Юный техник, 2011 № 12

Со временем выяснилось, что с квазикристаллами физики сталкивались задолго до их официального открытия. «В частности, такие структуры были выявлены при изучении в 40-е годы XX века дифракции Дебая — Шерера на зернах интерметаллидов в алюминиевых сплавах, — сказано в научном отчете. — Однако в то время икосаэдрические квазикристаллы были ошибочно идентифицированы как кубические кристаллы с большой постоянной кристаллической решетки». То есть, говоря попросту, квазикристаллы были восприняты не как новый класс веществ, а как некие искажения в старых структурах.

Сейчас же официально признано, что квазикристаллы представляют собой особый вид сплавов, и свойства их уникальны. У них низкая теплопроводность, их электрическое сопротивление с ростом температуры падает, в то время как у обычных металлов растет. Со временем квазикристаллы нашли в разных материалах — металлах, жидкостях, полимерах.

Впрочем, долгое время считалось, что квазикристаллы можно создать только искусственным путем. Лишь в 2009 году естественные квазикристаллы, состоящие из атомов железа, меди и алюминия, были обнаружены в России во фрагментах пород, собранных на берегах реки Катырки в Якутии. Международная команда ученых, сделавших это открытие, назвала минерал с квазикристаллической решеткой икосаэдритом.

В наши дни икосаэдрит используют как добавку в высококачественную легированную сталь. Материалы со структурой квазикристаллов уже используются в авиационной и автомобильной промышленности. Есть предположения, что они найдут себе применение при создании космолетов, в нанотехнологии и микроэлектронной промышленности. Новые синтетические материалы с квазикристаллической конфигурацией будут, как полагают, иметь потрясающую твердость и прочность.

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

БРИТАНИЯ ВОЗНИКЛА ИЗ… АСТЕРОИДА?! Следы крупного астероида, упавшего на Землю 214 млн. лет назад, обнаружили в районе Бристоля британские ученые. Звездный странник диаметром около 5 км врезался в Землю на скорости около 16 км/с. Эпицентр места падения находился далеко, за несколько тысяч километров — где-то в Северо-Восточной Канаде. Однако пыль и обломки, поднятые в атмосферу гигантским взрывом, достигли территории, которая впоследствии стала Британскими островами. Они выпали слоем спекшихся при высокой температуре стекловидных частиц и пыли толщиной около 2 сантиметров.

В момент падения астероида на Земле существовал единый гигантский континент — Пангея. Ученые не исключают, что именно этот катаклизм положил начало тектоническим процессам, в результате которых начался раскол Пангеи, дрейф континентов, образование островов, в том числе Британских.

САМЫЕ ТОЧНЫЕ ЧАСЫ. Самые точные часы в мире находятся в Лондоне. И это вовсе не знаменитый Биг-Бен, а атомные часы, находящиеся в Национальной физической лаборатории. Титул наиточнейших часов присвоен им журналом знаменитого Международного бюро мер и весов — «Метрология». Проверка показала, что эти атомные часы способны отстать или уйти вперед на одну секунду лишь за 138 млн. лет. Ни одни существующие на сегодняшний день часы в мире не обладают подобной точностью.

РАСТЕНИЯ-ДЕТЕКТОРЫ. Еще М.В. Ломоносов обратил внимание, что «травки, над рудными жилами растущие», меняют цвет своей листвы. А стало быть, растения можно использовать в качестве детекторов для выявления определенных руд или иных химических соединений.

Уже в наши дни подобные свойства некоторых растений стали использовать для выявления, например, мин, зарытых на каком-то поле. По весне данное поле засевают с воздуха семенами определенной травы и ждут, когда она прорастет. Те растения, которые оказываются поблизости от мин, меняют свой цвет, намного облегчая работу саперам.

Наконец, исследователи из Колорадского университета намерены использовать растения в роли детективов, выслеживающих террористов. Они отобрали целый ряд растений, листва которых меняет свой цвет (например, белеет), как только в воздухе обнаруживаются молекулы некоторых соединений.

Ученые, модифицируя ДНК, сделали так, что эти растение (названия не сообщаются) стали считать угрозой для себя взрывчатые вещества. Они обнаруживают взрывчатку по едва уловимым примесям в воздухе, ведь запах опасных химических соединений так или иначе всегда просачивается в атмосферу. И растение тут же сигнализируют об опасности.

Предполагается, что растения-детекторы в горшках будут располагать в залах ожидания на вокзалах, в аэропортах, супермаркетах, музеях, словом, там, где есть опасность теракта.

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Возрождение парашюта

На МАКС-2011 среди множества прочих экспонатов были продемонстрированы и новые изделия НИИ парашютостроения. А на состоявшей там же, в Жуковском, пресс-конференции много интересного рассказали сотрудники института во главе с генеральным директором ФГУП НИИ парашютостроения Виктором Лялиным.

Парашют для первого космонавта Земли, купол для самой большой в мире водородной бомбы, спасательные системы для всех советских и российских пилотируемых космических кораблей и спускаемых аппаратов дальнего космоса серий «Венера», «Марс», «Луна» и «Вега» — вот лишь некоторые разработки сотрудников НИИ парашютостроения.

Институт был образован сразу после Второй мировой войны. Основными его заказчиками стали летчики военной авиации, воздушно-десантные войска, аэрокосмическая промышленность. Для них и было создано почти пять тысяч парашютных изделий различных модификаций. Их надежность подтверждена временем. Например, для десантных парашютов показатель надежности — пять предпосылок на отказ на миллион применений.

«Продукция наших специалистов работает безотказно даже в непредвиденных случаях. Вспомните, как в Ле-Бурже была аварийная ситуация с нашим самолетом, и летчик катапультировался на высоте где-то около 50 метров. Он приземлился благополучно, остался жив», — подчеркнул Виктор Лялин.

Известна продукция НИИ и за рубежом. Несколько лет назад российскими специалистами по заказу Европейского космического агентства создали уникальный парашют для спасения разгонного блока ракеты-носителя «Ариан-5», который весит 40 тонн. Площадь парашюта составила почти 2000 кв. м!

Спуск с орбиты космических аппаратов осуществляется на парашюте.

Парашют «Школьник» используется при выполнении учебно-тренировочных прыжков.

Вообще у «предотвращающих падение» — именно так переводится слово «парашют» с французского — длинная и славная история. Первый проект спасительного купола предложил еще Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения. Освоение же парашютов на практике началось при полетах на воздушных шарах. В декабре 1783 года француз Ленорман выполнил первый прыжок из корзины аэростата. Именно он назвал свое изобретение «парашют».

Специальный ранцевый парашют для летчиков создал русский изобретатель Глеб Евгеньевич Котельников. Сто лет тому назад, в 1911 году, он зарегистрировал свое изобретение. Купол его парашюта имел круглую форму, укладывался в металлический ранец, который вешался за спину, подобно рюкзаку. На дне ранца под куполом располагались пружины, которые выбрасывали парашют наружу, после того как прыгающий дергал за вытяжное кольцо. Впоследствии жесткий ранец был заменен мягким, а на его дне появились соты для укладки в них строп. Такая конструкция спасательного парашюта применяется до сих пор.

Наши конструкторы и парашютисты первыми в мире летом 1930 года осуществили массовое десантирование людей и грузов с парашютов. Так было положено начало современным воздушно-десантным войскам — ВДВ.

Сейчас специалисты НИИ парашютостроения продолжают изобретать и совершенствовать конструкции парашютов для различных целей, добиваясь простоты и надежности. Среди новейших разработок НИИ — управляемые планирующие парашютные системы, которые способны доставлять грузы точно в заданный район при помощи спутниковой навигации.

«Мы сегодня готовы к созданию парашютов для самолетов и авиационных комплексов 5-го поколения, — заверил Виктор Лялин. — Отечественное парашютостроение ныне обретает второе дыхание. Госкорпорация «Ростехнологии» создает холдинг по парашютным системам военного и гражданского назначения. Новая структура будет разрабатывать парашютные системы спасения экипажей, системы жизнеобеспечения воздушных и космических летательных аппаратов, парашютно-десантное оборудование…»

Новые десантные парашюты Д-10 идут на смену парашютам Д-6. В отличие от предшественников, система Д-10 обладает повышенной грузоподъемностью — вес десантника со снаряжением может достигать 140 кг, что позволяет ему взять с собой больше боеприпасов и снаряжения. Такие парашюты имеют купол круглой формы площадью 100 кв. м. Они могут применяться для боевых и учебных прыжков на скоростях сброса от 140 до 400 км/ч, в диапазоне высот от 200 до 8000 м. Срок эксплуатации парашюта — 14 лет, в течение которых он может выдержать от 80 до 120 применений.

Помимо Д-10, наши десантники в 2011 году получили первую партию новейших парашютов «Арбалет». Особенность парашюта в том, что после приземления его можно использовать в качестве палатки. В НИИ парашютостроения завершаются испытания и еще одного десантного парашюта. Разработчики называют его «Листик». Главное его достоинство — максимальная безопасность. Кроме того, благодаря оригинальному механизму центрального замка, освободиться от парашюта десантник может за секунды.

По словам заместителя генерального директора НИИ парашютостроения Юрия Назаренко, новый парашют также позволяет десантнику производить развороты в ходе снижения, спускаться по ветру и против него.

Комплект «Листика» представляет собой ранец с основным и запасным парашютами, а также грудной контейнер с боеприпасами и продовольствием. «Наш новый парашют легче состоящего на вооружении ВДВ парашюта Д-10. Кроме того, он рассчитан на вес до 165 кг, в то время как Д-10 — на 140 кг», — отметил Назаренко.

Думают наши специалисты и над тем, как бы спасти пассажиров авиалайнеров в случае отказа двигателей в воздухе. По словам заместителя директора НИИ парашютостроения профессора Виктора Морозова, идея коллективного спасения пассажиров самолетов с помощью парашютной системы зародилась еще в 20-е годы XX века. Создатель первого в мире ранцевого парашюта российский изобретатель Глеб Котельников в 1923 году получил также патент и на изобретение «устройства для спасения пассажиров при аварии самолета».

По замыслу изобретателя, в случае аварии от самолета должна была отделяться вся пассажирская кабина, которая затем спускалась на землю на больших парашютах. Члены же экипажа, имевшие индивидуальные парашюты, покидали самолет самостоятельно. Однако технические возможности того времени не позволили реализовать эту идею. Сегодня возможности материаловедения и технологии дают специалистам такую возможность.

Последователи Котельникова предлагают устанавливать на пассажирских магистральных авиалайнерах (например, на аэробусах Ил-96) аварийно-спасательную систему, которая в случае опасности отсоединит от фюзеляжа крылья, хвостовой стабилизатор, горизонтальное оперение и двигатели. На парашютах спускается лишь обитаемая гондола, оборудованная системой боковых рулей, создающих аэродинамическую управляемость при снижении, а также радиомаяком для определения координат аварийной посадки модуля.

Вот только воплощение этой идеи в жизнь дело не самого близкого будущего. По мнению Виктора Морозова, это очень сложная и многоплановая проблема. Это будет не просто самолет и не просто парашют, сложенные вместе, а самолетно-парашютная система, все части которой должны работать слаженно.

Это очень дорогостоящая разработка, поэтому если проект пробьет себе дорогу в жизнь, то воплощаться он будет в условиях международной кооперации. Кроме того, сегодня и у нас, и за рубежом возникла дилемма: то ли вкладывать деньги в саму конструкцию самолета и делать его абсолютно надежным, то ли инвестировать средства в альтернативные варианты. Однако билет на абсолютно безопасный самолет будет стоить миллионы долларов. Так что, наверное, дешевле все же использовать парашюты.

ИНФОРМАЦИЯ

«НЕОДНАЗНАЧНАЯ ФИЗИКА». Работу под таким названием прислал к нам учитель физики из г. Рязани Виктор Борисович Дроздов. К сожалению, мы не имеем возможности напечатать всю работу — она велика по объему и содержит немалое количество формул и ссылок на научные авторитеты. Но рассказать о ней нам вполне по силам. Узнать же о сути спора, наверное, интересно и нашим читателям.

Виктора Борисовича возмутило опубликованное в Интернете заявление некоего В.Н. Матвеева, в котором тот взялся ни больше, ни меньше, как опровергнуть теорию относительности Альберта Эйнштейна. Более-менее благополучно она просуществовала более ста лет, а теперь Матвеев пришел к выводу, что физики спорными положениями этой теории «морочат голову населению планеты».

ФАНТАСТИКА В ЧЕРТЕЖАХ…

Прозрачный аэробус

Мечтать умеют не только фантасты, но и инженеры. Причем иногда их идеи опережают даже самые смелые фантазии. Так, например, инженеры концерна Airbus разрабатывают Concept Plane — самолет, который поднимется в небо в 2050 году. Вот что рассказали об особенностях этой удивительной конструкции газеты La Repubblica и The Daily Telegraph.

Европейский авиаконцерн Airbus выступил с идеей создания пассажирского самолета с полностью прозрачным фюзеляжем. Пассажиры, находящиеся внутри такого самолета, смогут во время полета видеть обычное или звездное небо, ландшафты и огни городов под ногами.

«Когда вы будете находиться на высоте 12 тысяч метров над Римом или Лондоном, Берлином или Парижем или над Нью-Йорком и Токио, Concept Plane станет прозрачным изнутри: электронные импульсы сделают невидимым фюзеляж, построенный из специальной гиперрезистентной керамики. Вы увидите каждую звезду, каждый огонек городов», — рассказал на пресс-конференции глава исследовательского подразделения Airbus Аксель Крейн.

Прозрачность обшивки можно менять в зависимости от обстоятельств — днем пропускать поменьше света, зато ночью пассажиры смогут любоваться ночным звездным небом через практически невидимые панели.

Впрочем, новый материал интересен не только этим. Сенсоры, расположенные по всей поверхности самолета, позволят Concept Plane «чувствовать» самую мелкую трещинку, «уставший» фрагмент фюзеляжа или структуры самолета, который сам себя вылечит при помощи разбрызгивания наноклея. Кроме того, уникальные датчики позволят Airbus будущего заранее предугадывать приближение зон турбулентности или воздушных ям, чтобы избежать их, сделать полет даже в этих условиях максимально комфортным для своих 300 пассажиров.

Нанотехнологии позволят также проводить автоматическую чистку сидений и кабины после каждого полета без помощи персонала и типичных, загрязняющих окружающую среду спреев. А сами пассажирские кресла, сделанные из полностью экологичных материалов, будут не только самостоятельно очищаться от пыли и грязи, но и принимать форму тела пассажира. Инженеры, кстати, предлагают сделать кресла вращающимися вокруг своей оси, чтобы каждый из пассажиров мог получить максимальную отдачу от возможностей, предлагаемых прозрачным фюзеляжем.

Сами же пассажиры получат удобства, немыслимые сегодня. У них будут не только эксклюзивные кровати и ванные комнаты, но каждый также сможет трансформировать свою кабину в кабинет, спальню или даже виртуальную спортплощадку, где можно сыграть, например, в гольф.

Concept Plane будет потреблять меньше горючего, чем его предшественники: крылья и фюзеляж будут единым целым, двигатели окажутся полускрыты в фюзеляже, а не подвешены к гондоле, потому что они очень тихие и экономичные, отпадет необходимость иметь к ним постоянный доступ для технического обслуживания. Наконец, самолет будущего будет улавливать тепло пассажиров, чтобы накапливать его и вновь использовать, экономя, таким образом, другую энергию.

Нынешнее разделение интерьера лайнера на салоны первого, бизнес- и экономкласса будет заменено на зоны «vitalising», «interactive» и «smart tech».

Вид из салона аэробуса днем.

Если в полете пассажиру станет скучно, он сможет развлечься с помощью компьютера.

В первой зоне пассажирам обеспечат максимальную релаксацию, воздух насытят витаминами и антиоксидантами, кресла время от времени будут делать массаж, а вентиляция включать систему ароматерапии.

Второй, интерактивный, отсек позволит пассажирам погружаться в виртуальную реальность, рассматривать передвижение лайнера на огромной подвижной карте или даже становиться героями трехмерных компьютерных игр.

В «умном» салоне разместятся пассажиры, настроенные больше на деловой лад. Голографические экраны и системы связи позволят им провести время в пути с большей пользой. Таким образом, при желании на борту лайнера можно будет продолжать делать все то, чем каждый из пассажиров занимался бы на Земле.

По словам Акселя Крейна, технически создать описанный в концепции самолет будет возможно к 2020 году, но в воздух такой самолет сможет подняться примерно к 2050 году. В компании также говорят, что прозрачный самолет — это лишь одна из идей, представленных в рамках концепции The Future by Airbus, когда инженерам предложили просто помечтать, каким бы они хотели видеть авиалайнер будущего.

Кстати…

ПРОЗРАЧНЫЙ САМОЛЕТ КОЗЛОВА

Интересно, что в нашей стране попытку создать прозрачный самолет предприняли еще в 30-е годы XX века. Занимались этим сотрудники Военно-воздушной инженерной академии имени профессора Н.Е. Жуковского под руководством профессора С.Г. Козлова.

Для этого полотняная обшивка легкого спортивного самолета АИР-3 была заменена обшивкой из прозрачного материала типа целлулоида, а точнее — целлона (так называлась ацетилцеллюлоза, получается путем воздействия ледяной кислоты и уксусного ангидрида на целлюлозу в присутствии катализатора). По своим механическим свойствам материал несколько уступает целлулоиду, но, в отличие от него, негорюч, более стоек к действию света, кислот, щелочей и органических растворителей. После переделки АИР-4 получил название ПС — «Прозрачный самолет».

В дальнейшем самолет еще неоднократно испытывали и демонстрировали разного рода комиссиям. Поначалу шли лишь хвалебные отзывы. «Впечатление таково, что ПС тает на глазах и затем, при выходе на менее благоприятный ракурс, появляется снова, но виден все же довольно слабо», — отмечалось в отчетах.

В выводах комиссии говорилось, что применение прозрачного покрытия для уменьшения видимости вполне оправдывает себя, и высказывалась надежда, что специально сконструированный самолет даст эффект более сильный. При этом рекомендовалось обратить внимание на улучшение прозрачности и физико-механических свойств целлона.

Именно это обстоятельство и погубило проект. Непрочное покрытие из целлона не подходило для полной гарантии при обтяжке им скоростных машин. Кроме того, в стране начинались первые работы по созданию радаров, и прозрачность обшивки теряла свою актуальность.

ВЕСТИ С ПЯТИ МАТЕРИКОВ

САМОЛЕТ-МАХОЛЕТ под названием Snowbird создали студенты аэрокосмического университета Торонто во главе с профессором Джеймсом Делаирером. Для строительства Snowbird были использованы легчайшая древесина бальса, полимеры и углеволокно. Получилась уникальная конструкция, массой 94 кг и размахом крыльев 32 метра. Посредством мускульной тяги махолет продержался в воздухе 19,3 секунды, пролетев за это время 145 м.

Правда, для разгона махолета был использован обычный автомобиль. Затем трос, которым Snowbird был прикреплен к машине, отцепили, и аппарат перешел в состояние свободного полета.

ТЕПЕРЬ ОКНА МЫТЬ НЕ НАДО. Мытье окон — одна из самых неприятных обязанностей для домохозяек. Еще хуже, если окна эти распложены в небоскребе, где-то на сотом этаже. Тут уж приходится нанимать промышленных альпинистов и платить им немалые деньги. К счастью, новая технология обещает в ближайшее время избавить всех от этой вековечной повинности. Британская стекольная компания «Пмилкингтон» начала производство самоочищающихся оконных стекол.

Своими уникальными свойствами новое стекло обязано тонкой пленке из окиси титана, покрывающей всю его поверхность. Когда дождевая вода попадает на обычное стекло, она скатывается с него маленькими ручейками, оставляя за собой полоски и пятна пыли. Окисная же пленка хорошо смачивается водой, которая стекает с него сплошным тонким слоем, смывающим пылевые частицы. Но даже и без дождей такое стекло очищается само собой. Механизм очистки состоит в том, что ультрафиолетовые солнечные лучи воздействуют на органическую пыль в присутствии окиси титана, а эта окись является сильным катализатором. В результате пылевые загрязнения разлагаются на углекислый газ и водяные пары, и постепенно исчезают со стекольной поверхности.