Помоги проекту - поделись книгой:
СОЗДАНО В РОССИИ
Как подводники геологам помогли
В последние десятилетия удивительные открытия и изобретения делают специалисты, работающие на стыках различных отраслей науки и техники. Вот о каком интересном случае, например, рассказал нам заместитель заведующего кафедрой «Радиотехника и радиотелекоммуникационные системы» Морской академии при Мурманском государственном техническом университете, доцент Владимир Иванович МИЛКИН.
Когда в начале XX века в море стали выходить первые серийные подводные лодки, перед специалистами была поставлена задача обеспечить с ними надежную связь. Причем не только в те моменты, когда подлодка находится на поверхности, но и в подводном положении.
Задача была непростая. Держать радиосвязь с подлодкой более-менее удается, пока ее приемная антенна находится над водой. В этом убедился еще один из сподвижников А.С. Попова — инженер Балтийского судостроительного завода Р.Г. Ниренберг. В 1909 году он предпринял попытку связи по радио между подлодкой «Карп» и броненосцем «Три Святителя». При этом выяснилось, что принимать радиосигналы лодка могла, только находясь на поверхности; радиоволны, хорошо распространяющиеся в атмосфере, практически не проникали под воду.
Поэтому на подводном флоте начали интенсивно развивать гидроакустический вид связи. Одним из первых свойство звуковых волн хорошо распространяться в воде использовал английский физик Томас Грин Фессенден. В 1912 году он разработал весьма своеобразное устройство — электромагнитный «колокол», который позволил осуществлять связь между подводными судами с помощью азбуки Морзе.
Звуковые волны стали использовать и для создания навигационных приборов. Подводная навигация невозможна, например, без эхолота, прибора, созданного в 1913 году немецким физиком Альфредом Бемом.
Изобретатель воспользовался тем обстоятельством, что звук в воде распространяется приблизительно со скоростью 1500 метров в секунду и отражается от дна. Если знать время между моментом излучения звука и возвращением эха, можно определить глубину моря.
Любая современная подводная лодка, кроме прочего, обязательно имеет на днище ультразвуковой передатчик и приемник, соединенный с самописцем, который непрерывно вычерчивает на бумажной ленте профиль морского дна под килем.
Каких высот или, если хотите, глубин достигла ныне способность современных атомных субмарин ориентироваться в морских глубинах с помощью эхолокаторов, как они поддерживают связь друг с другом и с берегом, подробно рассказано, например, в детективном техноромане американского литератора Тома Клэнси «Охота за «Красным Октябрем».
Современные субмарины и в самом деле способны обнаруживать друг друга за многие мили. Клэнси только не сказал, что во многом своему «прозрению» подводники обязаны… дельфинам. Именно наблюдения за ним и позволили исследователям в области подводной навигации, узнать, как эти животные ориентируются даже в мутной воде. Оказалось, что дельфины могут производить своеобразные вибрирующие движения головой, излучая при этом до 200 ультразвуковых импульсов в минуту. По сути, каждый дельфин имеет в личном пользовании уникальный природный гидролокатор, который помогает ему не только бесперебойно добывать пропитание, но и передавать информацию.
Аналогичные локаторы теперь стоят и на подводных лодках. Но новая проблема не заставила себя долго ждать. Хотя в морях-океанах и существуют особые акустические каналы или коридоры, позволяющие иной раз транслировать ультразвуковые сигналы от одного берега океана до другого, таким способом невозможно пользоваться для связи с командованием на берегу.
Пришлось снова обратиться к радио. Проведя серию исследований на разных частотах, инженеры нашли возможность использования для связи с субмаринами сверхдлинных радиоволн. Но длинные волны требуют и антенн больших размеров. Для этого, говорят, на суше устраивают огромные антенные поля, а сами подлодки в случае необходимости выпускают и тянут за собой длиннейшие буксирные антенны.
Еще один способ связи — с помощью сине-зеленых лазеров, луч которых меньше всего ослабевает в воде. Так ныне осуществляется связь между подлодками и спутниками, висящими над ними.
И все же главным способом передачи подводникам указаний с берега по-прежнему остается радиосвязь на сверхдлинных радиоволнах. И здесь есть свои сложности. Одна из них заключается в том, что наряду с совершенствованием конструкции самих субмарин, средств связи с ними быстрыми темпами совершенствуется и технология охоты за субмаринами. Если раньше с самолета с помощью магнитометра и иными средствами удавалось засечь подлодку на глубине 100 м, то ныне безопасная глубина возросла до и более 200 м. А экипаж подлодки может чувствовать себя более-менее безопасно, пока она не обнаружена.
И вот сотрудники Морской академии вместе с их коллегами из Полярного геофизического института РАН разработали «Способ двухсторонней связи с подводным объектом» по патенту № 2361364 от 10 июля 2009 года.
Суть его заключается в том, что в качестве приемной антенны используется вся поверхность субмарины. Для этого непосредственно к внешней оболочке подлодки подключают особые устройства, превращающие саму обшивку в своего рода активный вибратор-антенну.
Когда антенной по существу стала вся лодка, дальность и надежность подводной связи на частотах 50 — 100 Гц существенно увеличилась. Но и это еще не все.
При проведении испытаний подводники заметили, что в определенных точках Мирового океана связь намного лучше, чем в других. А чем эти точки отличаются от прочих?
В поисках ответа на этот вопрос, подводники обратились за помощью к геологам и геофизикам. Быть может, связь лучше потому, что в данных точках морского дна имеются некие геоаномалии? Геологи сравнили данные подводников со своими картами и выяснили, что именно в этих районах на морском дне обнаруживаются своеобразные разломы земной коры. А они, эти разломы, в свою очередь, служат своеобразными указателями на наличие в данных точках природных кладовых углеводородов — то есть нефти и газа.
А поскольку каждая подлодка, как уже сказано, во время плавания непрерывно вычерчивает профиль морского дна под килем, то, получив в свое распоряжение после возвращения подводников с очередного задания распечатки бортового «черного ящика», геологи заодно получают и представление, где стоит искать кладовые полезных ископаемых, а где нет.
1 — корпус,
2 — перемычка,
3 — носовая точка,
4 — кормовая точка,
5 — трансформатор,
6, 7 — вход и корпус радиоприемника,
8 — второй трансформатор,
9, 10 — выход и корпус радиопередатчика.
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Броня-чешуя не по зубам даже пиранье
Солдаты в скором будущем смогут пойти в бой, защищенные чешуйчатой броней, изготовленной по патентам природы, полагают американские специалисты.
В середине прошлого века зародилась наука бионика, призывавшая инженеров использовать в своих конструкциях «разработки» природы. Так появились телебашни, в какой-то мере копировавшие строение стеблей пшеницы и ржи, подлодки, похожие на обитателей морских глубин, самозатачивающиеся резцы, построенные по подобию зубов грызунов, и многое другое.
И вот сейчас, похоже, специалисты близки к решению еще одной проблемы. А началось все вот с чего.
Всем известно, что южноамериканским рыбам пираньям, живущим в реке Амазонке, на пути лучше не попадаться. Налетит стая — и через считаные минуты даже от быка останутся только кости.
Но есть, оказывается, в той же Амазонке обитатели, которые даже пираньям не по зубам. Одним из таких исключений является арапаима (
И знаете, почему арапаима не боится пираний? Она покрыта словно бы броней. Ее чешуя, состоящая из прочных костяных чешуек, успешно противостоит зубам пираний.
Этим феноменом заинтересовалась группа исследователей из Калифорнийского университета Сан-Диего. Цель ученых, изучающих особенности строения «брони» арапаимы — создать по ее образцу и подобию бронежилеты для солдат и спецагентов.
Профессор Марк Мейерс заинтересовался особенностями строения чешуи арапаимы несколько лет назад. Для начала он испытал прочность чешуек этой рыбы под гидравлическим прессом и удивился — по характеристикам оказалась сравнима с керамической броней.
При внимательном рассмотрении под микроскопом выяснилось, что чешуя арапаимы имеет весьма сложную структуру. Внешняя ее оболочка состоит из чрезвычайно твердого минерального вещества, слои которого чередуются со слоями более мягкого и вязкого белкового покрытия. Зубы пираньи могут проникнуть только сквозь первый внешний слой покрытия. Попадая во второй слой, они просто в нем вязнут, а сталкиваясь с третьим, опять-таки твердым, слоем, они попросту начинают крошиться.
Такая прочность достигалась за счет того, что слои чешуи, составляющие этот «штабель», были уложены природой в разных направлениях, подобно слоям фанеры.
Помимо этого, верхний прочный слой не являлся гладким, его поверхность получается как бы гофрированной, благодаря чередующимся утолщениям. Такая структура позволяет внешнему слою брони-чешуи деформироваться в допустимых пределах без повреждений.
Теперь Мейерс с его коллегами планируют на основе своих знаний разработать технологию создания прочнейшей упругой керамики, которая найдет применение не только для создания непробиваемых бронежилетов и других средств индивидуальной защиты. Еще материал может использоваться для создания непробиваемых топливных баков военной техники, для внешней защиты космических аппаратов от ударов космического мусора и микрометеоритов, а также в иных случаях, когда требуется прочная и легкая защита.
ПО ПРИМЕРУ СКОРПИОНА
Покрытие «броня скорпиона» позволит защитить машины от песчаной эрозии. В результате испытаний отобран образец покрытия, обеспечивающий максимально возможную защиту, сообщает материаловедческий журнал
Техника в пустыне, как правило, служит не долго. Мельчайшие частицы песка быстро находят путь к движущимся, трущимся частям механизмов, из-за чего турбины, двигатели, элементы трансмиссии и другие узлы техники быстро приходят в негодность. И вот, чтобы избежать дорогостоящих последствий песчаной эрозии, ученые начали изучать особенности строения существ, постоянно живущих в пустыне. Наиболее впечатляющим оказался пример желтого толстохвостого скорпиона.
Организм скорпиона защищен от пагубного влияния окружающей среды «гофрированной» оболочкой, поверхность которой не так проста, как кажется с первого взгляда. Специальные структуры на поверхности «брони» скорпиона изменяют направления воздушных потоков таким образом, что песчинки попросту не долетают до поверхности, их сметает в сторону.
Исследователи тщательно изучили образцы поверхности покрытия скорпиона. Полученные формы были введены в компьютерную модель, которая рассчитывала динамику движения потоков воздуха. А изготовленные позже образцы искусственного покрытия были подвергнуты испытаниям в аэродинамической трубе.
Наибольшую эффективность показало покрытие с небольшими углублениями, наклоненными под углом 30° к направлению движения потока воздуха. Машины, поверхность которых защищена такой «гравировкой», будут служить существенно дольше машин с гладкой поверхностью, обещают исследователи. А там, глядишь, ученые и для защиты трущихся частей что-то подсмотрят, придумают. Ведь в пустыне не один только скорпион живет…
У СОРОКИ НА ХВОСТЕ
ЭВОЛЮЦИЯ СМЕХА. Животные тоже боятся щекотки!.. К такому выводу пришли недавно ученые из Великобритании и США, проведя ряд экспериментов над гориллами и крысами. Как сообщила британская корпорация Би-би-си, в английском графстве Кент 19-летняя горилла Эмми наглядно продемонстрировала, что приматы иной раз не могут сдерживать радостное пофыркивание при щекотании.
По словам ученого из университета Портсмута Марины Давилы-Росс, на основе полученных результатов исследования поведения приматов «можно сказать, что смех зародился, по меньшей мере, от 30 до 60 млн. лет назад».
Причем приматы оказались не единственными «хихикающими» млекопитающими. Несколько лет назад ученого Яака Панксеппа, работающего в ветеринарном колледже Университета штата Вашингтон, посетила незаурядная мысль — проверить, как отреагируют на щекотку крысы. Выяснилось, что при щекотке грызуны издают неразличимые для человеческого слуха высокочастотные звуки, которые ученые сочли примитивной формой смеха.
Сейчас доктор Давила Росс и ее коллеги изучают видеоролики со «смеющимися» совами, собаками, пингвинами, дельфинами и даже верблюдами. Исследователи рассчитывают, что анализ собранных материалов поможет им разобраться в эволюции смеха.
ГЕН ЭМОЦИЙ И… СВОБОДЫ? Его обнаружили ученые из американского Северо-Западного университета штата Иллинойс.
В ходе исследований научная группа установила, что существует особый ген, регулирующий активность серотонина — химического вещества, осуществляющего в головном мозге передачу электрических импульсов. Именно серотонин влияет на эмоции и настроение человека.
Американские ученые обнаружили, что данный ген характерен для представителей народов, которые создали современные демократические общества в Европе и в Северной Америке. В результате они сделали вывод о генетической природе свободомыслия.
АМЕРИКУ ОТКРЫЛИ… ПЕШКОМ? Америка действительно была открыта европейцами, однако произошло это за десятки тысячелетий до высадки Христофора Колумба в Новом Свете 12 октября 1492 года.
К такому выводу пришла недавно международная группа ученых на основании археологических находок в шести районах на Восточном побережье США.
Анализ каменных орудий труда, изготовленных по европейскому образцу и имеющих древность от 19 000 до 26 000 лет, показал, что некоторые из них изготовлены из кремния, залегающего, в частности, на территории современной Франции.
Европейцы каменного века, как полагают ученые, мигрировали в Америку по льду Северной Атлантики, замерзшей во время ледникового периода.
Подробные обоснования такого мнения содержатся в книге Д. Стэнфорда и Б. Брэдли «Через атлантический лед», увидевшей свет в феврале нынешнего года.
УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
Растения под напряжением
Поделиться книгой: