Ученые поняли, зачем сапсаны при охоте развивают наивысшие в живой природе скорости и испытывают экстремальные перегрузки. Компьютерное моделирование позволило выяснить, что пикирование на большой скорости позволяет использовать увеличенные аэродинамические силы для маневров, однако такое преимущество достигается только при высокой степени контроля над ситуацией. Исследование опубликовано в журнале PLOS Computational Biology.
Сапсан охотится путем необычного маневра: птица поднимается на высоту не менее нескольких сотен метров над жертвой, а потом пикирует на большой скорости, ударяя цель прижатыми к телу когтями. Во время снижения скорость сапсана может превышать 380 км/ч, что делает его самым быстрым животным на Земле. Сапсан — не единственная хищная птица, использующая подобную тактику, но именно сапсан развил ее в максимальной степени. Тем не менее, ученые затруднялись сказать, в чем выгода настолько экстремальной атаки, ведь скорость полета жертв обычно в разы меньше.
Используя GPS-трекеры и камеры, ранее биологи показали: движение сапсанов можно описать, если предположить, что они используют метод пропорционального наведения — один из способов реализации самонаведения, применяемый в ракетостроении. Согласно этому принципу, необходимо изменять направление вектора скорости пропорционально изменению направления на цель, что в общем случае невозможно без использования тяги. В новой работе другой коллектив биологов провел моделирование миллионов виртуальных пике при различных параметрах маневра, ориентации сапсана и движения жертвы, в результате подтвердив вывод об использовании пропорционального наведения.
Такая стремительная атака может заставать жертву врасплох, однако предполагалось, что чрезмерно высокая скорость уменьшит точность нападения, особенно в случае резких изменений курса целью. Новая работа продемонстрировала обратное: экстремальная скорость сапсана увеличивает аэродинамические силы, что обеспечивает возможность быстрой подстройки даже в случае беспорядочно движущейся жертвы.
«Складывая крылья определенным образом, пикирующий сапсан способен достигать боковых ускорений до 15g , что обеспечивает ускорение крена, требуемое для управления полетом, — поясняет один из авторов работы Робин Миллс из Гронингенского университета в Нидерландах. — При этом используются такие же математические законы, что и заложены в создаваемых человеком ракетах — это позволяет сапсану перехватывать резко поворачивающие цели без собственных резких поворотов».
В работе выяснилось, что такая тактика работает только при надлежащем уровне точности наведения, управления направлением полета и зоркости. Это говорит о том, что пикирование сапсанов является высокоспециализированной стратегией, а не просто атакой с большой высоты. Также авторы отмечают, что оптимальный коэффициент пропорциональности в тактике наведения оказался близок к используемому сапсанами. К тому же оказалось, что пикирование избавляет от необходимости наращивать скорость реакции — если бы сапсан мгновенно реагировал на движения жертвы, то такой маневр не понадобился бы.
Авторы надеются, что работа позволит создавать пикирующие дроны, приводимые в движение крыльями. Они могли бы пригодиться в аэропортах, где сейчас используют сапсанов для отпугивания других птиц, чтобы уменьшить вероятность их попадания в двигатели самолетов.
https://indicator.ru/news/2018/04/13/sapsan-podoben-rakete/ |
