А виной всему пена воды, та самая искристая кружевная пена, из которой в сказках рождаются красавицы русалки…

Здесь надо представить себе, как действует турбина. Вода, накопленная выше плотины, падая, вращает колесо. Дальше проваливается вниз, в гигантскую бетонную шахту, откуда с ревом подземной рекой выливается наружу.

Вот тут под турбиной и возникает пена. Чтобы объяснить это явление, обычно ссылаются на бутылку лимонада. Лимонад прозрачен, но откупорьте бутылку – и напиток вспенился. Отчего? Это освобождается газ, растворенный в лимонаде.

Значит, если давление в жидкости падает, из нее выделяется газ? Да, таков физический закон. По этому закону вода, проваливаясь под турбину, где воздух разрежен, как бы вскипает. Лопасти турбины с нижней стороны покрываются бисером воздушных пузырьков. Но каждый пузырек живет ничтожное мгновение – он лопается, и на смену ему вздувается другой. Миллионы и миллиарды пузырьков нескончаемой чередой толкутся на лопастях турбины. И каждый наносит удар: превращаясь в капельку воды, пузырек ударяет по металлу, как молоточком.

Это разрушение металла водой ученые назвали кавитацией (от латинского слова "кавитас", что значит "углубление, полость").

Можно ли бороться с кавитацией?

Борются. Вот лопасть турбины. Оказывается, достаточно придать ей небольшой дополнительный изгиб – и кавитация ослабевает. Но что за изгиб надо сделать, в какой части крыла, на каком пространстве, какой крутизны?… Все это таинственно и неуловимо, пока могучая мысль ученого и зоркий взгляд исследователя не дадут решения.

Еще о чайке

Однажды, придя в лабораторию, Орешникова увидела в раздевалке у зеркала приказ. В нем было сказано, что окончившие практику не будут отпущены из лаборатории, а зачисляются здесь же временно на работу. "Ну что ж… – И девушка почувствовала, что всем сердцем одобряет приказ. – Значит, так надо для средневолжской турбины…"

Лаборатория с односменной работы перешла на круглосуточную.

Иван Петрович Белов довольно часто бывал в лаборатории. Ведь это он направлял все программы исследований. Его плотную фигуру в белоснежном накрахмаленном халате можно было увидеть то внизу, у верстаков механиков, то под куполом, на антресолях, то в гуще змеившихся всюду труб. После такой пробежки главный конструктор обычно уединялся с начальником лаборатории и инженерами-аналитиками.

Орешникова снимала очередные показания с приборов, когда вдруг обнаружила, что профессор стоит рядом. Не поднимая глаз, она закончила работу и закрыла журнал.

– Здравствуйте, Иван Петрович.

– Здравствуйте, здравствуйте… – Профессор придвинул свободный табурет, сел. – Ну, как наши студенческие успехи?

Потом спросил, не огорчил ли Орешникову вывешенный приказ, очень обрадовался ответу и похвалил девушку за комсомольскую сознательность.

Он поднялся так же внезапно, как подошел.

Галя храбро задержала его руку.

– Иван Петрович, погодите уходить… Ну, сядьте, пожалуйста. Говорят, что с проектом у нас плохо. Это правда?

– Ну, что вам сказать? – профессор задумался. – Трудно рождается проект, очень трудно. Чайка задает-таки жару!

Из разговора девушке стало ясно, во-первых, что турбина-великан сможет жить, если будет выполнена с такой точностью, какой турбостроение еще не ведало, и, во-вторых, что ныне существующая теория расчета турбин для великана оказалась непригодной – устарела.

Вскоре по заводу прошел слух, что главный конструктор заказал новую математику. Люди пожимали плечами: "Что за чудачество? Заказать можно костюм, торт к именинам, билет в театр. Но математику… Это же одна из древнейших наук человечества!"

Однако слух подтвердился. Заказ на математику был сделан. Белов послал его в Академию наук.

Заказали новую математику

Всякий знает таблицу умножения. Но представьте, что в ней не хватало бы какой-нибудь строки, например 5x5 = 25 или 7x7 = 49? Вот бедовали бы школьники! Ведь многие задачи из задачника превратились бы в неразрешимые загадки… Пример шуточный. Но конструкторам Завода водяных колес было не до шуток, когда в математике не досчитались нескольких строк, причем таких, которые как раз были нужны для расчета турбины-великана.

Слов нет, математика – одна из важнейших наук, гордость победоносного разума человека. Математика – как могучее дерево с кроной из тысячелетней, неувядающей листвы. Только еще не все почки на этом дереве распустились: иные дремлют в зародыше. Вот от таких математически невызревших почек и страдает наука о турбинах.

Конечно, в свое время дойдут и эти почки… Но конструктор великана не может дожидаться даров математического дерева. Некогда. Торопит срок.

Рассказывают, что одна из шведских фирм (а Швеция славится турбинами) изготовила в поисках высокого КПД сто моделей рабочего колеса. Усердие шведских лаборантов похвально. Но сколько же они сидели у ванны? Пожалуй, не один год.

Нет, нам это не подходит. Не может Великан нежиться в ванне, годами пребывая в младенческом возрасте. Час его возмужания определен коэффициентом К – потребностями коммунистического строительства: восемь месяцев – и турбина должна быть уже в чертежах.

Как же поступить?

Орешникова, под впечатлением профессорского заказа, размечталась: "Вот бы Академии наук изобрести в математике такую формулу, чтобы конструктор – раз-раз! – покрутил арифмометр – и готов ответ, какими делать лопасти турбины! Сразу по формуле делай чертежи турбины – ив производство".

Мечты, мечты… Такой спасительной формулы создать невозможно. Уже школьник, начинающий изучать геометрию, знает, что в математике не все ясно и просто, как дважды два – четыре. В формуле окружности (2?R) или круга (?²) величина я не имеет точного значения. Для грубого решения задачи величину ограничивают тремя знаками: 3,14. Более точное значение: 3,1415. Еще более точное: 3,14159… и так далее.

Среди людей, выполняющих ответственные расчеты, существует даже стишок (в старой орфографии): "Кто и шутя и скоро и пожелаетъ ? узнать число, – ужъ знаетъ". Переводя количество букв в цифры, без труда напишем: 3,1415926536. Здесь одиннадцать знаков. Можно написать л при помощи сотни знаков и тысячи знаков, и все-таки оно не будет таким точным, как 2x2 = 4.

А что такое лопасть гидротурбины, если посмотреть на нее математическим глазом? Это геометрическое тело, очень сложное, представляющее собой комбинацию различных сферических поверхностей. Значит, без участия ? к расчету лопасти не приступить. А где ? – там неточность. Вот и получается, что конструкторы турбин могут получить от математики лишь приближенный ответ.

Без ванны не обойтись. Только в воде, на модельке, путем многократных проб удается восполнить неточность математических формул.

Но если от ванны не уйти, к чему это обращение к Академии наук? Может быть, и вправду заказ Белова на математику – всего лишь стариковское чудачество?

Нет, Белов и не помышлял об упразднении ванны. Важно, чтобы программа у ванны не затянулась: не сто шведских, а четыре – пять образцов в воду – и достаточно: в журнале засияет наивысший КПД!

Но такой короткий эксперимент возможен только в результате очень солидного теоретического расчета. А для солидного расчета нужны надежные формулы. Таких не существовало. Вот их и заказал Белов.

Стало известно, что в академии к заказу Завода водяных колес отнеслись с полным пониманием. Вскоре на завод к Белову приехали видные математики – москвичи и ленинградцы, побеседовали с главным конструктором и уточнили существо задачи.

Глава вторая

Упрямый волжанин

На завод явился посланец с берегов Волги от строителей станции. Похоже, второпях и переодеться не успел: на плечах его коробился брезентовый плащ, подметавший подолом тротуар; сапоги тусклые, серые от въевшейся в них цементной пыли; шляпа с рваными полями.