиться, эти хромосомы не могут конъюгировать! Они попросту не сливаются в пары в первой стадии мейоза, и все дальнейшие процессы не запускаются, в результате гибрид оказывается неспособным к размножению, то есть стерильным.

Кёльрёйтер и его современники всего этого знать не могли – в их времена попросту не существовало генетики. Они бились над решением вопроса, но им не хватало научной базы. Тем более что описанная схема – это лишь один из факторов так называемой биологической изоляции, препятствующей межвидовому скрещиванию. Помимо стерильности, такими факторами нередко оказываются нежизнеспособность первого же поколения гибридов, их вырождение, у растений-гибридов пыльники могут не открываться, а пыльца – не прорастать на рыльцах цветков другого растения. В общем, природа умеет защищаться от межвидовых связей.

Все гибриды, полученные Кёльрёйтером (я говорю о растительных гибридах), демонстрировали стерильность мужских особей. Гораздо позже, в 1922 году, британский биолог Джон Бёрдон Сандерсон Холдейн опубликовал знаменитую работу «Соотношение полов и стерильность одного пола у гибридных животных». В ней он сформулировал закон, ныне известный как «правило Холдейна»: «Если в потомстве межвидовых гибридов один из полов встречается реже, полностью отсутствует или стерилен, то этот пол является обычно гетерогаметным». Иначе говоря: чаще всего стерильны самцы гибридов. Правило имеет немало исключений, но в целом сохраняет своё значение и по сей день.

«Настоящая» генетика началась с великого австрийского биолога Грегора Иоганна Менделя, в середине XIX века сформулировавшего первые принципы передачи наследственных признаков. Самый знаменитый его доклад, который считается краеугольным камнем современной генетики, назывался «Опыты над растительными гибридами» и был прочитан в начале 1865 года перед Брюннским обществом естествоиспытателей. Новая наука развивалась, в начале XX века стала называться собственно «генетикой», потом открыли ДНК, разобрались в структуре хромосом – но проблема стерильности межвидовых гибридов-растений оставалась непреодолимой. Какие бы прекрасные свойства ни имел гибрид, получить следующее его поколение, имеющее те же свойства, не получалось.

Искусство размножения

Растения способны к вегетативному размножению – укорениться может и отломанная от родительской особи веточка. Этот процесс основан не на половом размножении, а на регенерации целого растения из его фрагмента, в результате которой появляются клоны – генетически однородные особи. Но у вегетативного размножения есть и ряд недостатков. В частности, оно препятствует генетическому разнообразию видов, что может привести в дальней перспективе к снижению урожайности. А ещё дочерние растения генетически идентичны родительским и, соответственно, восприимчивы к тем же патогенным вирусам, бактериям и грибам – это может привести к гибели целых культур. Вот почему нужен был способ добиться фертильности гибридов – восстановить нарушенный мейоз. Тут-то в нашей истории и появляется Георгий Дмитриевич Карпеченко.

Он родился в 1899 году в городе Вельске, под Вологдой, окончил гимназию, учился в Пермском университете, а затем в Московской сельхозакадемии – знаменитой Тимирязевке (правда, в честь Климента Тимирязева её назвали позже, в 1923-м). В академии работали блестящие преподаватели; в частности, научным руководителем Карпеченко был знаменитый селекционер Сергей Жегалов, автор первого русскоязычного учебника по предмету – книги «Введение в селекцию сельскохозяйственных растений». Кстати, я живу в двух шагах от Тимирязевского парка и, гуляя там с женой, люблю заходить в небольшой тихий уголок среди деревьев, где похоронены великие селекционеры, ботаники, биологи – сотрудники Тимирязевки. Там лежит и Жегалов с семьёй, и не найти лучшего места для упокоения человека, всю жизнь отдавшего растениям.

Но вернёмся к Георгию Карпеченко. Он окончил академию в 1922 году и остался работать на кафедре селекции растений «для подготовки к учено-учебной деятельности» (читай – в аспирантуре). Именно там в 1924 году, в возрасте 25 лет, он сделал своё самое значительное открытие или, можно сказать, изобретение. Карпеченко работал с гибридом посевной редьки (Raphanus sativus) и огородной капусты (Brassica oleracea). Оба этих вида относятся к семейству капустных, но к разным родам (соответственно капусты и редьки), то есть в данном случае гибридизация была даже не межвидовой, а межродовой. Итоговый гибрид носил название «рафанобрассика» (Brassicoraphanus), полученное слиянием латинских наименований родительских видов.

Естественно, рафанобрассика имела тот же недостаток, что и прочие гибриды. Она была стерильной из-за нарушения мейоза: хромосомы капусты и редьки не вступали в конъюгацию. Но Карпеченко нашёл оригинальное решение проблемы.

Как я уже говорил, клетка с одинарным хромосомным набором (у человека это, например, 22+X) называется гаплоидной. Клетка с двойным набором (например, 44+XX) – диплоидной. Но у человека других вариантов быть и не должно. Если нарушается плоидность, то есть число одинаковых наборов хромосом в клетке, то возникают различные генетические заболевания. Но у других видов – чаще у растений, но также у и некоторых животных, скажем у нематод или аскарид, которым не свойственно хромосомное определение пола, – нормальным явлением считается полиплоидия, то есть ситуация, когда в клетке содержится не одинарный или двойной, а тройной, четверной и т. д. набор хромосом.

Полиплоидию, надо сказать, тоже открыл российский учёный – ботаник-цитолог Иван Иванович Герасимов. Исследуя влияние температуры на клетки зелёной водоросли спирогиры, он обнаружил, что при нагревании в ней образуются клетки с двумя ядрами, которые затем успешно делятся, и в результате образуются новые клетки – с одним ядром и четверным набором хромосом. Впоследствии полиплоидия была разделена на две разновидности: аутополиплоидию, когда в одной клетке мультиплицируется один и тот же геном, и аллополиплоидию, когда в одной клетке сосуществует два разных генома.

Собственно, именно аллополиплоидия и стала решением проблемы стерильности. Изначально и у редьки, и у капусты по девять пар хромосом (в редьке – RR, в капусте – BB). Межвидовой гибрид RB, с которым изначально работал Карпеченко, также имел 18 хромосом, но девять из них были от редьки, а другие девять – от капусты, и они не могли конъюгировать между собой. Соответственно, мейоз нарушался и гибрид оставался стерильным.

Карпеченко обработал некоторые проростки гибрида колхицином – достаточно простым алкалоидом, широко применяемым ныне в сельском хозяйстве в качестве мутагена для получения новых сортов и в качестве медицинского средства при некоторых заболеваниях. Одно из свойств колхицина – способность разрушать микротрубочки веретена деления, специфической вспомогательной структуры, образующейся при делении клетки. Результатом обработки стало получение гибридов, которые имели удвоенный набор хромосом – не RB, а RRBB. Соответственно, при дальнейшем половом размножении хромосомы R конъюгировали со «своими» же R дублирующего набора, а B – с аналогичными B. Свойства гибрида от этого не изменялись, но мейоз становился возможным, а гибрид с 36 хромосомами, складывающимися в 18 пар, – фертильным.

Забавно, что стабильная и фертильная Raphanobrassica оказалась совершенно бесполезной в практическом плане. От капусты она получила корни, а от редьки – ботву (исследователь рассчитывал, что будет наоборот). Тем не менее первый в истории фертильный растительный гибрид имел огромное научное значение. По сути, Георгий Карпеченко впервые в истории создал абсолютно новый рукотворный вид, способный к половому размножению.

Взлёт и падение Георгия Карпеченко

Следующие несколько лет стали для Карпеченко золотыми. В 1925 году его пригласил к себе во Всесоюзный институт растениеводства сам Николай Вавилов, и Карпеченко организовал там и возглавил лабораторию генетики. Его работы были востребованы в Советском Союзе и за границей – в том же 1925-м он отправился в длительную зарубежную командировку и посетил ряд ведущих генетических лабораторий мира: в Великобритании, Финляндии, Швеции, Норвегии, Дании, Франции, Австрии. В 1927 году он триумфально выступил с докладом о своих работах с рафанобрассикой на Пятом Международном генетическом конгрессе в Берлине. Между прочим, Международные генетические конгрессы (IGC) проводятся каждые пять лет до сих пор; СССР принимал это крупнейшее мероприятие отрасли в 1978 году, а последний на момент написания книги конгресс 2018 года прошёл в Бразилии. Берлинский съезд 1927 года собрал более 900 делегатов, и советские генетики не просто выглядели на нём достойно, но находились в числе лидеров.

Лаборатория Карпеченко вела многочисленные исследования и активно сотрудничала с другими лабораториями мира – метод, разработанный Георгием Дмитриевичем, был взят иностранными коллегами на вооружение ещё в 1926 году, после первого его путешествия в Европу. К слову, у Карпеченко в лаборатории генетики работала и супруга Вавилова – Елена Барулина, специализировавшаяся на чечевице.

1929-й был, видимо, самым продуктивным и спокойным годом для всей советской генетики. Карпеченко стажировался в США, где работал в Пасадене (Калифорния) с несколькими другими советскими генетиками. Особенно он сдружился с Феодосием Добржанским, преподавателем ЛГУ, находившимся там же в рамках программы научного обмена между двумя странами. Добржанский так и не вернулся в СССР – ему повезло в том, что на момент, когда советское правительство резко охладело к генетике, он всё ещё был в США и понял, что возвращение чревато неприятностями. А вот Карпеченко вернулся.