Высота всякого звука зависит от частоты колебаний, в которые источник звука приводит частицы передающей среды – воздуха, воды или твердых тел, – а через них и барабанную перепонку в человеческом ухе. Человеческое ухо в состоянии воспринять в качестве звука лишь те колебания, которые происходят с частотой от шестнадцати раз до двадцати тысяч раз в секунду. Это – самое низкое гудение и самый высокий, тонкий комариный писк. Выше двадцати тысяч колебаний начинаются уже ультразвуки. Ультразвуки человеческое ухо уже не в состоянии воспринять.
Источником ультразвуковых колебаний является пластинка горного хрусталя, или пьезокварца. Если поместить такую пластинку, зажатую между металлическими электродами, в жидкость и подвергнуть ее воздействию радиопередатчика, то она приводится в частые и сильные колебательные движения, которые передаются окружающей жидкости. Чем больше частота колебаний пластинки, тем выше получаемый ультразвук.
Ультразвуки обладают двумя очень важными особенностями. Во-первых, их можно посылать не шаровыми волнами во все стороны, а тонким лучом. Во-вторых, как было известно еще из опытов Вуда и Лумиса, некоторые животные организмы вроде лягушек, мелких рыбок, головастиков, морских ракообразных, попав в ультразвуковое поле, погибают, а некоторые твердые тела, как лед, разрыхляются, разрушаются.
Инженер Крепин использовал обе эти особенности ультразвуков наилучшим образом, чтобы дать своей подлодке зрение, слух и сокрушительное оружие в борьбе с живой и мертвой природой.
Вместе со своим другом, ученым и изобретателем Власьевым, профессором Московского института по изучению колебаний высокой частоты, он построил аппарат, дававший до нескольких сот миллионов колебаний в секунду. Они нашли методы получения таких мощных колебаний, что пучок ультразвуковых волн, испускаемый их аппаратом, пронизывал водные пространства на расстояние до двадцати километров. Эти аппараты вместе с самопишущими приемниками Крепин установил на носу, на спине, с боков и в киле «Пионера», дав ему таким образом уши, каких не имеет ни одно живое существо в мире.
Но на этом Крепин и Власьев не успокоились. Они пошли дальше и превратили эти уши одновременно и в глаза своей подлодки.
Ультразвуковые лучи, выбрасываемые их аппаратом, отражались встречавшимися препятствиями не с одинаковой силой, а в соответствии с внешней формой этих препятствий. Поэтому ультразвуковой луч возвращался уже измененный. Изобретатели устроили приемную мембрану из тысячи микроскопических мембран. Каждая из них вибрировала в соответствии с силой только того пучочка возвратившегося ультразвукового луча, который падал именно на нее.
При помощи сложного устройства, превращающего звуковую энергию в световую, каждый пучок лучей давал на экране центрального поста подлодки изображение той части встреченного препятствия, от которой он отразился. Тысячи таких изображений от всех микроскопических мембран сливались в одно целое и давали в результате полную внешнюю форму предмета. Такие ультразвуковые «прожекторы» были расположены со всех сторон подлодки и непрерывно посылали на круговой экран центрального поста изображения всего, что встречалось впереди и кругом подлодки в радиусе двадцати километров.
Можно было бы построить такой прожектор, используя звуки обыкновенной, слышимой частоты. Но обыкновенные звуки, распространяясь в воде во всех направлениях, мог услышать любой корабль, оборудованный самым простым гидрофоном. Этого, конечно, ни в каком случае нельзя было допустить. Между тем для ультразвуковых прожекторов «Пионера» из огромного диапазона колебаний – от двадцати тысяч до нескольких сот миллионов в секунду – и их силы можно было подобрать такую комбинацию, которую найти и раскрыть для постороннего представляло бы почти невыполнимую задачу. А если бы даже кому-нибудь и удалось раскрыть эту тайну, то у него не было бы аппаратов, способных принимать ультразвуки такой большой частоты и такой необыкновенной мощности. Эти приемники и излучатели являлись последним изобретением Крепина и Власьева, и их тайна принадлежала великой стране социализма, родине изобретателей.
Эти же ультразвуковые лучи инженер Крепин применил в качестве нового оружия для борьбы с живой и мертвой природой. Тут ему помог известный зоолог и биолог профессор Лордкипанидзе, давно работавший в Институте экспериментальной медицины над проблемами применения ультразвуковых колебаний в биологии и медицине. Использовав уже готовый излучатель, Крепин и Лордкипанидзе сконструировали ультразвуковую пушку и небольшой ультразвуковой пистолет, которые при различных, точно определенных количествах колебаний способны были убийственно действовать на любую живую ткань и разрушительно – на большинство известных металлов и минералов. Ультразвуковыми лучами, выпускаемыми пушкой или пистолетом, клеточки живого существа приводились в столь быстрые колебания, что разрывались на части, а молекулы металлов и минералов распадались на атомы, разрыхлялись и разрушались.
В тот момент, когда Крепин, Власьев, Лордкипанидзе и ряд работников, помогавших им, заканчивали уже постройку первых своих ультразвуковых аппаратов, оборонная промышленность Советского Союза предложила Крепину обратить внимание на новое открытие советского ученого-изобретателя Блейхмана в области инфракрасных, или невидимых, тепловых лучей.
Невидимые тепловые лучи, большей или меньшей интенсивности, испускаются любым нагретым телом – солнцем, горячим утюгом, жилым домом, теплокровными животными, деревьями и даже рыбами. При помощи особой аппаратуры инфракрасное фотографирование давно и широко применяли в ночное время, в густой туман, в серую, дождливую погоду. Поднявшись ночью на самолете на высоту в пять-шесть тысяч метров, можно было производить снимки с расстояний в пятьсот-шестьсот километров, используя не только теплоту, иногда ничтожную, которую излучают наземные предметы, но и разницу между их температурой и температурой окружающей среды. Уже были известны инфракрасные бинокли для ночного видения, для видения сквозь туман и густой дождь.
Но до работ Блейхмана казалась неразрешимой задача – перехватить в водной среде и превратить в видимое изображение те часто ничтожные по силе инфракрасные тепловые лучи, которые излучают в этой среде ее обитатели и другие находящиеся в ней предметы.
Температура водных животных обычно очень мало превышает температуру окружающей их воды. Лишь водные теплокровные млекопитающие, вроде китов, кашалотов, дельфинов, тюленей, моржей, ламантинов, некогда перешедших для жизни с суши в водную среду, сохраняют высокую температуру тела благодаря своим внешним покровам – толстой коже и толстым слоям подкожного жира. Все остальные водные животные – моллюски, морские звезды, раки, крабы, черепахи, рыбы – почти все тепло, которое они развивают в результате своей мускульной работы и обмена веществ, теряют, отдавая его окружающей их воде. Но все же это тепло они отдают воде не полностью. Небольшая его часть – иногда измеряемая целыми градусами, а иногда не превышающая сотых долей градуса – все же остается в их теле.