Помоги проекту - поделись книгой:
В 70-е годы В.Н. Пикулю довелось принять участие в создании двигателей для знаменитой «лунной ракеты» Н-1. При этом конструктор обратил внимание на ряд ее недостатков. Для заправки ракеты жидким кислородом (а в последнее время и жидким водородом) необходимо строить не только заводы по получению топлива, но и специальные хранилища, дабы избежать испарения сниженных газов.
Кроме того, вертикально стартующая ракета обладает малой устойчивостью, особенно в первые секунды полета. Для создания компенсации неустойчивости приходится использовать связки из нескольких параллельно работающих двигателей, предусматривать системы регулирования и управления вектором тяги. А все это отрицательно сказывается на габаритах и обтекаемости ракеты. Да и надежность такой системы не очень велика, что и продемонстрировали первые испытания Н-1.
И тогда Валентин Николаевич предложил построить ракетодром в Антарктиде. Здесь, в царстве вечных льдов, довольно просто оборудовать криогенные хранилища для сжиженных газов. Упрощается и сама система запуска.
«Особенность моего способа состоит в медленном разгоне особой платформы с ракетой на борту по ширококолейному железнодорожному спуску, — писал Пикуль. — Когда же скорость возрастет, состав плавно переходит на горизонтальный путь, а потом начинает и подъем по гиперболе. Наконец, ракета стартует практически вертикально, используя мощь собственных двигателей…»
Перегрузки при этом, показывают расчеты, будут нарастать не столь резко, как при обычном вертикальном старте. Меньше и энергетические затраты на вывод ракеты на орбиту — начальный разгон ей придают силы гравитации.
Наконец, строительство подобного старта — а предстоит проплавить тоннель нужного профиля в многокилометровых льдах — обойдется дешевле, чем сооружение эстакады высотой в 2100 м, как это предлагают сейчас японские конструкторы, или прокладка трассы по склону горы, как то собираются сделать американцы.
Правда, американцы, опираясь на патент британского профессора Эрика Лейтвейта, собираются отказаться от колес, заменив их магнитной подвеской.
На это у нас есть своя заготовка. Если проплавить во льдах Антарктиды достаточно гладкий желоб, то поначалу ракетный поезд будет скользить по нему на полозьях, словно скоростные сани по трассе бобслея. А когда состав наберет достаточную скорость, то сможет продолжить путь на воздушной подушке. Идею такого поезда тоже высказывал когда-то К.Э. Циолковский.
После отрыва от Земли, на начальной фазе полета, такому кораблю, словно крылатой ракете, помогут складные крылья. Эти же крылья помогут кораблю приземлиться на обычном аэродроме. Причем на взлете и посадке не обязательно использовать ракетные двигатели. Экономичнее будет применять авиационные турбореактивные моторы, черпающие кислород из атмосферы, как наш космический самолет «Буран».
И наконец, совсем уж «безумную» идею развивает в своей книге «Введение в космонавтику» современник К.Э. Циолковского А.А. Штернфельд. В нашей стране он мало известен, поскольку долгие годы жил за границей. Однако в 1935 году Штернфельд переехал жить в СССР, стал сотрудником знаменитого РНИИ — Реактивного научно-исследовательского института. Здесь в 1937 году и было издано его «Введение».
В книге подробнейшим образом рассматриваются все мыслимые варианты космического старта. И знаете, к какому удивительному выводу пришел исследователь? По его мнению, с точки зрения экономичности лучше всего будет, если ракета будет стартовать вертикально не вверх, а… вниз!
«Допустим, что планета имеет проходящий через ее центр прямолинейный туннель», — пишет ученый. Перевернутая «вверх ногами» ракета будет сначала свободно падать, ускоряясь по закону свободного падения. Долетев до центра, ракета включит двигатели и, продолжая постепенно набирать скорость, выскочит, наконец, из противоположного конца туннеля. Причем для облегчения разгона, ученый предлагал выкачать из тоннеля воздух.
Понятно, пока такого туннеля у нас нет. Нет пока и технической возможности просверлить земной шар насквозь. Но идея ученого окончательно не забыта. Специалисты полагают, что разработка Штернфельда вполне может пригодиться при устройстве ракетодрома, например, на астероиде, мчащемся по своей орбите по просторам Солнечной системы.
Когда такой астероид пролетает мимо Земли, можно будет десантировать на его поверхность необходимое оборудование. Затем в недрах астероида можно будет оборудовать завод по производству и монтажу межпланетных кораблей. Ну, а потом, по мере готовности и при подлете астероида к тому или иному небесному телу, готовые межпланетные зонды стартуют к Сатурну, Нептуну, Плутону или вообще за пределы Солнечной системы.
«ВАВИЛОНСКИЕ БАШНИ» XXI ВЕКА
Еще один способ доставлять грузы и людей на орбиту по цене примерно 200, а то и 20 долларов за килограмм — строительство космического лифта. Первым идею такого лифта выдвинул один из основоположников нашей космонавтики Ф.А. Цандер. Еще в 1910 году он придумал и рассчитал «космический лифт» — трос, протянутый с Луны в сторону Земли, должен был удерживаться в натянутом состоянии притяжением Земли.
В 1959 году доктор технических наук Г. Покровский опубликовал статью «Лифты в космос», в которой предлагал осуществлять запуски в космос с башни высотой около 100 км. Далее эту идею развил Ю. Арцутанов, напечатавший 31 июля 1960 года в газете «Комсомольская правда» статью «В космос на электровозе».
Внешне все выглядит вроде бы просто. Главный элемент подъемника — трос, один конец которого крепится на поверхности Земли, другой — поднят на высоту около 100 тыс. км (это примерно четверть расстояния до Луны). Причем, несмотря на то, что второй конец троса может быть попросту оставлен в пространстве, он будет натянут, как струна. Вся хитрость в том, что, подчиняясь законам физики, трос этот окажется под воздействием двух могучих разнонаправленных сил — центробежной и центростремительной. Чтобы сократить длину этого троса, эксперты НАСА предлагают сначала соорудить башню высотой в 25 км.
Кстати, с ее вершины полезную нагрузку можно было бы выводить в космос с помощью всего одноступенчатой ракеты, а не трехступенчатой, как ныне. Кроме того, со временем подобная башня может стать основой и для космического лифта, полагает эксперт центра НАСА в Кливленде Дэвид Смитерман.
РАССКАЖИТЕ, ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО…
Костюм силача
Недавно смотрел фильм «Железный человек» про изобретателя, который создал такой скафандр, что один мог противостоять целой армии. Кино, понятно, фантастическое. Но все-таки: будут ли созданы подобные костюмы в нынешнем веке?
Александр Бестужев,
г. Санкт-Петербург
Недавно японское телевидение показало, как рабочие на конвейере передвигаются в необычных комбинезонах. Такое впечатление, будто в брючины такого комбинезона вставлены еще какие-то штанги, соединенные перекладиной. Походка у людей в таких «штанах-самоходах», или «кибернетических брюках», не совсем обычная, зато работающий может присесть на опору в любой момент.
По-иному это устройство называется «внешним скелетом». Иными словами, это силовая система, которая поддерживает верхнюю часть тела и совершает движения вместе с нижней. Придумал ее инженер японской автомобильной корпорации «Хонда» Дзюн Эсихара.
Его изобретение — своеобразные киберкостыли, этакая вторая пара нижних конечностей для тех людей, которым сложно или утомительно передвигаться самим. Оно помогает движениям человека, снимает нагрузку с мышц ног и суставов.
Иными словами, «штаны-самоходы» представляют собой комплект из ботинок, рамы и сиденья, похожего на седло велосипеда. Ботинки надо надеть, сиденье с рамой — подогнать под свои размеры. А дальше — просто идти. Компьютер запомнит особенности вашей походки и даст соответствующую команду двум электромоторам, которые в соответствии с заданными параметрами начнут переставлять штанги устройства в такт походке человека, облегчая нагрузку на ноги.
Японские «штаны-самоходы» весят 6,5 кг, моторчики работают на литий-ионных аккумуляторах, которые надо подзаряжать каждые 2 часа. Устройство позволяет его обладателю легко одолевать лестницы, двигаться по наклонным пандусам, приседать и даже подпрыгивать. Оно может пригодиться пожилым людям с травмой позвоночника, рабочим на сборочных конвейерах, которым такие «самоходы» помогут сберечь силы до конца смены.
И это только начало…
Следующий шаг в данном направлении сделал профессор Йошиюку Санкаи из японского университета г. Тсукуба. Еще полтора десятка лет тому назад он начал разработку специального костюма под названием HAL. Его изобретение позволяет практически любому человеку увеличить мышечную силу и в первую очередь предназначено опять-таки для помощи инвалидам.
Впрочем, не только им. Последняя, наиболее продвинутая модель костюма под названием HAL-5, уже подготовлена к серийному выпуску (см. фото).
Часть первой партии в 500 робокостюмов будет отдана госпиталю г. Тсукуба, а остальные, говорят, будут переданы Министерству обороны Японии. При желании приобрести HAL-5 сможет и любой желающий, готовый выложить за костюм сумму, равную стоимости хорошего автомобиля.
За экспериментами японских специалистов с интересом наблюдают и в США, где в исследовательской лаборатории компании
Специалисты компании Raytheon воспользовались наработками другой фирмы —
Правда, в реальном киберкостюме пока невозможно летать, как в кино. Но силу мышц человека, сидящего внутри, он уже увеличивает за счет серводвигателей в 20 раз! На показательных выступлениях испытатель Рекс Джеймсон без видимого напряжения поднял штангу в 400 кг весом, кидался пудовыми гирями.
Правда, у нынешней версии экзоскелетона есть два недостатка. Во-первых, отсутствие автономного источника питания привело к тому, что за испытателем тянется силовой кабель, ограничивающий свободу передвижения. Если же перейти на автономное питание, то заряда батарей при самом экономном расходовании энергии хватает всего на полчаса.
Во-вторых, силовой внешний скелет реагирует на движения с некоторой задержкой, что вызывает дополнительное мышечное напряжение у оператора и мешает быстро реагировать на изменение ситуации. В общем, к действиям в боевых условиях такой агрегат еще явно не готов.
Тем не менее, специалисты обещают исправить недостатки в самом ближайшем будущем и уже получили от вооруженных сил США двухлетний контракт стоимостью 10 миллионов долларов на доработку конструкции.
В дальнейшем спецкостюм намерены использовать при погрузке-разгрузке боеприпасов и громоздкой военной техники, а также при переноске тяжелого оборудования по пересеченной местности. А затем, глядишь, дело дойдет и до испытаний костюма в условиях, приближенных к боевым.
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Скороварка для… нефти
Нефть созревает медленно. Нужны были миллионы лет, чтобы органические вещества превратились в «черное золото». Сегодня ученые утверждают, что нефть можно «сварить» в считаные дни, используя в качестве сырья сланцы.
Сланец напоминает камень лишь на первый взгляд. Твердое вещество бурого или темного цвета отличается тем, что его довольно легко поцарапать ножом. А главное, если бросить его в печь, оно загорится. Хуже, чем уголь, давая большое количество золы, но сланец горит.
Однако все попытки использовать сланцы в промышленных топках долго не приводили к хорошим результатам, поскольку твердое топливо трудно загружать в печь автоматически. А уж очищать топки от золы и вообще замучаешься.
И вот в 60-х годах прошлого века член-корреспондент Академии наук СССР, профессор, лауреат Ленинской премии И.В. Нестеров предложил поискать принципиально иной выход из положения. Группа тюменских ученых под его руководством начала разрабатывать технологию получения из сланцев жидкого топлива. Причем использовать для этого решили уже отработавшие свое нефтяные скважины.
Дело в том, что в 1968 году исследователям удалось доказать, что так называемые «черные сланцы» представляют собой «невызревшую» нефть. В природе этот органический материал, состоящий в основном из останков древних растений и микроорганизмов, за миллионы лет постепенно дозревает, превращаясь при определенной температуре и давлении в «черное золото».
И тогда, естественно, возник вопрос: можно ли как-то ускорить этот природный процесс? Чтобы ответить на него, геологи из Тюменского государственного нефтегазового института (ныне — университет) стали изучать необычный для них объект — отмершие клетки древних растений.
Ученые пытались воздействовать на органические остатки разными способами: добавляли химические реагенты, повышали температуру и давление… А однажды попробовали использовать электропарамагнитный резонанс. То есть на бывшие клетки стали воздействовать электромагнитными колебаниями различной частоты.
И когда эти колебания вошли в резонанс с собственной частотой клетки, электроны, входившие в структуру ее молекул и атомов, пришли в возбужденное состояние, стали переходить с одних орбит на другие, высвобождая при этом немалое количество энергии.
Такой вид энергии ученые назвали спиновым (от слова «спин», которым характеризуют состояние электрона). Носителями ее, как оказалось, являются многие органические вещества, в том числе уголь, нефть, черные сланцы.
Тридцать с лишним лет ученые совершенствовали свою технологию в лабораторных условиях, добиваясь резонанса клеток различными способами. Например, когда они облучали клетки с помощью электронной пушки, в них при определенных параметрах излучения происходили микровзрывы с образованием водорода и метана.
Однако такую «пушку» не поместишь в скважину, уж слишком она громоздка. Да и получить хотелось не газообразное топливо, а жидкое — с ним удобнее обращаться.
Тогда придумали обходной маневр: в отработавшую свой ресурс скважину засыпают песок и организуют серию тщательно рассчитанных взрывов. Песок при этом передает энергию окружающим породам, в том числе сланцам. В них начинают происходить физико-химические процессы, в результате которых через трое суток из скважины можно получить нефть.
Так, во всяком случае, утверждают разработчики этого способа. На практике он пока не опробован, а потому многие специалисты сомневаются в его действенности. Уж как-то слишком просто и быстро все получается. Природа готовит нефть из сланцев многие миллионы лет, а тут люди берутся сделать то же самое за считаные дни…
Сами же энтузиасты нового метода уверяют, что готовы реализовать идею хоть сейчас, использовав для этого законсервированную пустую скважину. Ожидается, что из нее по уже готовой к промышленному эксперименту технологии можно будет добывать порядка 100 тонн нефти в сутки. Остается подождать, подтвердит ли практика ожидания ученых.
ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА
Сколько весит ДНК?
Можно ли узнать, какова масса атома или молекулы. И на каких весах можно их взвесить?
Алина Калинина, г. Томск
На обычных торговых весах точность взвешивания не превышает нескольких граммов. Точность аптечных весов — 5 — 10 мг. Хорошие аналитические весы способны фиксировать микрограммы. Но с меньшими массами весам, использующим земную гравитацию, справиться трудно. Для взвешивания отдельной бактерии, вируса или биологической молекулы был нужен иной подход.
В центре нанотехнологий Корнеллского университета взяли за основу для создания сверхчувствительных весов… доску трамплина для прыжков в воду.
Если вы смотрели соревнования по прыжкам в воду, то наверняка замечали, как вибрирует трамплин сразу после прыжка. Причем период колебаний трамплина зависит от его массы — чем она больше, тем период больше.
Понятное дело, для микромасс нужен и соответственно миниатюрный «трамплин». Изготовленный из кремния крошечный кронштейн имеет длину всего 4 мкм и полмикрона в ширину. Без нагрузки он колеблется с частотой 10–15 МГц, то есть 10–15 миллионов колебаний в секунду. Но если на него поместить небольшой груз, частота собственных колебаний системы уменьшается примерно на 50 Гц на каждый аттограмм массы (см. «Подробности для любознательных»).
Собственную частоту кронштейна с образцом определяют, воздействуя на него переменным электрическим полем. Частоту воздействия плавно меняют, наблюдая по отражению лазерного луча за амплитудой колебаний. Как только наступает резонанс и амплитуда колебаний резко увеличивается — измерение сделано, подачу тока тут же прекращают.
Весы-трамплин оказались настолько чувствительны, что, например, для взвешивания бактерий они уже не годятся — тут нужно устройство погрубее. Дело в том, что, например, традиционная для микробиологических исследований
Последнее достижение корнеллских ученых — определение массы одиночной цепочки ДНК. Оказалось, что 1578 нуклеотидов имеют массу около 1 аттограмма. А предельная чувствительность экстремальных корнеллских весов уже перешагнула аттограммовый порог и измеряется сотнями зептограммов.
P.S. И все же абсолютный рекорд принадлежит ныне не Корнеллскому, а Калифорнийскому технологическому университету. Там вместо кремния использовали более твердый карбид кремния, а вместо кронштейна сделали пружинящий мостик длиной 1 мкм и шириной четверть микрона, вибрирующий на частоте около 190 МГц. Это уникальное устройство позволило измерить массу всего в 7 зептограммов, что соответствует 30 атомам ксенона.
Поделиться книгой: