Параплан учит летать орла, а тот учит летать ученых

В начале октября с высочайшей горы Европы спустилась необычная пара -- спортсмен на красном параплане и большой пернатый хищник. Белоголовый орлан с размахом крыльев около 2 м по имени Шерхан (Sherkan) совершил путешествие с высоты более 4,8 тыс. м вместе со своим тренером сокольничим Жак-Оливье Трэверсом (Jacques-Olivier Travers).

Крылья свободы

Профессиональный спортсмен Трэверс создал специальную программу помощи хищным птицам, которую назвал «Крылья свободы». Ее цель – позволить выращенным в неволе и никогда не летавшим взрослым орлам открыть естественный мир обитания. Подобные опыты проводились орнитологами неоднократно. И сейчас птиц приучают к полетам в компании разных летательных аппаратов. Трэверс для своих целей использует параплан.

Одним из последних учеников Трэверса стал 14-летний Шерхан, который родился в неволе в Германии. Когда орел попал к Трэверсу, летать он не умел совершенно. Специалист учил большого орла в условиях дикой природы более полутора лет. За это время Шерхан совершил 230 «вылетов». И наконец сокольничий решил проверить, как его питомец усвоил уроки. Орла посадили в большой контейнер и вместе с тренером и командой сопровождения доставили на вершину Монблана.

Оттуда Трэверс стартовал на параплане, а Шерхан – «на своих двоих». Спуск вниз занял более 40 минут. На большой высоте в разреженном воздухе орлан держался рядом с тренером, не отлетая от него дальше чем на 100 м и даже присаживаясь иногда на его руку, чтобы отдохнуть. Но в конечном итоге пара, сопровождаемая фотографами и операторами на парапланах, благополучно приземлилась в долине Шамони (Chamonix). Так Шерхан стал первым в мире белоголовым орланом, которому удалось подняться на рекордную высоту – 4810 м.

В ближайшее время Трэверс планирует научить Шерхана охотиться. Правда, пока непонятно, сможет ли орлан начать самостоятельную жизнь в дикой природе. Ведь этот вид пернатого хищника – эндемик Северной Америки.

Парахоукинг

Трэверс – не единственный парапланерист в мире, который летает с птицами. В 2001 году сокольничий Скотт Мэсон (Scott Mason) объявил о появлении нового направления в воздухоплавании – парахоукинге (parahawking). Мэсон объединил искусство управления сверхлегким летательным аппаратом парапланом и знания о подготовке ловчих птиц. Оказалось, что хищников можно не только приучить следовать за парапланом, но и учить отыскивать термические потоки и даже выполнять определенные фигуры пилотажа. Ведь многие крупные хищные птицы используют тот же принцип перемещения в воздухе, что и парапланеристы, – ищут восходящие потоки теплого воздуха, чтобы подняться выше и при этом сэкономить силы. На этом, впрочем, сходство летательного аппарата и птицы закачивается -- параплан не умеет махать крыльями.

Птицы-шпионы

Зато такой тандем человека и прирученной птицы, охотно следующей за ним в воздухе, весьма пригодился ученым. Например, чемпионка мира по парапланерному спорту из Дании Луиза Крандаль (Louise Crandal) с ее пернатым партнером по имени Казак давно и успешно сотрудничает с зоологами из Оксфордского университета, которые изучают механику и аэродинамику полета птиц.

Грэхем Тэйлор (Graham Taylor) и Эдриан Томас (Adrian Thomas) пытались понять, что происходит с птицей во время полета, уже достаточно давно. Но изучать движения птиц получалось только при помощи специально обученных ловчих птиц и только в те моменты, когда они приземлялись на землю или на перчатку сокольничего, пролетая мимо стационарной камеры.

Однажды их пригласило в качестве научных консультантов руководство телесериала о животных, который снимал один из ведущих каналов. В процессе съемок видеогруппа предложила прикрепить к голове дрессированных орлов миниатюрные «шпионские» видеокамеры (как в случае с механическим птеродактилем), чтобы получить изображение «с точки зрения птицы». Английские биологи взяли идею телевизионщиков на вооружение и стали использовать видеокамеры в своих исследованиях. Теперь у них есть возможность следить, как птица двигает крыльями, хвостом и телом в свободном полете.

«У птиц замечательная маневренность, -- говорит Тэйлор, -- снимая, как положение и форма крыльев изменяются во время свободного полета, и одновременно контролируя положение головы и глаз птицы, мы можем понять, какие команды посылаются на «вход» и «выход». А связывая их с фактическими движениями, мы постепенно понимаем, как функционирует вся система управления».

Как говорят исследователи, с одной стороны, можно тщательно измерить все параметры крыла и оперения на живой птице или ее чучеле, но чтобы понять, как меняется аэродинамика непосредственно во время полета, надо точно зафиксировать все изменения формы крыла непосредственно в полете.

Чтобы собрать необходимые данные, Тэйлор и Томас отправились в Данию в гости к Крандаль и степному орлу Казаку. Хозяйка обучила птицу не только следовать за ее парапланом, но и нести на теле миниатюрную видеокамеру, для того чтобы снимать их совместные полеты.

Исследуя записи с полетов, биологи объяснили, как при резких маневрах орлу удается не заработать головокружение. Оказалось, во время полета птица фиксирует взгляд на неподвижном предмете. Поворот происходит только тогда, когда хищник находит новую точку для фокусировки взгляда. Он очень резко поворачивает голову, которую медленно «догоняет» тело. Как говорят исследователи, такая же техника используется балеринами, которые делают пируэт.

Механика птичьего полета

Съемки сериала дали исследователям и другое направление для работы. Как вспоминает Тэйлор, его поразили «откидные» створки из скрытых перьев на нижней поверхности орлиного крыла, которые выдвигались при приземлении птицы. Это приспособление поразительно напоминало аналогичные конструктивные особенности крыла самолета. Так управляемые гидравликой закрылки самолетов позволяют им сохранять подъемную силу при небольших скоростях. «Эти устройства расширяют рабочий диапазон крыльев», -- объясняет Тэйлор.

Исследователи решили снять крылья свободно летающей птицы, чтобы понять, как скрытые перья функционируют в полете. И снова для исследований пригодился Казак, так как большинство сокольничих учат своих питомцев перемещаться на достаточно короткие расстояния на небольшой высоте.

Казаку прикрепили несколько камер на спину, крылья, голову и хвост. Чтобы выявить все функции скрытых перьев, ученым и хозяйке степного орла пришлось как следует померзнуть. Казак и его хозяйка свободно парили в динамических потоках над морскими утесами, а Тэйлор с Томасом мерзли на холодном ветру у мониторов внизу. Зато ученым удалось рассмотреть раскрытие перьев, когда Казак столкнулся с восходящим потоком на вершине утеса. Оказалось, что на «выброс» перьев орлу потребовалось всего 60 миллисекунд.

Досконально снять это движение могли только скоростные камеры, установленные на штативе. И тут на помощь пришли хозяева ловчих птиц. Камеры  разместили так, чтобы зафиксировать фазу торможения подопытных птиц, которые после кратковременного полета приземлялись на перчатку сокольничего.

Оказалось, что скрытые перья двигаются пассивно. Вместо того чтобы перемещаться при помощи мускула, расположенного в основании, они разворачивались встречным потоком воздуха. Тэйлор считает, что их движение напоминает раскрытие веера – перья поднимаются последовательно, пока не образуют структуру, похожую на закрылок самолета.

Во время полета у птиц разворачиваются не только «закрылки», но и «предкрылки». Это маленькое «крылышко» -- группа перьев на передней поверхности крыла, которые присоединены к подвижному суставу (остаток большого пальца кисти). Как считали исследователи, эта часть крыла активно двигается при маневрах мышцами. Но оказалось, что перья также раскрывались под действием воздушного потока. То есть, так же как и скрытые перья «закрылков», «крылышко» сначала разворачивалось пассивно. Как считают биологи, в этом участке крыла есть специальные рецепторы, которые позволяют перышкам подняться раньше, чем может сработать сустав.

Исследователи собираются создать динамическую модель полета хищных птиц, основываясь на своих наблюдениях и видеозаписях. Для этого они закрепили на теле подопытной птицы специальные инерционные датчики весом менее 5 г, которые позволяли получать полную трехмерную информацию о положении тела орла в пространстве, его вращении и ускорении. Данные с приборов посылаются при помощи радиопередатчика на землю.

Они считают, что результаты их работы помогут в проектировании самолетов с изменяемой геометрией крыла. С подвижными бионическими элементами вместо обычных выдвижных поверхностей. Поскольку орлы доказали, что возможна и более совершенная аэродинамика, чем та, какой достигли самые современные летающие машины.

Исследования еще продолжаются. Последние результаты работы Тэйлора, Томаса и их команды можно прочитать в журнале The Journal of Experimental Biology.