Юный техник, 2013 № 05

При этом навигационная точность системы ГЛОНАСС в высоких широтах, то есть выше широты Москвы, несколько превышает точность GPS, и наоборот, для тропических и экваториальных частей немного точнее американская система.

Поэтому во многих навигационных устройствах ныне предусмотрена возможность использования обеих систем по выбору. Дело в том, что на закрытой местности — в горах, в лесу или в городе — то количество спутников, которые можно использовать для ориентации, может очень сильно уменьшаться — сигналы от них могут перекрывать горы, стены небоскребов… А для точности координат надо получить информацию от 3–4, а еще лучше от 6–7 спутников. Поэтому, кстати, никто не будет возражать, если в общую систему будут включены еще и китайские спутники системы «Бэйдоу» и европейской системы «Галилео».

Орбиты навигационных спутников ГЛОНАСС.

Так выглядит электронная навигационная карта.

Спутник и орбиты навигационных спутников системы GPS.

Спутниковая навигация намного упростила и облегчила решение многих задач геодезии, картографирования, той же навигации…

Точность определения координат для статического положения наблюдателя ныне составляет 5–8 см. Для движущегося наблюдателя в режиме постобработки (то есть не тогда, когда он едет и видит, а когда он проехал, а потом смотрит, где он ехал) эта величина составляет примерно до 20 см по высоте и 10 см в плане.

Какая система — ГЛОНАСС или GPS — лучше?

Наши специалисты не скрывают, что мы пока очень отстаем. Более того, Пентагон вообще сейчас перестал полагаться на спутниковую навигацию и разрабатывает для военных автономные навигационные системы на основе атомных часов, которые способны работать и без GPS. До сих пор громоздкие атомные часы можно было установить лишь на крупных платформах — кораблях, самолетах и т. д. Однако для боеприпасов и снаряжения пехотинца этот вариант не подходит. Поэтому и были созданы миниатюрные атомные часы объемом примерно 15 куб. см. Их уже можно вставить в носимое оружие, мобильный компьютер или управляемый боеприпас.

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Когда взлетит «аэрокит»

Кто сильнее — слон или кит? Этот давний детский вопрос, похоже, получил свое разрешение. Вскоре в небо должен подняться «аэрокит», который сможет перевезти сразу 60 слонов!

Вот что пишет об этом проекте американский журнал Popular Science.

Создает это летающее чудо небольшая фирма Worldwide Aeros из города Тарзана (штат Калифорния), которой руководит наш соотечественник Игорь Пастернак.

Представитель известной в России фамилии отважился бросить вызов корпорации Lockheed Martin за право разрабатывать и строить дирижабль для перевозки грузов и войск. Персонал компании Worldwide Aeros — 40 человек. Она была основана в 1988 году еще в СССР, но в 1992 году переехала в США, где продолжила свою деятельность в Делавере, а еще через год окончательно обосновалась в Калифорнии.

Компания, до того изготавливавшая лишь небольшие рекламные дирижабли, произвела два года назад фурор, сумев в конкуренции с корпорацией Lockheed Martin получить контракт Пентагона в 3 млн. долларов на первоначальную проектировку военно-воздушного аппарата.

Победитель соревнования проектов получит шанс на заключение договора общей суммой в 11 млрд. долларов на производство дирижаблей в течение тридцати лет.

Пентагон намерен купить от 14 до 16 больших воздушных кораблей, способных перевозить 400–500 т груза или несколько десятков и даже сотен пассажиров. При этом дирижабль должен перемещаться со скоростью порядка 220 км/ч и покрывать расстояние в 16 900 км без дозаправки.

Игорь Пастернак заявил, что его компания не ощущает особого давления со стороны Lockheed Martin, так как, по его мнению, единственное правильное решение предлагает именно Worldwide Aeros. Создаваемый фирмой новый воздушный корабль будет гибридом дирижабля и самолета. В воздух корабль будет подниматься, как дирижабль, но имеет также небольшие крылья и двигатели для увеличения подъемной силы и улучшения управляемости.

Поскольку в летательном аппарате реализована комбинированная схема создания подъемной силы — как аэростатическая, так и аэродинамическая, то отпадает надобность в балласте. Приземлившийся аппарат в тихую погоду даже не придется привязывать.

Управлять таким аппаратом в принципе сможет всего один человек. Кабина экипажа и пассажирские отсеки теперь размещены не в гондоле, а прямо в нижней части корпуса самого дирижабля.

Прототип дирижабля в процессе строительства.

Прототип дирижабля под названием «Пеликан» сначала оснастят дизельными двигатели с пропеллерами. Затем конструкцию планируют оснастить турбореактивными двигателями. Скорость «Пеликана» — от 147 км/ч до 185 км/ч, а потолок высоты — около 3,6 км. Аппарат сможет поднимать в воздух до 66 т полезного груза, который будет транспортировать почти на 5500 км.

В 2013 г. должны пройти испытания прототипа, один из вариантов которого планируется использовать сначала как дирижабль-разведчик. Если все пойдет по плану, через 2–3 года начнутся его регулярные полеты.

Обычно считают, что дирижабль может стать легкой мишенью. Но такое суждение ошибочно, потому что разработчики решили применить технологию Interfacial Debonding Energy Absorption. В переводе на русский это означает, что сама оболочка состоит из прочного материала, напоминающего кевлар. Кроме того, гелий в оболочке заключен во множество герметичных отсеков.

Если будет пробит даже десяток из них, это практически не скажется на полете дирижабля.

Одними дирижаблями-разведчиками армия США обходиться не собирается. Есть идеи по поводу использования аппарата в стратегических масштабах, для перевозки массивных военных грузов.

Рисунок дирижабля Pelican компании Aeros Corp. Размеры корабля впечатляют: высота 50 м, ширина 74 м, длина 197 м.

Не исключены и коммерческие варианты применения летательного аппарата. Наряду с военной модификацией конструкции Игорь Пастернак предусмотрел также и пассажирский вариант. Громадный воздушный корабль сможет стать роскошной летающей гостиницей на 250 пассажиров, которые смогут путешествовать через континенты и океаны или даже вокруг света. На борту корабля-отеля длиной в два футбольных поля предусмотрены все удобства, включая рестораны и казино.

Взлететь кораблю с 400-тонным полезным грузом помогут шесть турбовентиляторных реактивных двигателей. Двигаясь со скоростью 280 км/ч, воздушное судно сможет пересечь Соединенные Штаты примерно за 18 часов.

Так будет выглядеть гражданский вариант дирижабля.

Хотя такой дирижабль крупнее любого авиалайнера, для взлета и посадки ему не понадобится бетонная полоса; Aeroscraft стартует и финиширует подобно вертолету. По расчетам, корабль способен совершить посадку даже на снег или воду.

Публикацию подготовил С. СЛАВИН

НОВАЯ ЖИЗНЬ СТАРЫХ ИДЕЙ

Атомный автомобиль

В середине XX века, когда были созданы первые атомные электростанции, многие конструкторы пытались предложить проекты атомных самолетов, локомотивов, танков и даже автомобилей. Однако прижились ядерные реакторы, как известно, лишь на подлодках и ледоколах, да еще на некоторых межпланетных исследовательских аппаратах.

Сейчас, похоже, начинается новая волна интереса к атомным силовым установкам.

В 2009 году американский изобретатель Лоуренс Кулесус на выставке автомобилей Chicago Auto Show продемонстрировал концепцию атомной силовой установки для автомобиля. А инженеры компании Laser Power Systems во главе с Чарлзом Стивенсоном смогли не только разработать концепцию ядерного двигателя, но и с успехом воплотить ее в жизнь. Новый концепт получил название Cadillac World Thorium Fuel (Cadillac WTF).

В качестве топлива группа разработчиков использовала слаборадиоактивный металл торий (Thorium (Th)).

По замыслу создателей, используемые материалы и техническая начинка автомобиля позволят не заботиться о ремонте машины в течение 100 лет при ежедневной эксплуатации! Причем, по подсчетам разработчиков, грамм тория с успехом заменит около 30 тыс. литров обычного топлива. Так что всего 8 г полностью хватит владельцу автомобиля для езды на всю жизнь.

Чтобы обеспечить такую долговечность конструкции, многие ее системы и узлы многократно дублированы.

Так, концепт-кар имеет 24 колеса, каждое из которых снабжено встроенным электромотором. Такие колеса нужно будет осматривать раз в 5 лет, без необходимости замены, — уверяют разработчики.

Все основные узлы автомобиля также продублированы на случай непредвиденной поломки. Сама конструкция Cadillac WTF очень гибкая, автомобиль способен трансформироваться, обходясь без вышедших из строя узлов.

Реактор автомобиля в целях безопасности расположили в задней части концепт-кара и заключили в особую капсулу, которая, по мнению изобретателей, останется невредимой при любой аварии.

Тем не менее, авторы проекта пока не рискуют предложить свой концепт-кар для густонаселенной Европы или Америки. Ничего не сказано ими и о том, смогут ли террористы использовать автомобиль в качестве передвижной бомбы.

В заявлении для прессы лишь указано, что если «торий позитивно покажет себя в качестве источника энергии», первые атомные автомобили имеет смысл использовать в Австралии и Индии. Ведь на территории этих стран расположено около 30 % мировых залежей тория.

Схема распределения тепла в атомном автомобиле.

ПРЕМИИ

Ловушки для фотонов и ионов

Нобелевская премия по физике за 2012 год присуждена французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Уайнлэнду «за новаторские экспериментальные методы, позволяющие измерять и контролировать отдельные квантовые частицы». Нобелевские лауреаты открыли новую эру в экспериментах по квантовой механике, показав, как можно измерять состояния отдельных частиц, не разрушая их, сообщается в пресс-релизе.

Серж Арош (вверху) и Дэвид Уайнленд — лауреаты Нобелевской премии по физике.

Дело в том, что законы классической физики, управляющие поведением макрообъектов, в мире атомов и субатомных частиц не действуют.

Здесь вступают в силу совершенно иные правила квантовой механики, противоречащие нашей привычной логике. Взять хотя бы принцип суперпозиции, согласно которому квантовые частицы с некоторой вероятностью могут одновременно находиться в двух взаимоисключающих состояниях.

Насколько все это странно с обыденной точки зрения, можно судить хотя бы на таком примере. Представьте себе ящик, в котором сидит кот. С нашей привычной точки зрения животное может находиться лишь в одном из двух взаимоисключающих состояниях: кот либо жив, либо мертв. Узнать это точно можно, открыв ящик.

А вот применительно к квантовой физике кот Шредингера, названный так по имени австрийского физика Эрвина Шредингера, придумавшего этот мысленный эксперимент, может быть с некоторой долей вероятности одновременно и жив и мертв, согласно принципу суперпозиции.

Говоря иначе, те врачи из сказки о приключениях Буратино, одни из которых говорили, что пациент скорее жив, чем мертв, и их оппоненты, утверждавшие обратное, выносили суждения, получается, как раз на основе законов квантовой механики…

Однако вернемся к нобелевским лауреатам. Одному из них — Сержу Арошу — надо было узнать, в каком именно состоянии находится фотон, посланный в некую ловушку.

Обычно фотоны используются лишь как одноразовые «посыльные» — они вылетают из источника, летят к фотодетектору и там поглощаются. Жизнь такого фотона быстротечна, его нельзя долго удерживать и изучать.

Однако Серж Арош выяснил, что удержать фотон в некоем объеме все же возможно, заставив его метаться между двумя вогнутыми зеркалами сверхвысокого качества (вогнутость зеркал не позволяет фотону уйти в сторону).

Схема ловушки с захваченными в нее ионами. Справа — зеркало для медного микроволнового резонатора со сверхпроводящим ниобиевым покрытием, обладающим рекордно высокой добротностью.

Правда, слово «метаться» не совсем точно отражает ситуацию. Когда длина световой волны сравнима с расстоянием между зеркалами, фотон уже не перемещается между зеркалами, а, как бы дрожа, замирает между ними — получается стоячая световая волна, опирающаяся на зеркала. Такая система зеркал называется резонатором.

Качество удержания фотона характеризуется добротностью резонатора Q. Это число показывает, попросту говоря, сколько раз (фотон отразится от зеркал, прежде чем каким-то образом исчезнет. Еще лет 30–40 тому назад в распоряжении физиков были резонаторы с добротностью в миллионы, а сейчас она уже достигает десятков миллиардов. В таком резонаторе микроволновой фотон будет «жить» десятые доли секунды — огромный промежуток времени для современной экспериментальной физики. За это время можно и породить фотон, и воздействовать на него, и «просканировать» его состояние.