Помоги проекту - поделись книгой:
СОЗДАНО В РОССИИ
Из чего создать ракету?
Вопрос, казалось бы, забавный. И так понятно: нужно взять материал попрочнее, и ракете не страшны будут ни перегрузки, ни космический холод. Но не все так просто.
Да, ракета должна быть прочной. Но при этом она должна быть как можно легче, борьба ведется за каждый грамм конструкции, которую приходится отправлять в космос.
А если ракета стартует не с обычного наземного космодрома, а из-под воды, с борта подводной лодки, на ракету давит всей своей массой еще и окружающая лодку вода.
Академик В.П. Макеев в свое время пошел на хитрость, предложив перед стартом ракету надувать, словно футбольный мяч. То есть сжатый воздух подавался под оболочку ракеты и своей упругостью противодействовал давлению воды. А когда ракета оказывалась в воздухе, излишнее давление тут же сбрасывалось, чтобы ракету не раздуло, как воздушный шарик, и она не лопнула из-за излишнего давления изнутри.
Все эти ухищрения, конечно, усложняли и саму конструкцию ракеты, и процедуру ее запуска.
Тогда конструкторы решили отказаться от изготовления ракет из титановых сплавов, перейдя на еще более прочные и легкие композиты.
Что такое композит? В простейшем случае, это сетка из углеродных или металлических нитей, запрессованная в стеклопластик или иной легкий материал.
Но не зря же говорят, что новое — это хорошо забытое старое. Специалисты вспомнили об опыте нашего замечательного ученого и инженера В.Г. Шухова, который еще в начале прошлого века создал ажурное перекрытие на Киевском вокзале, а потом сконструировал металлическую сетчатую башню на Шаболовке, откуда начинались первые в нашей стране телетрансляции.
И решили использовать прочные и легкие сетчатые конструкции в космическом деле.
Сейчас по этой технологии серийно изготавливают оболочки ракет боевого ракетного комплекса «Тополь-М», тяжелой грузовой ракеты «Протон-М», а также морской ракеты нового поколения «Булава». На стадии экспериментального производства находятся также космические платформы, разрабатываемые в Центре информационных спутниковых систем им. М.Ф. Решетнева, а также и проектируются конструкции космических носителей в РКК «Энергия» им. С.П. Королева.
Разработанные в России сетчатые композитные конструкции получили признание за рубежом и даже особое название —
Подобная технология интересна и авиастроителям. Уже завершен эскизный проект композитной конструкции секции фюзеляжа, стабилизатора и концевой части крыла для отечественного пассажирского самолета МС-21.
Понятное дело, что освоить такую технологию инженерам помогают текстильщики. Они принимают активное участие в новых разработках. Так, по словам ректора Московского государственного текстильного университета (МГТУ), профессора, доктора технических наук С.Д. Николаева, более трети материалов, используемых в летательных аппаратах, состоит из «технотекстиля».
Работы эти были начаты на кафедре технологии трикотажа еще в 70-х годах прошлого столетия совместно со специалистами НПО прикладной механики, возглавляемым тогда академиком М.Ф. Решетневым. Текстильщики совместно с инженерами трудились над созданием легких, прочных и гибких материалов на базе вязаных сетеполотен.
Группа специалистов под руководством профессоров Л. А. Кудрявина и В.А. Заваруева разработала технологию производства трикотажа из тончайших металлических нитей. Нить, а точнее, проволока диаметром 30–50 мкм, была использована для создания антенны, которую в 1985 году установили на космической станции «Мир».
В последующих разработках для повышения эластичности материала и снижения его веса была разработана технология вязания антенн из вольфрамовой микропроволоки диаметром 11–15 мкм и стальной — диаметром 20 мкм. Из них стали «ткать» сетеполотна с размеров ячейки до 0,2 мм.
Обрабатывать такие волокна на обычных текстильных машинах оказалось не просто: проволока не переносит многократных изгибов, ломается, пружинит. Но наши ученые нашли выход из положения — проволоку окутали оболочкой из материала, который можно было после того, как трикотаж готов, просто-напросто сжечь.
Трикотажное сетеполотно оказалось почти идеальным материалом для отражательной поверхности антенн телекоммуникационных спутников. Оно прекрасно складывается или разворачивается, не оставляя складок на поверхности антенны. А для улучшения радиоотражающих свойств на сетеполотно наносятся покрытия из золота или никеля; в итоге коэффициент радиоотражения достигает 99 %.
Сетка легкая, она весит всего около 30–40 г/м2, что очень важно для космической техники, когда каждый избыточный килограмм, выводимый на орбиту, обходится в несколько лишних тысяч долларов. В качестве материала для полотна наши специалисты используют сталь, вольфрам или молибден. Трикотажный материал поверхности антенны выдерживает удары космических частиц. Сегодня, когда идет подготовка к запуску космических радиотелескопов «Радиоастрон» и «Миллиметрон», сетеполотна для отражения радиоволн востребованы как никогда.
На кафедре технологии трикотажа занимаются и крупноячеистым сетеполотном, которое успешно применяется для изготовления подложек солнечных батарей космических кораблей, а также, как уже сказано, для изготовления элементов конструкций самих ракет.
ПРЕМИИ
Свет и электричество
ПОЗВОЛЯЮТ ЗАФИКСИРОВАТЬ И ПЕРЕДАТЬ ИНФОРМАЦИЮ ЗА СОТЫЕ ДОЛИ СЕКУНДЫ
Лауреатами Нобелевской премии по физике 2009 года стали трое американских ученых.
76-летний Чарлз Као удостоился высокой награды «за новаторские достижения в области оптоволоконной связи». Или, говоря проще, за то, что в 1966 году выполнил вычисления, которые позволили ему с уверенностью заявить: световой сигнал по стекловолокну можно передать на расстояние более 100 км. Это было на редкость смелое заявление, поскольку на практике в то время по волоконным проводникам сигнал передавали на расстояние не более… 20 м!
Однако Као это не смутило. Он верил в свои расчеты и показал, как достичь теоретических показателей на практике. По его мнению, нужно было не столько улучшить конструкцию волоконного кабеля, сколько повысить качество самого стекла, избавив его от примесей, задерживающих и искажающих сигнал.
С его легкой руки был разработан метод зонной плавки, позволивший получать сверхчистое волокно. Через 4 года Као представил всем практическое доказательство верности своих расчетов. Образец длиной в 1 км побил тогда все рекорды дальности передачи оптического сигнала. И это было лишь началом. Као словно бы открыл шлюз некоей плотины: изобретения полились потоком, дальность передачи полезного сигнала по стекловолокну непрерывно нарастала. Так, в 1988 году по дну Атлантического океана был проложен стекловолоконный кабель длиной в 6000 км, который соединил Европу с Америкой. Ну, а сегодня суммарная длина таких кабелей превысила уже 1 млрд. км! Работа Всемирной паутины — Интернета — попросту немыслима без исследований Чарлза Као.
Стекловолокно удобно еще и тем, что не чувствительно ни к молниям и другим электромагнитным помехам, как медные провода, ни к магнитным бурям, как радиопередачи. При этом затухание самого сигнала составляет всего 5 % на километр. А ведь на заре сверхдальних передач инженеры бились над тем, чтобы до конца километровой дистанции добиралась хотя бы одна сотая первоначальной мощности.
Не менее революционно и второе открытие, удостоенное той же премии. Заслуги американцев — 85-летнего Уилларда Бойла и 79-летнего Джорджа Смита может оценить каждый, кто держал в руках цифровой фотоаппарат или мобильный телефон с камерой. Их ядро — ПЗС-матрица, прибор с зарядовой связью, прототип которого создали в 1969 году Бойл и Смит.
Как подчеркнул У. Бойл, они со Смитом вряд ли бы взялись за создание ПЗС-матрицы, если бы не особая атмосфера, царившая в лаборатории Белла, где они тогда работали. Никто никого не подгонял, не заставлял писать бесчисленные планы и отчеты, не указывал, что именно следует делать в первую очередь. И такая свобода позволила ученым решиться на разработку «безумной идеи», которая, казалось, не имеет перспектив.
Кроме того, исследователям было всегда с кем посоветоваться — ведь в лаборатории Белла к тому времени уже работало около десятка нобелевских лауреатов, и они всегда могли подсказать что-то дельное.
Предполагалось, что разработка Бойла и Смита может, в первую очередь, пригодиться в телевидении. Но со временем выяснилось, что она может произвести переворот в фотографии и кинематографе. Сегодня, вы знаете, на смену пленке пришли электронные матрицы и фотография из аналоговой стала цифровой. Цифровые снимки можно распечатать на бумаге, а можно переслать по волоконным линиям связи из одного конца земного шара в другой.
Кроме того, цифровые методы визуализации изображения оказались весьма полезны в криминалистике, медицине, астрономии. Благодаря ПЗС-матрицам мы получаем снимки из далекого космоса с помощью космических станций и орбитальных телескопов, можем заглянуть на океанское дно, получать изображения почти в полной темноте из глубин человеческого организма…
ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Блин на шаре, или как совершить прорыв в математике
Наш соотечественник, математик Григорий Перельман из Санкт-Петербурга, удостоен престижной международной Премии тысячелетия за доказательство теоремы Пуанкаре.
В учебниках и научно-популярных книгах гипотезу Пуанкаре описывают примерно так. Попробуйте представить себе для начала двухмерную сферу. Для этого возьмите тонкий резиновый «блин» и натяните его на шар. Причем так, чтобы окружность периметра этого блина-диска оказалась собранной, как бы связанной в одной точке. Примерно так набитый зерном мешок завязывают у горловины.
В итоге, как утверждают топологи, у вас получится, что двухмерный эластичный диск окажется растянутым в трехмерном сферическом пространстве. Причем растяжение это, если мы действовали аккуратно, проходит без всяких разрывов.
Так вот, в 1904 году блестящий французский математик Жюль-Анри Пуанкаре выдвинул предположение, что если взять не двухмерную, а некую трехмерную оболочку и натянуть ее на четырехмерную сферу, то края оболочки тоже должны сойтись в некой точке. Представить себе наглядно это довольно трудно, но все же попробуем.
Согласно гипотезе Большого взрыва, некогда наша Вселенная представляла собой точку. После взрыва материя стала распространяться в трехмерном пространстве, все время как бы раздувая свою первоначальную оболочку. Причем в данном случае время выступает в роли как бы четвертого измерения. Именно поэтому астрофизики часто говорят о пространстве-времени как о некоем четырехмерном объекте.
Так вот, согласно гипотезе Пуанкаре, получается, что при «раздувании» Вселенной ее трехмерная оболочка осталась в целости и при «сдутии» может опять когда-нибудь обратиться в точку. Эта гипотеза в свое время была положена в основу концепции бесконечной Вселенной, согласно которой окружающий мир может расширяться и сжиматься бесчисленное число раз.
Однако сам Пуанкаре доказать свое предположение так и не смог. Пытались доказать гипотезу Пуанкаре и многие другие математики, но сделать это удалось лишь Григорию Перельману.
В 2002 году он нашел доказательство гипотезы французского тополога и выложил свои расчеты в Интернет, предложив всем желающим: найдите ошибку, если сможете.
За прошедшие годы ошибки никто не нашел, и в 2006 году за свою работу Перельман был удостоен медали Филдса. А в 2010 году математический Институт Клэя (США) выделил из своего фонда миллион долларов для награждения нашего математика. Причем Григорий Перельман в тот момент, когда пишутся эти строки, все еще раздумывает: принимать ли ему награду?
Что касается Вселенной, пока она и не думает снова обращаться в точку. Напротив, измерения показывают, что звезды и галактики на окраинах Вселенной разбегаются от центра со все возрастающей скоростью. Говорят, что их растягивает так называемая темная энергия. Но что это такое, никто пока толком не знает. И за объяснение природы этой силы наверняка кого-то удостоят престижной премии.
ОСТАЛОСЬ ЕЩЕ ШЕСТЬ ПРЕМИЙ…
Тот же Институт Клэя опубликовал список еще шести задач, за решение каждой из которых, как уверяет президент института Джим Карлсон, любой желающий может получить премию в миллион долларов. А кроме того, стать столь же знаменитым, как лауреат Нобелевской премии — ведь за достижения в математике эта премия не присуждается.
Итак, в списке значатся:
Проблема Кука. Претенденту на награду предлагается показать математически, может ли проверка верности решения какой-либо задачи потребовать больше времени, чем само решение. Ответ на этот вопрос, оказывается, очень важен для специалистов по шифрам. Криптографам хотелось бы удостовериться, что расшифровка придуманного ими шифра наверняка потребует больше времени, чем его изобретение.
Гипотеза Римана. Существуют так называемые простые числа, например 2, 3, 5, 7 и т. д., которые делятся только сами на себя. Сколько их всего, неизвестно. Риман полагал, что можно найти закономерность их распределения. Кто найдет — опять-так и окажет услугу криптографам, шифры которых довольно часто базируются как раз на простых числах.
Гипотеза Берна и Свиннертон-Дайера. Придумайте способ решения уравнений с тремя неизвестными, возведенными в любую степень — и премия ваша.
Гипотеза Ходжа. Она предполагает, что любой объект, сколь угодно сложной формы, можно разделить на простейшие «кирпичики», исследовать, описать их по отдельности, а потом снова «склеить» между собой, совместив и части математического описания. Нужно доказать, что такой способ исследования допустим всегда. Практически же к такому способу прибегают довольно часто.
Уравнения Навье — Стокса. Они описывают воздушные потоки, которые удерживают самолет в воздухе. Сейчас уравнения решают приближенно, с помощью компьютеров. Нужно найти точные решения и доказать, что в трехмерном пространстве эти решения не имеют ограничений.
Уравнения Янга — Миллса. В окружающем нас мире все частицы материи, в том числе и самые малые — элементарные, обладают массой. Нужно доказать, что в природе имеется наименьший носитель этой массы, аналогично тому, как заряд электричества не может быть меньше заряда электрона.
СОЗДАНО В РОССИИ
Игры с ядерным «конструктором»
В Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований в г. Дубне успешно закончился эксперимент по синтезу нового химического элемента под номером 117. Теперь в таблице Менделеева заполнены все 118 клеток. Можно ли теперь считать, что человечество обнаружило все без исключения элементы, и если можно, то какая польза от этого знания?
В свое время знаменитый английский инженер-изобретатель и писатель-фантаст Артур Кларк, известный своими научно-техническими пророчествами, писал: «Нет бесполезных открытий и изобретений — есть лишь такие, которым еще не нашли применения».
Кстати, сам Кларк еще до того, как на орбите появились первые искусственные спутники Земли, высказал предположение, что в будущем они могут быть полезны в качестве антенн для сверхдальней связи и радиовещания. В 1947 году фантасту мало кто поверил. Но спустя четверть века его предположение было осуществлено на практике, а сегодня многие даже не представляют себе жизни без спутникового телевидения, мобильной связи и Интернета.
А вот вам еще один пример. Когда в 1896 году французский ученый Анри Беккерель открыл явление радиоактивности, поначалу он был… раздосадован. Дело в том, что он положил в шкаф с химическими реактивами пачку фотопластинок, упакованных в черную светонепроницаемую бумагу. Но когда использовал эти фотопластинки для съемки, вышел брак — пластинки оказались засвечены.
Поделиться книгой: