Помоги проекту - поделись книгой:
Дело здесь не только в расстоянии между полосами, но и во влиянии бокового ветра, переносящего вихри с одной ВПП на другую. И чем больше и тяжелее был предыдущий самолет, тем дольше приходится ждать, пока атмосфера успокоится.
Из-за этого средний аэропорт недополучает прибыли 10–20 млн. евро ежегодно. В крупном же аэропорту, таком, как лондонский Хитроу, например, сокращение дистанции между самолетами хотя бы на 1 км даст прибавку от 59 до 84 взлетов-посадок в сутки, что составит почти 26 000 рейсов в год. А это может принести дополнительно сотни миллионов фунтов стерлингов…
Однако деньги деньгами, но безопасность пассажиров превыше всего. Как же уменьшить дистанцию между самолетами, не увеличивая риск для пассажиров?
Именно эту задачу вот уже который год решают лучшие умы авиационной индустрии. Согласно координируемой Евроконтролем программе CREDOS —
Во-первых, специалисты стараются сделать так, чтобы сами самолеты меньше беспокоили атмосферу. Именно с этой целью на концах плоскостей многих самолетов появились отогнутые вверх крылышки, которые заметно снижают вихреобразование. Кроме того, если при взлете и посадке открывать закрылки, расположенные по всей длине крыла, на разные углы, это тоже способствует оптимизации распределения вихрей по крылу.
Можно также учесть, что, чем меньше самолет, тем меньшие вихри он генерирует. Значит, при наличии бокового ветра можно пускать самолеты на посадку попарно, так чтобы на наветренную полосу садилась более легкая машина, а на подветренную — тяжелая, которая меньше чувствует турбулентность.
Другая идея заключается в учете самого бокового ветра. Чем он сильнее, тем быстрее исчезает спутный след, и логично предположить, что, если удастся определить, какое конкретно время при данной силе и направлении ветра потребуется на снос вихрей с полосы, то можно уменьшить интервалы между рейсами.
Далее нужно провести работы по исследованию самих вихрей, их поведения и структуры. Но вихревое движение, к сожалению, пока остается в науке своеобразным белым пятном из-за трудностей его моделирования. А ведь требуется еще и рассчитать влияние на эти вихри ветра, атмосферной турбулентности и нагрева взлетной полосы, научиться предсказывать их поведение при тех или иных метеорологических условиях…
Предварительные работы, рассчитанные на 3 года, направлены на наблюдение и моделирование перемещения спутного следа. На следующем этапе наблюдения будут перенесены непосредственно в аэропорты. В качестве первоочередных выбраны английский Хитроу, немецкий Франкфурт и французский имени Шарля де Голля. Там будут анализировать зависимость перемещения вихрей от особенностей топографии и погодных условий.
В лаборатории, чтобы наглядно видеть воздушные струи, добавляют в них цветной дым. В аэропорту единственным эффективным средством для наблюдения за спутным следом взлетающих самолетов является импульсный лидар — специализированный лазер-дальномер. Это устройство позволяет следить за движением пыли, которая всегда есть в воздухе. А на мониторе суперкомпьютера можно будет увидеть картину распределения вихрей.
ПОЛЕТЫ В… ВОДЕ
В гидробассейне технического университета, что расположен в немецком городе Ахене, можно увидеть странную картину — на буксире под водой раз за разом тянут модель… самолета!
Суть этого занятия, как пояснил один из экспериментаторов, инженер Роберт Шёль, состоит в том, чтобы получше проанализировать поведение самолета в воздушной среде. А поскольку законы аэро- и гидродинамики во многом схожи, удобнее проводить эксперименты не в огромной аэродинамической трубе, а в 60-метровом бассейне.
Для лучшей визуализации потоков исследователи добавили в воду крохотные нейлоновые шарики. Нейлон по плотности близок к воде, и крохотные шарики диаметром всего в 50 мкм не искажают общей картины, зато позволяют хорошо видеть все завихрения в свете лазерных вспышек. После эксперимента полученные данные обрабатываются компьютером, который и выдает необходимые рекомендации для последующих испытаний.
НАД ЧЕМ РАБОТАЮТ УЧЕНЫЕ
Укрощение лунной пыли
Недалек тот день, когда человек снова ступит на поверхность Луны, И уже сейчас специалисты готовятся к решению проблем, которые встретятся космонавтам. Одна из них известна. Это — лунная пыль. Она поистине вездесуща. Принесенная на скафандрах в кабину, пыль вызывает першение и жжение в горле, аллергию, может стать причиной и более серьезных заболеваний. Как с ней бороться?
Еще в 60-е годы XX века, во время полетов к Луне американских космических аппаратов «Сервейор», которые исследовали поверхность Луны, выбирая место для посадок пилотируемых кораблей «Аполлон», ученые обратили внимание на один странный феномен. На фотографиях, переданных из космоса, иногда были заметны пылевые облака, застывшие примерно в метре от лунного грунта.
Позднее свидетелями того же феномена стали астронавты, побывавшие на Луне. Что же заставило подняться клубы пыли? Ведь на Луне нет атмосферы и потому не может быть ветра.
Вскоре возникла догадка, что причина кроется в электростатике. Частицы пыли электризуются на поверхности Луны, а поскольку одинаковые заряды отталкиваются, то пылинки взлетают. Недавно группа физиков из Колорадского университета во главе с Амандой Сикафус подтвердила эту гипотезу в лабораторных условиях. Ученые поместили смесь мельчайших пылинок в небольшую вакуумную камеру. Все было спокойно, пока камеру не облучили жесткими ультрафиолетовыми лучами, и пылинки поднялись вверх. На Земле эти лучи задерживает атмосфера. На Луне же они легко проникают к самой поверхности. Под их действием меняется заряд пылинок. Крупицы цинка, меди или графита — все их можно найти на Луне — теряют в среднем около 50 000 электронов.
Этот результат вполне отвечает теоретическому выводу. Согласно ему, пылинки и твердый грунт под действием ультрафиолетовых лучей приобретают положительный заряд. Между ними возникает отталкивающая сила. Если она превышает силу тяжести, пылинка взлетает. Со временем частички пыли теряют заряд и, став нейтральными, опускаются на поверхность Луны. Подобный пылевой дождь постоянно идет на Луне.
Это открытие имеет практическое значение. Например, в будущем, во время экспедиций на Селену, а также на Марс, астероиды или спутники планет, придется подумать о защите от пыли объективов видеокамер, фотоаппаратов и других приборов.
И все-таки, как уже говорилось, главная проблема не в этом. Лунная пыль ухитряется забиваться повсюду. И специалистам, участвовавшим в обеспечении экспедиции «Аполлон», пришлось даже изобретать специальный малогабаритный пылесос для чистки лунных скафандров.
Более того, ныне НАСА вынуждено организовать специальный отдел, который уже сегодня, до нового полета людей на Луну (а он, напомним, по плану может состояться в 2020 году), должен найти способ провести «генеральную уборку» на Луне.
Занимаются этой проблемой прежде всего Эрик Кардифф и его ассистент Брендон Холл. «Стартовые платформы и места посадки спускаемых аппаратов должны быть чистыми, — рассуждает Кардифф. — В противном случае взлетающие и приземляющиеся капсулы будут поднимать клубы пыли. А из-за того, что на Луне нет атмосферы, эта пыль будет оседать неделями и даже месяцами. Кроме того, мелкие частицы могут повредить ядерный реактор, который мы хотим доставить на Луну для получения там электроэнергии».
Осознав серьезность проблемы, Кардифф и его коллеги из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в штате Мэриленд стали думать, как ее решить. В конце концов, они сконструировали транспортное средство, которое должно будет уничтожать лунную пыль.
Солнечные лучи будут собираться в пучок с помощью линзы, в фокусе которой пыль будет плавиться, объясняет Кардифф. Покрытием из расплавленной пыли исследователи намерены «замостить» площадки для посадки лунных модулей, дорожки между пунктом посадки модулей и будущей станцией, а также подготовить основания, на которых будут поставлены купола самой станции.
В ходе этих работ устройство будет дистанционно управляться с Земли. Сейчас уже построен опытный экземпляр агрегата, который обрабатывает 13 кв. см поверхности в минуту. Конечно, это очень медленно. Однако не будем забывать, что солнечный свет на лунной поверхности более интенсивен, чем на Земле, — его не ослабляет атмосфера. Кроме того, за оставшиеся до новых лунных стартов 10 лет специалисты надеются существенно улучшить свой агрегат.
Для этого, кстати, им пришлось решить еще одну проблему. «Количество лунного грунта — реголита — на нашей планете довольно ограниченно, — рассказал Кардифф. — Нам же для экспериментов нужны, по крайней мере, центнеры лунной пыли. Так что пришлось синтезировать ее искусственно, используя в качестве эталона те образцы, которые некогда были привезены с Луны».
ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА
Графит и его сородичи
Углерод в природе, как известно, встречается в трех видах — уголь, графит и алмаз. Однако ученые в последнее время смогли получить на основе графита новые материалы.
Простой карандаш держал в руках каждый. Однако мало кто знает, что в XVI веке попытка контрабандой вывезти графитовый карандаш за пределы Англии могла стоить головы. Единственное на Британских островах месторождение графита было близко к истощению, и последовал строжайший королевский указ: добычу графита сократить до минимума. В итоге карандаши стали цениться чуть ли не на вес золота. Потом графитовые стержни научились делать не из цельного графита, а из смеси графитовой пыли с глиной, и карандаши резко подешевели.
Во второй раз графит стал стратегическим сырьем уже после Второй мировой войны. Графитовые блоки использовались при создании первых атомных котлов, а потому попали, наряду с ураном, в число важнейших полезных ископаемых.
В 60-е годы XX века графит вновь оказался под особой опекой. Дело в том, что в то время в СССР разрабатывался проект под кодовым названием «Бор». Его основу составлял небольшой, всего 6 м в длину, космический аппарат, имеющий размах крыльев не более полутора метров, с фюзеляжем клиновидной формы. На первый взгляд, он совсем не напоминал грозный космический истребитель. У него даже прозвище было совсем не военное — «лапоть». Но он здорово попортил нервы американским разработчикам программы «звездных войн».
Оснащенный ядерной боеголовкой, такой космолет мог быть выведен на околоземную орбиту с помощью ракетоносителя или стратегического бомбардировщика, который, разогнавшись, как из катапульты, выстреливал его в космос, откуда самолет-спутник по сигналу с наземного пульта управления мог произвести атаку.
Сбить его было бы очень трудно — за время с момента старта до поражения цели системы защиты не успели бы среагировать.
В ходе программы испытаний было произведено несколько пробных пусков от «Бора-1» до «Бора-5»…
Первые «Боры» вернулись с орбиты оплавленными, но затем советским специалистам удалось отладить теплозащиту на основе графита, и дорога на орбиту для космолета была открыта.
Впрочем, до «звездных войн» дело, к счастью, не дошло. Но это не значит, что ныне интерес к графиту потерян. Им сегодня серьезно занимаются в Государственном НИИ конструкционных материалов. Гордость института — небольшой ромбовидный блок. По словам заместителя директора института, доктора технических наук Н.Ю. Бейлиной, этот блок из искусственного графита не что иное, как чрезвычайно ответственная деталь атомного реактора.
Искусственный графит делают из нефтяного кокса и продукта переработки каменного угля — пека при температуре до 2800 градусов. Получается прочный, плотный материал, изъяном которого до недавних пор считалась хрупкость. Однако теперь научились создавать и гибкие композиты, например, графитофторопласт.
Композитное полотно на основе углеволокна применяют в ракетно-космической технике, из него также делают чрезвычайно легкие, прочные планеры и корпуса парусных яхт. Изготовляют из материалов на основе углерода и эндопротезы, используемые при переломах. Такие протезы хорошо совмещаются с человеческим организмом. Суставы плеча, бедра, позвонки, сердечные клапаны, даже элементы глазных протезов тоже делают на основе углеродного композита.
И это еще не все.
Недавно ученые выяснили, что если удалить из графена — слоя графита толщиной в 1–2 атома все примеси, то подвижность электронов в нем побьет все рекорды: она будет в 100 раз больше, чем в кремнии, в 20 раз больше, чем в арсениде галлия GaAs), и даже выше, чем в абсолютном рекордсмене среди всех полупроводников — антимониде индия (InSb). А это значит, что из графена можно делать сверхбыстрые процессоры и другую электронику, работающую даже в терагерцовом диапазоне частот — малодоступной пока области электромагнитных волн, которая таит в себе немало открытий и важных практических приложений.
Расчеты смогли подтвердить на практике исследователи из Рутгерского университета (США). Ученые под руководством профессора Мэниша Чховеллы разработали относительно простой и дешевый способ изготовления из графена тончайших прозрачных пленок. Они уверяют, что могут осадить графен практически на любую подложку, включая гибкую полимерную, причем в виде лент практически неограниченных размеров.
Делается это так. Сначала специалисты смешивают с водой графитовые чешуйки. Затем в полученную суспензию добавляют серную или азотную кислоту. Атомы кислорода, встраиваясь между отдельными графеновыми слоями, окисляют их, способствуя разделению. В результате в воде образуются графеновые листочки. Эту взвесь фильтруют через мембрану с порами диаметром 25 нм. Вода проходит сквозь поры, а графеновые чешуйки задерживаются. Затем мембрану перекладывают на подложку вниз стороной, покрытой графеновыми чешуйками, и растворяют в ацетоне. Оставшуюся пленку выдерживают в гидрозине для преобразования графенового оксида в графен. Толщину пленки легко регулировать, изменяя объем используемой суспензии: так, при объеме 20 мл образуется пленка толщиной 1–2 нм, при 80 мл — 3–5 нм.
Проводящий прозрачный материал в ближайшие годы найдет применение в солнечных батареях, проекторах, сенсорных экранах и дисплеях. На графене, путем пере мещения пленки на кремниевую подложку и осаждения на нее золотых электродов, получены и транзисторы. Кроме того, графеновый слой толщиной в один атом необычайно чувствителен к каждому осажденному на нем атому другого вещества. Это позволяет делать газовые сенсоры и миниатюрные химические датчики высочайшего качества.
И наконец, самые последние известия. В начале нынешнего года физикам из Университета Манчестера, при поддержке коллег из Голландии и России, удалось впервые синтезировать еще один удивительный материал — графан. Так называется пленка графена, к каждому атому углерода которой присоединен атом водорода.
Этот материал не раз пытались синтезировать, но без особого успеха. Дело в том, что для присоединения водорода к графену необходимо сначала разбить его молекулу на атомы. А для этого обычно требуется высокая температура, которая графен разрушает. В Манчестере нашли способ обойти эту проблему, применив для разрушения молекул водорода электрический разряд.
Исследование электрических и структурных свойств графана показало, что в нем, в согласии с предсказаниями теоретиков, к каждому атому углерода присоединен один атом водорода. При этом гексагональная структура графена не нарушена, но атомы углерода немного развернуты и сближены друг с другом. Эти изменения превращают графан в хороший диэлектрик. При нагреве графана водород улетучивается, и первоначальная структура графена полностью восстанавливается.
Поделиться книгой: