Умели ли древние египтяне строить планеры 2000 лет назад? Что показала проверка «птицы из Саккары» на суперкомпьютере

В истории археологии немного найдется предметов, вызвавших столько же споров и фантастических гипотез, сколько небольшая деревянная фигурка, найденная в 1898 году при раскопках древнеегипетской гробницы Па-ди-Имена в Саккаре. Небольшой предмет из древесины сикомора, созданный около 200 года до нашей эры, внешне напоминает птицу, однако имеет странные анатомические особенности: абсолютно плоские крылья и вертикальное хвостовое оперение, которого нет ни у одного биологического вида.

На протяжении половины столетия этот артефакт служил главным доказательством для сторонников гипотезы «палеоконтакта». Поклонники альтернативной истории утверждали: перед нами не древняя статуэтка, а масштабная модель планера. Из этого делался масштабный вывод о том, что египтяне за две тысячи лет до братьев Райт знали законы аэродинамики или даже получили технологии полетов от внеземных цивилизаций.

Долгое время спор между учеными и любителями сенсаций оставался умозрительным. Археологи указывали на религиозный контекст находки, а энтузиасты продолжали мастерить деревянные копии фигурки, утверждаем, что они способны планировать. Точку в этом многолетнем противостоянии поставлены методы современной инженерии. Исследователи Мишель Циров и Леон Леземанн из Бременского университета прикладных наук провели виртуальное испытание артефакта в цифровой аэродинамической трубе.

История мифа и проблема физических испытаний

Заинтересованность «птицей из Саккары» как авиационным объектом началась в 1969 году, когда египетский врач и любитель паранормальных явлений Халиль Мессиха обратил внимание на форму артефакта. В отличие от традиционных египетских изображений птиц, у фигурки отсутствовали ноги, оперение было намечено лишь символически, а хвост располагался вертикально, как киль у современных самолетов.

Мессиха заявил, что артефакт обладает свойствами планера. Вскоре эта идея попала на страницы популярных книг об «древних астронавтах» и превратилась в устойчивый культурный миф.

Однако реальные физические испытания артефакта были невозможны. Музейный экспонат возрастом более двух тысячелетий нельзя подвергать механическим нагрузкам или бросать в воздух. Энтузиасты пытались запускать изготовленные вручную копии, но эти эксперименты не имели научной ценности. Чтобы заставить деревянные копии лететь, их создатели незаметно изменяли пропорции фигурки: добавляли отсутствующий горизонтальный стабилизатор на хвост, меняли балансировку или изменяли изгиб крыла.

Чтобы получить объективные данные без повреждения оригинального артефакта и без искажения его геометрии, бременские инженеры применили метод компьютерного гидрогазодинамического моделирования. Этот подходы позволяет воссоздать точный цифровой двойник предмета и с математической точностью рассчитать, как вокруг него распределяются воздушные потоки.

Создание цифрового двойника и виртуальный эксперимент

Исследование началось с получения точных геометрических данных. Инженеры использовали высокополигональный трехмерный фотоскан артефакта, сделанный сотрудниками Каирского музея.

Чтобы перевести трехмерное изображение в математическую модель для расчетов, потребовалась кропотливая работа:

1. Восстановление геометрии: облако точек, полученное при сканировании, преобразовали в сплошную компьютерную модель. Для максимального учета всех неровностей и изгибов древесины фюзеляж виртуальной модели рассекли на 44 поперечных сегмента, а крылья — на 30 сечений. Каждую линию профиля выверили в единой системе координат.
2. Построение расчетной сетки: пространство вокруг виртуальной фигурки разделили на миллионы микроскопических ячеек, образовавших так называемую расчетную сетку. Вблизи поверхности дерева, где происходит непосредственное взаимодействие воздуха с материалом, ячейки сделали предельно тонкими. Это необходимо для точного учета пограничного слоя — тонкой области воздуха, в которой проявляются силы трения.
3. Задание условий обтекания: в виртуальной аэродинамической трубе был задан поток воздуха со скоростью 10 метров в секунду (36 км/ч). Такая скорость соответствует типичному ручному запуску небольших летающих моделей. В процессе эксперимента угол наклона модели к набегающему потоку (угол атаки) постепенно изменялся от минус 5 до плюс 14 градусов.

Почему форма «птицы» препятствует полету

Чтобы любой объект мог планировать в воздухе, его крыло должно создавать подъемную силу, превышающую вес самого объекта, при минимально возможном сопротивлении воздуха. Устройства с хорошими аэродинамическими качествами имеют плавно изогнутый профиль крыла: скругленный спереди и заостренный сзади. Воздух, огибая такой профиль, движется над крылом быстрее, чем под ним. За счет этого сверху возникает область пониженного давления, которая буквально «подтягивает» крыло вверх.

У «птицы из Саккары» профиль крыла абсолютно иной. Он представляет собой слегка сглаженный прямоугольник с практически плоскими гранями.

Компьютерное моделирование показало, к каким последствиям приводит такая геометрия:

• Огромное лобовое сопротивление: поскольку передняя кромка крыла не имеет правильного скругления, набегающий поток воздуха не обтекает ее плавно, а испытывает прямое столкновение с преградой. Перед передней кромкой образуется область высокого давления, которая тормозит предмет в полете. Коэффициент сопротивления у артефакта оказался в разы выше, чем у самых простых современных самолетов.
• Недостаточная подъемная сила: из-за плоской формы крыла разница давлений между его верхней и нижней поверхностями получается незначительной. Подъемная сила, создаваемая этим артефактом, почти в два раза ниже, чем у любого стандартного авиационного профиля аналогичного размера.
• Преждевременный срыв потока: при увеличении угла наклона модели воздух перестает плавно скользить по верхней поверхности крыла. Уже при наклоне в 6 градусов на задней части крыла возникают обратные вихревые течения. При угле в 11 градусов происходят полный срыв воздушного потока и мгновенная потеря подъемной силы.

Главный показатель эффективности любого крыла — это аэродинамическое качество, то есть отношение создаваемой подъемной силы к силе сопротивления воздуха. У современных планеров этот показатель равен 40-50 единицам (подъемная сила в 40-50 раз превышает сопротивление). У легких учебных самолетов он составляет 10-15 единиц. У артефакта из Саккары этот показатель составил всего 2,86.

Три физические причины, делающие полет невозможным

Помимо низкого аэродинамического качества крыла, инженеры выявили три критических нарушения законов механики полета, которые полностью исключают возможность использования артефакта в качестве планера.

1. Нереалистичная скорость запуска

Из-за малой подъемной силы крыла, чтобы удерживать свой вес в воздухе, фигурка массой около 39 граммов должна двигаться со скоростью не менее 17 метров в секунду (более 60 км/ч). Придать столь легкому и небольшому деревянному предмету такую начальную скорость точным броском руки человека физически невозможно. Если просто сбросить модель с двухметровой высоты, она пролетит по инерции менее 5,5 метров и упадет на землю через 1,5 секунды.

2. Полная продольная неустойчивость

Для того чтобы летательный аппарат летел ровно и не переворачивался в воздухе, его центр тяжести должен находиться впереди точки приложения аэродинамических сил (так называемого фокуса крыла). В этом случае при случайном порыве ветра, поднимающем нос аппарата вверх, возникающие физические силы автоматически опускают нос обратно, восстанавливая равновесие.

У «птицы из Саккары» центр тяжести расположен в 54 миллиметрах от носа — у самого заднего края крыла. Точка приложения аэродинамических сил оказалась впереди центра тяжести. Это означает противоположный эффект: если нос модели при запуске хотя бы незначительно приподнимется, набегающий поток воздуха не выровняет ее, а с силой закинет нос еще выше. Модель моментально перевернется на спину, потеряет скорость и упадет.

3. Неуправляемый крен и падение в спираль

Трехмерное сканирование показало, что левое и правое крыло фигурки изготовлены несимметрично. Из-за ручной обработки дерева толщина и изгиб крыльев различаются.

При движении в воздухе левое крыло создает иную подъемную силу, чем правое. В результате возникает постоянное вращательное усилие, заставляющее модель валиться набок (крениться вправо). У реальных самолетов для компенсации такого эффекта используются подвижные рули направления и элероны. У деревянной фигурки никаких подвижных элементов нет. Сразу после запуска она начнет быстро вращаться вокруг своей оси и устремится к земле по спиральной траектории.

Чем в действительности являлась «птица из Саккары»

Научный анализ доказал: деревянный артефакт из Саккары не обладает ни одним из свойств летательного аппарата. Если бы египетские мастера действительно пытались создать модель планера путем практических экспериментов, они сразу заметили бы, что предмет не способен к полету, и изменили бы его форму: скруглили бы переднюю кромку крыла, сместили бы центр тяжести вперед и сделали бы крылья строго симметричными.

Отсутствие этих элементарных доработок говорит о том, что создатель фигурки никогда не предназначал ее для полетов.

Археологи и историки предлагают три основных объяснения назначения этого предмета, исходя из контекста египетской культуры:

1. Корабельный флюгер: вертикальный хвост, отсутствующий у птиц, но имеющийся у фигурки, идеально подходит для выполнения функций ветроуказателя. Подобные предметы могли крепить на мачтах священных ладей или на ритуальных шестах во время религиозных процессий, чтобы определять направление ветра.
2. Ритуальный предмет или символ: сокол был священным символом бога Хора, покровителя земноликих фараонов. Небольшие деревянные фигурки птиц часто изготавливались в качестве вотивных предметов (приношений в гробницы) или в качестве украшений для верхушек культовых жезлов и мебели.
3. Детская игрушка: простая форма, отсутствие тонкой детализации и прочный материал позволяют предположить, что предмет мог быть обычной бытовой игрушкой.

Заключение

История «птицы из Саккары» — наглядный пример того, как поверхностное внешнее сходство может ввести в заблуждение при отсутствии строгой проверки. Вертикальный хвостовой киль и плоские крылья действительно делают древнюю фигурку похожей на современный самолет, что и породило популярную околонаучную легенду.

Однако применение компьютерного моделирования и законов гидрогазодинамики позволяет легко отличить реальную инженерию от случайного совпадения форм. Физические расчеты показали, что деревянная фигурка из Саккары подчиняется обычным законам сопротивления материалов и аэродинамики, которые делают ее полет невозможным. Артефакт не имеет отношения к авиации древности, но остается ценным памятником традиционного египетского ремесла.

Источник: ResearchGate